О времени, пространстве и других вещах. От египетских календарей до квантовой физики

Глава 1 Дни лет наших

Как-то раз мы с друзьями решили провести вместе вечер. Мы собирались вдоволь поболтать, а затем насладиться кофе и сладкими пончиками. Один парень из нашей компании пригласил на эту вечеринку известного конферансье. Тот принял приглашение, однако поставил одно условие: ему никого не придется развлекать, даже просить об этой услуге никто не будет. Оно было принято без возражений.

Но нельзя было игнорировать проблему, которая могла возникнуть. Если вечер будет пущен на самотек, рано или поздно кто-то начнет приставать к артисту как к профессионалу индустрии развлечений. Следовательно, необходимо было найти достойную замену. И мой друг предложил мне взять эту миссию на себя.

Я сразу же отказался, пояснив, что не смогу стоять перед всеми и развлекать людей, поскольку буду постоянно думать, что среди публики присутствует настоящий артист, который был бы больше уместен на моем месте. Создавалось впечатление, что друзья решили отдать меня на растерзание волкам.

Однако все смеялись и всячески заверяли меня, что в искусстве ведения беседы мне найдется немного равных. (По непонятной причине окружающие меня люди всегда скоро догадывались, что я очень падок на лесть.) И я довольно быстро согласился быть брошенным волкам. Удивительно, но все отлично сработало: следует отдать должное высокому уровню интеллекта слушателей, а также их сердечной доброте.

Так случилось, что мы собрались 29 февраля — в день, специально добавленный в календарь для согласования с солнечным годом. Поэтому тему для беседы не пришлось долго выбирать. Суть ее свелась к следующему.

Думаю, нет никаких сомнений в том, что первой единицей измерения времени были сутки. Очевидно, она возникла уже у примитивных гуманоидов. Однако сутки не слишком удобная единица для измерения длительных периодов. Даже если считать, что средняя продолжительность жизни первобытных людей составляла 30 лет, это соответствовало 11 000 суток. Довольно легко сбиться со счета.

Поскольку продолжительность суток определяется Солнцем, представляется вполне естественным в поисках еще одной единицы измерения времени обратиться к другому небесному светилу — Луне. Тем более, что такая единица была вполне очевидна — период полной фазы Луны. Это светило увеличивается, от почти незаметного молодого месяца до полной Луны, а затем возвращается к исходному состоянию за определенный промежуток времени. Такой период называется «месяцем» (происхождение этого слова, на мой взгляд, совершенно ясно), или, если быть более точным, «лунным месяцем», поскольку существуют и другие месяцы, продолжительность которых несколько отличается от лунного.

Лунный месяц равен примерно 29,5 суток. Точнее, 29 суткам 12 часам 44 минутам 2,8 секунды. Это составляет 29,5306 суток.

До появления земледелия понятие месяца, вероятнее всего, не имело особого значения. Им пользовались только для удобства измерения довольно длительных промежутков времени. Продолжительность жизни первобытного человека составляла примерно 350 месяцев. Согласитесь, эта цифра значительно удобнее, чем 11 000 суток.

Существовала гипотеза, что необычно долгая жизнь некоторых патриархов, о которой повествует пятая глава Книги Бытия, возможно, является следствием элементарной ошибки: годы были спутаны с лунными месяцами. К примеру, если предположить, что Мафусаил прожил 969 лунных месяцев, то есть примерно 79 лет, число представляется весьма разумным. Однако до нас дошло 969 лет. Отсюда и пошло выражение «Стар, как Мафусаил».

Я упоминаю об этом только вскользь, так как это предположение всерьез не рассматривалось учеными, изучающими Библию. Более вероятно, что такие продолжительности жизней являются наследием вавилонских преданий о временах до Потопа.

Но я отвлекся от темы.

Мне кажется, что понятие месяца обрело новое, исключительно важное значение с возникновением земледелия. Сельскохозяйственное общество было значительно теснее связано с временами года, чем охотники или скотоводы. Кочевники передвигались с места на место в поисках зерна или травы, а земледельцам приходилось оставаться на одном месте и надеяться на дождь. Чтобы увеличить свои шансы на урожай, земледельцам следовало сеять в нужное время, чтобы воспользоваться преимуществами сезонных дождей и тепла. Ошибка в определении времени посева могла стать причиной катастрофы. А с развитием сельского хозяйства в отдельных районах увеличилась плотность населения, что увеличивало масштабы возможной катастрофы.

Доисторическому человеку пришлось обратить внимание на последовательную смену времен года. Он заметил, что времена года проходят полный цикл примерно за 12 месяцев. Иными словами, если урожай посеян в определенное время года и все идет хорошо, то через двенадцать месяцев, отсчитанных с даты этого посева, можно снова сеять, и все снова будет хорошо.

Подсчет месяцев в примитивном обществе, скорее всего, был весьма мудреным, поскольку ошибка могла стать гибельной. Поэтому вряд ли стоит удивляться, что это дело обычно доверяли специальной касте — священнослужителям. Они могли не только посвятить все свое время точным подсчетам, но использовать свой опыт и знания, чтобы умилостивить богов. Ведь последовательная смена времен года не была столь неукоснительной и неизменной, как смена дня и ночи или фаз Луны. Поздние заморозки или отсутствие осадков могли погубить урожай. А колебания погодных условий могли следовать за мелкими погрешностями в выполненных обрядах и ритуалах, поэтому люди непоколебимо верили в необыкновенную важность функции священнослужителей.

Вряд ли стоит удивляться, что со временем понятие лунного месяца приобрело огромную религиозную значимость. Проводились специальные лунные праздники, каждый из которых имел определенную цель и специфический ритуал. Со временем лунный месяц стал называться «синодическим» месяцем.

Полный цикл сезонов получил название «год». 12 лунных месяцев составляли «лунный год». Когда для измерения времени начали использовать лунный год, появился «лунный календарь». В наше время лунным календарем пользуются только мусульмане. Каждый мусульманский год состоит из 12 месяцев продолжительностью 29 и 30 дней поочередно.

Таким образом, месяц имеет среднюю продолжительность 29,5 суток. Однако истинная длительность лунного месяца, как я уже упоминал, составляет 29,5306 суток. Лунный год, состоящий из двенадцати 29,5-суточных месяцев, насчитывает 354 суток, а 12 лунных месяцев в действительности продолжаются 354,37 суток.

Вы, конечно, можете сказать: «Ну и что?» но не сделаете этого. Лунный год всегда должен начинаться в день новолуния. Если же вы начнете отсчет одного лунного года в новолуние, а затем будете последовательно чередовать 29- и 30-суточные месяцы, третий год уже начнется за день до новолуния, шестой — за два дня и т. д. Для многих ярых приверженцев религии это совершенно недопустимо.

Расчеты показывают, что 30 истинных лунных лет продолжаются 10 631,016 суток. В то же время 30 лет, составленных из 29,5-суточных месяцев, длятся 10 620 суток, то есть на 11 суток отстают от фаз Луны. По этой причине мусульмане раскидывают 11 дней на протяжении 30 лет таким образом, чтобы ни один из годов не начинался более чем на полные сутки раньше или позже новолуния. В каждом 30-летнем цикле имеется 19 лет, состоящих из 354 суток, и 11 лет — из 355 суток. И календарь полностью соответствует фазам Луны.

Иными словами, для приведения календаря в соответствие с движением небесного светила в него вводится добавочный день.

Лунный год, независимо от того, длится он 354 или 355 суток, не совпадает с полным циклом смены времен года. В глубокой древности вавилонские астрономы заметили, что Солнце движется на фоне звезд. Вскоре стало очевидно, что движение Солнца соответствует полному циклу смены времен года. (Взаимосвязь звезд и времен года, скорее всего, положила начало повальному увлечению вавилонян астрологией.)

Полная продолжительность солнечного пути — примерно 365 дней. Таким образом, лунный год на 11 суток короче, чем солнечный. По истечении трех лунных лет отставание от солнечного года или же цикла времен года составляет 33 суток, или чуть больше месяца.

Это важно. Если вы используете лунный календарь и начинаете отсчет таким образом, что в первый день года начинается сев, то через три года сдвиг составит месяц, а спустя десять лет сев уже начнется в середине зимы. Через 33 года первый день года снова займет первоначальное место, совершив путешествие через весь солнечный год.

Как раз это происходит с мусульманским годом. Девятый месяц мусульманского года называется Рамадан. Это святой месяц, поскольку именно тогда Мохаммеду было ниспослано первое откровение из Корана. Во время Рамадана мусульмане в светлое время суток воздерживаются от еды и питья. Но каждый год Рамадан наступает несколько раньше и, наконец, попадает на самое жаркое время года, когда удержаться от питья почти невозможно. Не все мусульмане выдерживают такую пытку.

Мусульманское летоисчисление отсчитывается от хиджры — времени, когда Мохаммед совершил побег из Мекки в Медину. Это событие произошло в 622 году н. э. Поэтому весьма распространено мнение, что для определения мусульманского года достаточно вычесть из числа, обозначающего христианский год, 622. Это не совсем так, потому что мусульманский год короче нашего. Я написал эту главу в 1964 году. С хиджры прошло 1342 солнечных года и 1384 лунных. Так что, согласно мусульманскому летоисчислению, эта глава написана в 1384 году.

Я подсчитал, что мусульманское летоисчисление совпадет с христианским примерно через 19 тысячелетий. 20 874 год будет таковым и у нас, и у мусульман. Так что в этот год они смогут пользоваться нашим календарем без опаски.

Но что мы можем сделать, чтобы «подравнять» лунный год с солнечным годом и с циклом сезонов? Нельзя же просто добавить в конце 11 дней, потому что тогда следующий год не начнется в новолуние, а для древних вавилонян начало года в новолуние имело первостепенную важность.

Между тем, если мы начнем отсчет солнечного года в новолуние и запасемся терпением, то без труда обнаружим, что двадцатый после этого солнечный год снова начнется в день новой луны. Следовательно, 19 солнечных лет включают в себя 235 лунных месяцев.

Рассмотрим, что представляют собой 235 лунных месяцев. Это 19 лунных лет (состоящих из 12 лунных месяцев каждый) плюс 7 месяцев в остатке. Мы могли бы, если бы захотели, предоставить лунным годам идти своим чередом, как это делают мусульмане, пока не пройдет 19 таких лет. К этому времени календарь окажется позади времен года ровно на 7 месяцев. Прибавив 7 месяцев к девятнадцатому году, мы начали бы новый 19-летний цикл в строгом соответствии с фазами Луны и временами года.

Между тем вавилоняне не желали отставать от времен года на 7 месяцев, поэтому решили разбросать семимесячный остаток на протяжении 19 лет, причем по возможности равномерно. Каждый цикл включал в себя двенадцать 12-месячных лет и семь 13-месячных. Дополнительный месяц прибавлялся к третьему, шестому, восьмому, одиннадцатому, четырнадцатому, семнадцатому и девятнадцатому годам каждого цикла, чтобы начало каждого года не отставало или не опережало движение Солнца больше чем на 20 дней.

Такой календарь, основанный на лунных месяцах, но хитроумно приспособленный к движению Солнца, назвали «лунно-солнечным».

Вавилонский лунно-солнечный календарь был довольно популярен в древности, поскольку соответствовал смене времен года и не покушался на святость величайшего из светил — Луны. Его также использовали иудеи и греки; именно он является основой современного еврейского календаря. Отдельным датам еврейского календаря позволяется слегка отставать от Солнца, но только до появления дополнительного месяца. Тогда они сразу оказываются немного впереди. Поэтому такие праздники, как еврейская Пасха и Йом Киппур, каждый год выпадают на разные дни мирского календаря, составленного в строгом соответствии с движением Солнца. Зато в иудейском календаре они каждый год приходятся на одни и те же дни.

Первые христиане использовали иудейский календарь в течение трех веков и установили на его основе дату Пасхи. Однако с течением времени положение вещей усложнилось. Римляне, принимавшие христианство, не привыкли к лунно-солнечному календарю. К тому же их озадачивали непонятные скачки пасхальной даты. Появилась необходимость создания формулы, позволявшей вычислить дату Пасхи заранее с использованием римского календаря.

В 325 году н. э. на соборе в Никее (к этому времени Рим уже официально считался христианским) решили, что Пасха будет праздноваться в воскресенье после первого полнолуния, следующего за днем весеннего равноденствия (21 марта). Но полнолуние, о котором идет речь, является не действительным, а воображаемым. Это так называемое «пасхальное полнолуние» (слово пасхальный является производным от древнееврейского слова Pesach, означающего Пасха). Дата пасхального полнолуния высчитывается по сложной формуле, куда включены золотые числа и церковные письмена. Я не буду на ней останавливаться.

В результате дата Пасхи продолжает прыгать по календарю и может выпасть как на 22 марта, так и на 25 апреля. С ней связаны многие другие церковные праздники, которые каждый год празднуются в разные дни.

Более того, далеко не все представители христианского мира согласны с формулой, по которой рассчитывается дата Пасхи. Разные мнения по этому вопросу стали одной из причин раскола между католической церковью Запада и православной церковью Востока. Например, в период раннего Средневековья существовала сильная кельтская церковь, имевшая собственную формулу.

Наш календарь унаследован от египтян, для которых смена времен года была не слишком важна. Величайшим событием года, своей значимостью затмевавшим все остальные, считался разлив Нила. Это происходило (примерно) через каждые 365 суток. Поэтому еще в глубокой древности, около 2781 года до н. э., Луну оставили в покое, и был принят солнечный календарь с постоянной продолжительностью года — 365 суток.

В солнечном календаре остались традиционные 12 месяцев. Поскольку год имел постоянную величину, месяцы тоже были одинаковые — 30 суток каждый. Это означало, что новолуние может начаться в любой день месяца, но египтяне не придавали значения таким пустякам. Месяц, не связанный с фазами Луны, был назван календарным.

12 месяцев по 30 суток в сумме составляют 360 суток. В конце каждого 12-месячного цикла оставались 5 суток, считавшиеся праздничными. Однако солнечный год имеет продолжительность не ровно 365 суток. Существует несколько видов солнечных лет, отличающихся друг от друга по длине. Тот из них, который ближе всех связан с понятием «времена года», называется тропическим годом и длится примерно 365¹/₄ суток.

Это означает, что каждый год принятый в Египте 365-суточный год отстает от Солнца на ¹/₄ суток. Получалось, что с течением времени разливы Нила в каждом году происходили все позже, и в конце концов это событие снова вернулось в начало года. Подсчитано, что 1460 тропических лет равны 1461 египетскому году. Период в 1461 египетский год получил название цикла Сириуса. Если в начале одного цикла Сириус восходит вместе с Солнцем в первый день египетского года, то в следующий раз они взойдут одновременно по прошествии 1461 египетского года. И начнется новый цикл.

Греки узнали о существовании дополнительной четверти суток около 380 года до н. э. благодаря открытию Евдокса Книдского. В 239 году до н. э. Птолемей Эргет, македонский правитель Египта, предпринял попытку уточнить египетский календарь и внести в него недостающую четверть суток, но консервативные египтяне воспрепятствовали столь радикальным инновациям.

А тем временем Римская республика жила по лунно-солнечному календарю, куда периодически вносился дополнительный месяц. Духовенство, ответственное за это мероприятие, было связано с политиками и не отличалось такой добросовестностью и щепетильностью, как их коллеги с Востока. Римские священнослужители добавляли месяц по собственному усмотрению. Если у власти находились нужные люди, избранные на один год, то этот год удлиняли. В противном случае без дополнительного месяца прекрасно обходились. К 46 году до н. э. римский календарь отставал от Солнца уже на 80 суток.

В это время у власти находился Юлий Цезарь, решивший положить конец этой бессмысленной возне. Он посетил Египет, где получил возможность убедиться в простоте и удобстве солнечного календаря. Цезарь даже привез себе в помощь египетского астронома Сосигенеса. Благодаря их совместным усилиям 46 год до н. э. длился 445 суток и вошел в историю под названием года путаницы. Однако таким методом календарь был приведен в соответствие с Солнцем, так что 46 год до н. э. одновременно стал и последним годом путаницы.

Начиная с 45 года до н. э. римляне приняли модифицированный египетский календарь, в котором 5 «лишних» суток в конце года были распределены между разными месяцами. Так появились месяцы с нечетным числом дней. Теоретически мы должны были иметь семь 30-дневных месяцев и 5 месяцев продолжительностью 31 день. Однако римляне, считавшие февраль несчастливым месяцем, укоротили его. Поэтому в современном календаре 7 месяцев имеют продолжительность 31 сутки, 4 месяца — 30 суток и 1 — 28 суток.

Чтобы не оставить без внимания лишнюю четверть суток, Цезарь и Сосигенес решили, что каждый четвертый год будет иметь продолжительность 366 суток. (В нашей эре каждый год, порядковый номер которого делится на 4, имеет дополнительный день, прибавленный для согласования календаря с солнечным годом. Иными словами, в каждом четвертом году появляется день 29 февраля. Поскольку 1964 делится на 4 без остатка, в этом году есть 29 февраля.)

Это «юлианский год», названный так в честь Юлия Цезаря. На соборе в Никее христианская церковь приняла юлианский календарь. Рождество стало официальным церковным праздником и после собора в Никее получило постоянный день в юлианском календаре. Его дата, в отличие от Пасхи, каждый год не меняется.

365-суточный год длится 52 недели и 1 день. Это означает, что, если, к примеру, в одном году 6 февраля попадает на воскресенье, в следующем году оно будет уже в понедельник, а через год во вторник. Если бы все годы состояли только из 365 дней, определенная дата перемещалась бы по дням недели равномерно. Но в череду одинаковых лет вклинивается год, состоящий из 366 суток, то есть продолжающийся 52 недели и 2 дня. Если в таком году 6 февраля попадает на вторник, то в следующем году оно будет уже в четверг. Дата «перепрыгнет» среду. Поэтому 366-суточный год называется «прыжковым» годом, а 29 февраля — «прыжковым» днем. Мы называем такие годы високосными.

Все было бы хорошо, если бы тропический год длился ровно 365,25 суток. Но это не так. Тропический год имеет продолжительность 365 суток 5 часов 48 минут 46 секунд, или 365,24220 суток. Юлианский год в среднем на 11 минут и 14 секунд, или на 0,0078 суток, длиннее.

На первый взгляд это может показаться мелочью. Но из-за этой мелочи за промежуток в 128 лет разница между юлианским и тропическим годом составит уже полные сутки. Юлианский год «выигрывает» время, но вместе с тем день весеннего равноденствия начинает отодвигаться назад, и каждый год наступает раньше и раньше в году. Во время проведения собора в Никее в 325 году н. э. весеннее равноденствие было 21 марта. В 453 году оно считалось уже 20 марта, в 581 году — 19 марта и т. д. К 1263 году н. э. (при жизни Роджера Бэкона) юлианский год по сравнению с движением Солнца приобрел восемь суток, и весеннее равноденствие переместилось на 13 марта.

Вроде бы ничего страшного. Но церковь желала смотреть в отдаленное будущее, а дата Пасхи была связана с днем весеннего равноденствия. И если пустить процесс на самотек, вскоре Пасху пришлось бы праздновать в середине лета, а Рождество — весной. В 1263 году Роджер Бэкон написал папе Урбану IV письмо, разъясняющее ситуацию. На рассмотрение проблемы у церкви ушло более трех веков.

К 1582 году юлианский календарь приобрел еще два дня, и весеннее равноденствие передвинулось на 11 марта. Папа Григорий XIII решил, что пора действовать. Первым делом он прибавил 10 дней, изменив 5 октября 1582 года на 15 октября 1582 года. Это привело календарь к соответствие с движением Солнца, и весеннее равноденствие 1583 года произошло 21 марта, как ему и было положено по решению собора в Никее.

Следующим шагом стало принятие мер, чтобы календарь снова не сбился с ритма. Поскольку юлианский год набирает полные сутки каждые 128 лет, за 384 года набегает 3 полных суток, то есть с небольшим приближением трое суток набираются за четыре столетия. Новые столетия начинаются в 1500, 1600, 1700 и т. д. годах. В юлианском календаре все они делятся на четыре без остатка, следовательно, являются високосными. Каждые четыреста лет таких годов четыре. Так почему бы не оставить три из них обычными годами, позволив одному, который делится на 400, стать високосным? Это максимально приблизит наш год к движению Солнца. Так возник григорианский календарь.

Подведем итоги: в каждых четырех столетиях юлианский календарь содержит 100 високосных годов, имеющих общую продолжительность 146 100 суток. В этих же четырех столетиях григорианский календарь допускает наличие только 97 високосных годов общей продолжительностью 146 097 суток. Сравните эти числа с продолжительностью 400 тропических лет, составляющих 146 096,88 суток. Пока с течением времени юлианский год наберет 3,12 суток по сравнению с движением Солнца, для григорианского года прибавка составит только 0,12 суток.

Но все-таки 0,12 суток — это почти три часа. Это значит, что по истечении 3400 лет григорианский календарь снова сдвинется по отношению к Солнцу на полный день. Около 5000 года н. э. человечеству снова придется рассмотреть вопрос об отказе от одного високосного года.

Следует отметить, что церковь запоздала с принятием мер. Сделай она это веком ранее, вся Западная Европа сменила бы календарь без всяких проблем. Однако к 1582 году значительная часть населения Северной Европы обратилась в протестантскую веру. Протестанты скорее согласились бы «шагать не в ногу» с Солнцем согласно установкам язычника Цезаря, чем подчиниться указаниям римского папы. Поэтому они сохранили у себя юлианский год.

1600 год обошелся без кризиса. Это был год начала столетия, причем 1600 делится без остатка на 400, так что он явился високосным как по юлианскому, так и по григорианскому календарю. Но в 1700 году ситуация изменилась. По юлианскому календарю год был високосным, а по григорианскому — нет. К 1 марта 1700 года юлианский календарь должен был обогнать Солнце уже на 11 полных суток. Дания, Нидерланды и протестантская Германия сдались и приняли григорианский календарь.

Великобритания и американские колонии продержались до 1752 года. Из-за дополнительного дня, приобретенного в 1700 году, им пришлось изменить 2 сентября 1752 года на 13 сентября того же года. В результате по Англии прокатилась волна бунтов, поскольку люди не желали терять 11 дней. Повсеместно звучали лозунги: «Верните нам одиннадцать дней!»

(Более рациональной причиной возмущения явился тот факт, что, несмотря на укороченный на 11 дней третий квартал 1752 года, землевладельцы потребовали полную арендную плату.)

Появились разногласия даже в отношении дня рождения Вашингтона. Он появился на свет 22 февраля 1732 года по григорианскому календарю, но в семейной летописи была указана юлианская дата — 11 февраля 1732 года. Когда производился переход на новый календарь, Вашингтон, бывший очень разумным человеком, спокойно изменил дату своего рождения, чтобы сохранить действительный день.

Приверженцы православной церкви в странах Восточной Европы были еще более упрямыми, чем протестанты. Миновали 1800-й и 1900 годы. Они были високосными по юлианскому календарю, но не являлись таковыми по григорианскому. К 1900 году юлианское весеннее равноденствие уже переместилось на 8 марта, а весь юлианский календарь опережал Солнце на 13 дней. Только после Первой мировой войны григорианский календарь был принят в Советском Союзе. (При этом переходе советские ученые внесли в него ряд небольших изменений, сделав его более точным. Советский календарь приобретет сдвиг на полные сутки по сравнению с Солнцем только через 35 000 лет.)

Тем не менее, православная церковь все еще упорно держится за юлианский год, поэтому по нашему календарю православное Рождество выпадает на 6 января^[1], а по старому стилю его празднуют 25 декабря.

Мне часто приходит в голову ужасная мысль…

Лично я родился в то время, когда юлианский календарь был еще в полной силе. (Если это кому-то интересно, я появился на свет в Советском Союзе, а в Америку приехал в возрасте трех лет.) В отличие от Джорджа Вашингтона я не изменял дату своего рождения, поэтому каждый год я праздную день рождения на 13 дней раньше, чем должен, таким образом, я ни за что ни про что стал на 13 дней старше.

Теперь я уже ничего не могу изменить.

Верните мне мои 13 дней! Верните мне мои 13 дней! Верните…

Глава 2 Начнем с начала

Каждый год я праздную Новый год. Вскоре после этого подходит день моего рождения. Так что в начале года у меня всегда имеется двойной повод для размышлений.

Возможно, осознание безвозвратно уходящего времени станет не таким мучительным, если я смогу мыслить более объективно. К примеру, кто сказал, что год начинается именно в день Нового года? Чем этот день отличается от любого другого? Что делает 1 января особенным?

Действительно, когда мы делим время на какие-то единицы, откуда мы знаем, с чего начинать?

Для примера давайте начнем с самого начала (это мой излюбленный метод) и рассмотрим, что такое сутки.

Сутки состоят из двух частей: дня^[2] и ночи, каждая из которых имеет астрономическое начало. День начинается с восхода солнца, ночь — с его захода. (Рассвет и сумерки тяготеют к ночи, но это уже детали.)

В тех широтах, где живет подавляющее большинство человечества, день и ночь на протяжении года изменяют свою длину (когда одна часть суток удлиняется, а другая, соответственно, укорачивается). Поэтому имеется определенное удобство в использовании дня и ночи как единой 24-часовой единицы времени. Суммарная продолжительность дня и ночи почти неизменна.

И все-таки: когда должен начинаться день: с восходом или с заходом солнца? Вопрос спорный, поскольку в примитивном обществе это происходит, когда начинается рабочий день. С другой стороны, в таком обществе заход солнца — время завершения рабочего дня. А конец означает новое начало.

Разные группы людей принимали по этому поводу разные решения. Египтяне, к примеру, начинали день с восходом, а иудеи, наоборот, после захода солнца.

Последнее нашло свое отражение в первой главе Бытия, где описаны дни творения. В Бытии (1: 5) сказано: «И был вечер, и было утро, день один». Вечер (то есть ночь) идет раньше утра (то есть дня), значит, день начинается с заходом солнца.

Эта установка сохранилась в иудаизме до настоящего времени, и иудейские праздники по сей день начинаются «накануне вечером». Христианство возникло как ответвление иудаизма, и упомянутое выше правило начинать после захода солнца распространилось на некоторые не имевшие отношения к иудаизму праздники и действует до сих пор.

Выражение «канун Рождества», если его понимать буквально, означает вечер 25 декабря. Но на самом деле это означает вечер 24 декабря. В этом нет ничего удивительного, если подойти к празднованию с позиций иудаизма и начать его накануне вечером. То же самое относится и к Новому году.

Еще один знакомый пример — канун Дня Всех Святых — вечер, предшествующий дню этого праздника. День Всех Святых отмечается 1 ноября, а его канун — вечером 31 октября. Последний более известен под названием Хеллоуин.

Между прочим, ни восход, ни заход в настоящее время не является началом дня. Период от восхода до восхода несколько больше 24 часов в течение полугода, когда день укорачивается, и немного меньше 24 часов на протяжении другой половины года, когда день удлиняется. Это утверждение также справедливо для периода от захода до захода.

Восход и заход всегда «движутся» в противоположных направлениях: они или сближаются, или удаляются друг от друга. А вот полдень и полночь на протяжении всего года занимают фиксированное положение с промежутком ровно в 24 часа. (В действительности отклонения имеются, но они малозначительны, и ими можно пренебречь.)

При желании можно решить, что началом суток является полдень, и вести от него постоянный отсчет 24-часовых циклов. Но тогда рабочий день окажется разделенным между двумя разными датами. Поэтому лучше начать отсчет дня в полночь, когда все порядочные люди спят. Мы так и делаем.

Астрономы, которые зачастую оказываются среди непорядочного меньшинства, не находящегося в полночь в своих уютных постелях, всегда считали, что их сутки должны начинаться в полдень, чтобы не относить ночные наблюдения к двум разным датам. Но они сдались и в 1925 году согласились на очевидное для себя неудобство начала суток в полночь, как это делал весь остальной мир.

Все единицы времени меньше суток зависят от суток: отсчет часов начинается с началом суток, минут — с началом каждого часа и т. д.

Разумеется, если сдвинуть начало суток, это отразится и на подсчете часов. Первоначально 24 часа были строго разделены между днем и ночью. Каждая часть суток получила по 12 часов, начиная, соответственно, с восхода и захода. Часы изменяли свою длину с изменением фактической продолжительности дня и ночи, поэтому в июне (в Северном полушарии) день состоял из 12 «длинных» часов, а ночь — из 12 «коротких» часов. В декабре все было наоборот.

Этот метод подсчета часов все еще жив у католиков. Я имею в виду «канонические часы». Там «прайм» (один) — обозначает 6 часов утра, «тирс» (три) — 9 часов утра, «секст» (шесть) — 12 часов, «нан» — 3 часа дня. Обратите внимание, что «нан» приходится на послеполуденное время, то есть на самую теплую часть дня. Самое теплое время вполне можно считать серединой дня. Слово претерпело некоторые трансформации, привязку к астрономическому полудню, и сейчас 12 часов дня мы называем «нун» — полдень.

Старый метод подсчета часов играет роль в одной из притч о житии Иисуса, в которой работников нанимают в разное время дня, включая «одиннадцатый час». Этот одиннадцатый час, о котором говорится в притче, — час перед заходом солнца, когда заканчивается рабочий день. По этой причине «одиннадцатый час» означает последний срок, когда еще можно что-то сделать. Это выражение для нас не вполне понятно, поскольку мы имеем дело только с 11 часами утра или вечера. 11 часов утра — слишком рано для опасений что-то не успеть, а 11 часов вечера — позднее время, пригодное только для сна.

Неделя впервые появилась в вавилонском календаре. В ней один день из семи был посвящен отдыху. Основная причина заключалась в том, что этот день считался несчастливым.

Иудеи, плененные в Вавилоне в VI веке до н. э., подхватили это начинание и подвели под него религиозную основу. Правда, теперь день отдыха стал днем радости, о его несчастливой подоплеке как-то позабыли. Объяснение этому найдено в Бытии (2: 2), где сказано: «И совершил Бог к седьмому дню дела Свои, которые Он делал, и почил в день седьмый от всех дел Своих, которые делал». В этот день Бог отдыхал.

Для тех общественных формаций, которые считают Библию Книгой книг, иудейское слово «sabbath» (отдых) определило седьмой, последний день недели. В наших календарях он назван субботой, а воскресенье поэтому является первым днем новой педели. Во всех наших календарях дни располагаются в семи строках, причем воскресенье является первым днем, а суббота — седьмым.

Первые христиане придавали первому дню новой недели особое значение. Во-первых, это «Божий день»: именно в этот день произошло Воскресение. Кроме того, со временем, когда христиане начали понимать самостоятельное значение своей религии, перестав быть ветвью иудаизма, они пожелали иметь собственные праздники и обряды. И в христианских обществах воскресенье, а не суббота стало днем отдыха. (В наше время оба дня — суббота и воскресенье — стали выходными, объединившись под общим названием конец недели. В этот период особенно много автомобильных аварий.)

Тот факт, что рабочая неделя начинается в понедельник, дает подавляющему большинству людей уверенность, что этот день является началом недели. По этому поводу существует известная детская шутка. Я упоминаю о ней, потому что сам однажды попался в нехитрую ловушку.

Ты просишь избранную тобой жертву произнести «ту, туу, тууу». Твой собеседник выполняет просьбу, недоумевая, в чем заключается ловушка. Затем ты предлагаешь ему произнести название второго дня недели. Он соображает, что ты ожидаешь от него слова «туузди»^[3], и радостно выговаривает «тьюзди»^[4]. После этого ты можешь взглянуть на своего собеседника с изрядной долей удивления и задумчиво ответить: «Странно, а я всегда произносил это слово „манди“»^[5].

Месяц, «привязанный» к Луне, в древности начинался в строго определенной ее фазе. Теоретически для этого подошла бы любая фаза. Месяц мог бы начинаться в полнолуние или в первой четверти и т. д. Логичнее всего начинать каждый месяц в новолуние, то есть в вечер, когда первая полоска молодого месяца становится видимой сразу после захода солнца. Для примитивного индивидуума, проявляющего склонность к логическому мышлению, в это время рождается новая Луна, поэтому и новый месяц должен родиться в это же время.

В наше время месяц освободился от Луны и стал неразрывно связан с годом, который основывается на движении Солнца. В нашем календаре в обычные годы первый месяц начинается в первый день года, второй — на 32-й день, третий — на 60-й день и т. д., совершенно независимо от фаз Луны. (В високосный год все месяцы, начиная с третьего, начинаются на день позже из-за наличия 29 февраля.)

Ну так как насчет года? Когда он начинается и почему?

В первобытном земледельческом обществе люди, по всей вероятности, осознавали год как смену сезонов. Весна, лето, осень и зима были утром, полуднем, вечером и ночью года, и, как в случае с сутками, имелось два равноправных претендента на почетное звание начала года.

Рабочий год начинался весной, когда к земле возвращается тепло и можно начинать сев. Почему бы заодно не считать весну началом года вообще? Но с другой стороны, осень — это конец рабочего года, период сбора урожая (если он, конечно, вырос, на что все члены общества искренне надеялись). Быть может, после завершения рабочего года должен начинаться новый?

С развитием астрономии начало весны начали связывать с днем весеннего равноденствия (см. главу 4), который в нашем календаре выпадает на 20 марта, а приход осени — с днем осеннего равноденствия, которое наступает полгода спустя 23 сентября.

Одни выбирали в качестве начальной точки день весеннего равноденствия, другие — осеннего. У иудеев оба этих события ассоциировались с Новым годом. Весенним равноденствием начинался месяц нисан. В середине этого месяца празднуется еврейская Пасха, связанная с днем весеннего равноденствия.

Согласно Евангелию, распятие и воскрешение Христа произошли во время празднования Пасхи, Святая пятница и сама Пасха также связаны с днем весеннего равноденствия (см. главу 1).

Иудеи праздновали Новый год в первые два дня тишри, попадающие на период осеннего равноденствия. И этот факт является чрезвычайно важным. Сегодня евреи отмечают Рош Хашонах (начало года), этот праздник более известен как еврейский Новый год.

Более поздний пример связи Нового года и дня осеннего равноденствия дала нам Французская революция. 22 сентября 1792 года была свергнута французская монархия и провозглашена республика. Революционеры-идеалисты искренне верили, что новой эпохе в истории человечества, начало которой они положили, совершенно необходим новый календарь. Они постановили считать 22 сентября днем начала нового года и составили новый список месяцев. Первый месяц получил название вандемьер, а 22 сентября 1792 года стало 1 вандемьера.

В течение 13 лет день 1 вандемьера считался официальным началом нового года, установленным французским правительством. Однако новый календарь не нашел последователей за пределами страны. Впрочем, не прижился он и на территории Франции. В 1806 году Наполеон отказался от продолжения борьбы за его введение и восстановил старый календарь.

Помимо осеннего и весеннего равноденствия существуют еще два немаловажных события, связанные с движением Солнца. После весеннего равноденствия полуденное Солнце продолжает подниматься выше и достигает 21 июня максимальной высоты — точки летнего солнцестояния (см. главу 4). Этот день имеет самую большую долготу светового дня.

Затем высота полуденного Солнца начинает уменьшаться, оно проходит точку осеннего равноденствия и продолжает опускаться, занимая 21 декабря минимальную высоту. Это точка зимнего солнцестояния, а день — самый короткий в году.

Летнее солнцестояние особого значения не имеет. Почти в это время, 24 июня, англичане празднуют Иванов день, знаменующий середину лета. Это время игр и беззаботного веселья, глупостей и даже безумств. Пьеса Шекспира «Сон в летнюю ночь» посвящена именно таким легкомысленным летним развлечениям. Вероятно, именно оттуда пошло выражение «летнее безумие».

Зимнее солнцестояние — событие значительно более серьезное. С каждым днем Солнце опускается все ниже и ниже. У первобытного человека, незнакомого с незыблемыми законами астрономии, вполне могло создаваться впечатление, что на этот раз светило будет продолжать падение и исчезнет с небосклона навсегда. В этом случае весна не наступит, и жизнь на Земле погибнет.

По этой причине, когда «падение» Солнца 21 декабря прекращалось, после чего начиналось движение в обратном направлении, люди неизменно чувствовали большое облегчение и радость: для этого был повод. Со временем в этот период начали устраиваться грандиозные религиозные празднества.

Наиболее известными из них являются декабрьские торжества, устраиваемые римлянами. Праздники организовывались в честь Сатурна (древнего итальянского бога сельского хозяйства) и назывались «сатурналиями». Это было время безудержного веселья и подарков, хорошего настроения и добрых пожеланий друг другу. Даже рабы получали в этот период относительную свободу. На сатурналиях столы всегда ломились от яств, а вино лилось рекой.

С тех пор сатурналиями называют шумные празднества, не признающие никаких ограничений.

Вполне логично было бы начать новый год в день зимнего солнцестояния, который знаменует, если можно так сказать, рождение нового Солнца. (Как первое появление молодого месяца после захода Солнца отмечает рождение новой Луны.) Возможно, нечто подобное имел в виду Юлий Цезарь, переделывая римский календарь (см. главу 1).

Римляне обычно начинали свой год 15 марта («мартовские иды»). Первоначально предполагалось, что это событие совпадет с весенним равноденствием, но из-за наплевательского отношения римлян к своему календарю со временем эти дни разошлись далеко друг от друга. Цезарь поправил ситуацию и переместил начало года на 1 января, вплотную приблизив его к зимнему солнцестоянию.

Обычай начинать год в день зимнего солнцестояния не стал всеобщим. В Англии и американских колониях 25 марта, считавшееся днем весеннего равноденствия, оставалось официальным началом года вплоть до 1752 года. Только тогда Новый год был передвинут на 1 января.

Следует отметить, что появление нового Солнца оказывает разностороннее влияние. В дни расцвета Римской империи набирающее силы христианство обнаружило наиболее опасного соперника в лице митраизма — возникшего в Персии культа солнца. Центральной фигурой в многочисленных обрядах и ритуалах являлся Митрас, олицетворявший Солнце. Его день рождения отмечался 25 декабря, очень близко к дню зимнего солнцестояния. Время для праздника было довольно удачным. Тем более, что римляне уже привыкли к проводимым в это время сатурналиям.

Со временем христианство одержало убедительную победу над митраизмом, объявив 25 декабря днем рождения Иисуса (между прочим, в Библии нет подтверждений этому факту). Таким образом, на период зимнего солнцестояния приходится рождение не только Сына Божьего, но и Солнца. В наши дни существуют некоторые моралисты (среди них и я), которые находят в современном праздновании Рождества слишком много от былых римских сатурналий, что, на мой взгляд, весьма непристойно.

Но где же начало летоисчисления? Не спорю, нумеровать годы довольно удобно, но с чего начинать? В глубокой древности, когда понимание истории еще не было развито, можно было начинать нумерацию с восшествием на престол очередного короля. Тогда с появлением каждого нового правителя нумерацию приходилось бы начинать сначала. Если же городом управлял ежегодно меняющийся магистрат, можно было обойтись без чисел вообще, давая году название по имени магистрата. В Афинах, к примеру, годы носили имена архонтов.

В Библии даты указывались следующим образом: в Первой книге Царств (16: 1), например, сказано: «В семнадцатый год Факея, сына Ремалиина, воцарился Ахаз, сын Иофама, царя Иудейского».

А у Луки (2: 2) время переписи, когда родился Иисус, обозначено только следующим образом: «И эта перепись была первая в правление Квириния Сириею».

Если у вас нет списка королей и магистратов с указанием длительности правления каждого или вы не знаете, как соотнести его с аналогичным перечнем, касающимся другого региона, вы не сможете определить нужную вам дату. Именно по этой причине многие древнейшие даты не известны точно, даже дата столь важного события, как рождение Христа.

Значительно проще выбрать дату значительного события в прошлом и нумеровать годы начиная с нее, не повторяя этот процесс.

Греки для этой цели использовали Олимпийские игры. Они проводились каждые четыре года, поэтому четырехлетний цикл именовался «Олимпиада». Олимпиады нумеровались последовательно, а конкретный год был первым, вторым, третьим или четвертым годом определенной Олимпиады.

Такая система была достаточно сложной, и после Александра Великого в нее были внесены значительные усовершенствования. Древний Восток был завоеван полководцами Александра, причем один из них, Селевк, одержал победу над другим при Газе. После этой победы Селевк стал правителем значительной части Азии. Он решил вести отсчет лет начиная с этой битвы, которая произошла на первом году 117-й Олимпиады. Этот год стал первым годом «эры Селевкидов», а все последующие годы нумеровались очень просто: 2, 3, 4, 5-й и т. д.

Эра Селевкидов имела необыкновенно важное значение в истории — ведь Селевк и его потомки правили Иудеей, которая также приняла эту систему летоисчисления. Даже после того, как евреи под предводительством Маккавея освободились от гнета Селевкидов, они продолжили использовать эту систему, датируя многочисленные торговые сделки, которые вели в разных уголках Древнего мира. Привязав эти коммерческие записи к всевозможным местным системам летоисчисления, можно установить время многих из них с достаточной степенью точности.

Самой значительной системой летоисчисления Древнего мира считается «римская эра». В ней отсчет лет ведется от года основания Рима. По традиции этот год считался 4-м годом 6-й Олимпиады, он же стал 1-м годом A.U.C. (A.U.C. — Anno Urbis Conditae — год основания города).

В этой системе летоисчисления битва при Заме, в которой Ганнибал потерпел сокрушительное поражение, произошла к 553 году A.U.C., Юлий Цезарь был убит в 710 году A.U.С. и т. д. Она получила широкое распространение в Древнем мире и просуществовала до раннего Средневековья.

Первые христиане, желающие показать, что их библейские записи предшествовали указанным в греческих и римских источниках, решили начать отсчет лет с более ранней даты, чем основание Рима и начало Олимпийских игр. Историк и религиозный деятель Эвсебий из Цезарии, живший примерно в 1050 году A.U.C., подсчитал, что патриарх Авраам родился за 1263 года до основания Рима. Он присвоил этому году номер 1, а 1050 год A.U.C. стал 2313 годом эры Авраама.

Когда Библия заняла прочное место в жизни западного мира, стало возможно довести дело до логического завершения и начать вести отсчет лет с сотворения мира. Средневековые иудеи подсчитали, что сотворение мира имело место за 3007 лет до основания Рима, в христианских источниках приводятся разные числа — от 3251 до 4755 лет до основания Рима. Поэтому существует несколько разных «земных эр». Иудейская земная эра по сей день является основой еврейского календаря, и в сентябре 1964 года начинается 5725 иудейский год.

Земные эры имели одно неоспоримое достоинство. Они начинаются достаточно давно, поэтому очень немногие известные исторические события произошли ранее, то есть имеют отрицательные даты. К «римской эре» это утверждение не относится. Начало олимпийского движения, Троянская война, правление Давида, строительство пирамид — все это было до основания Рима, и даты этих событий величины отрицательные.

Римлянам это ничуть не мешало, древних не слишком волновали понятия времени и исторического процесса. Эта проблема касается лишь современных историков. Следует признать, что у них было бы куда больше головной боли, если бы летоисчисление «римской эры» сохранилось до наших дней.

Около 1288 года A.U.C. сирийский монах по имени Дионисий, работавший с церковными и светскими записями, подсчитал, что Иисус родился в 754 году A.U.С. Эта дата показалась ему подходящей для начала отсчета лет. Спустя два с половиной века после Дионисия это и было сделано.

754 год A.U.C. стал 1-м годом нашей эры. Если вести отсчет в «христианской эре», Рим был основан в 753 году до н. э., первая Олимпиада была проведена в 776 году до н. э., династия Селевкидов начала править в 312 году до н. э. и т. д.

Именно такая система летоисчисления используется сегодня. Это означает, что даты всех событий древнейшей истории являются отрицательными. Мы должны навсегда запомнить, что Цезарь был убит в 44 году до н. э., а следующим за этим годом является 43-й, а не 45-й.

В действительности все обстоит хуже. Дело в том, что Дионисий ошибся в расчетах. Матфей (2: 1) утверждает, что «Иисус родился в Вифлееме Иудейском во дни царя Ирода». Этот царь, прозванный Иродом Великим, родился около 681 года A.U.C. и был сделан царем Иудеи Марком Антонием в 714 году A.U.C. Он умер (дата его смерти известна довольно точно) в 750 году A.U.С. Поэтому Иисус никак не мог родиться позже этого года.

750 год A.U.C. по системе Дионисия — это 4 год до н. э. В многочисленных источниках можно найти указание на то, что Иисус родился в 4 году до н. э.

Нет никаких оснований утверждать, что Иисус родился именно в год смерти Ирода. У Матфея (2: 16) сказано, что Ирод, желавший убить младенца Иисуса, приказал «избить всех младенцев в Вифлееме и во всех пределах его от двух лет и ниже». Это означает, что Иисусу было два года, в то время как Ирод был еще жив. Значит, он мог родиться в 6 году до н. э. В некоторых источниках утверждается, что это великое событие произошло в 17 году до н. э.

В результате я должен с грустью признать, что, хотя всегда предпочитаю начинать сначала, не всегда возможно точно установить, где это начало находится.

Глава 3 Призрачные линии в небе

Мой сын с большим трудом терпит издевательства одноклассников над своей фамилией. Мое объяснение, что фамилия Азимов, если ее правильно произносить, звучит очень благородно, как звук удара меча о щит во времена рыцарей, его совершенно не удовлетворяет. Враждебный блеск его глаз ясно показывает, что он считает моим святым долгом отца немедленно изменить эту несносную фамилию на привычную Смит или Браун.

Я ему искрение сочувствую, потому что тоже в свое время натерпелся из-за фамилии.

Мне вспоминается служба в армии. Нас обучали читать карту, что было гораздо лучше, чем бесконечная строевая подготовка. Но тут сержант произнес роковое слово «азимут», и все физиономии моментально повернулись в мою сторону.

Я с ужасом взирал на своих коллег, осваивающих со мной азы военного ремесла, понимая, что они неожиданно получили повод для развлечения. Но уже ничего нельзя было сделать. В течение долгих месяцев после этого я оставался Айзеком Азимутом, причем каждый солдат, назвавший меня этим именем, искренне считал себя обладателем острого чувства юмора. Но я постоянно повторял себе (перефразирую знаменитого американского поэта): «Это армия, мистер Азимов».

Мне все-таки удалось выжить.

И теперь я испытываю приятное чувство мести, подробно объясняя вам, уважаемые читатели, что такое азимут.

Все начинается с направления. Первый, самый примитивный и самый продуктивный способ обозначения направления — это показать его. «Они пошли туда-то». И все становится ясно. Или можно использовать какой-нибудь всем известный ориентир. «Направлю-ка я их к ущелью».

Хорошо, если вы имеете дело с небольшим участком земной поверхности, с которым хорошо знакомы вы и ваши друзья. Когда же площадь этого участка многократно увеличивается, возникает необходимость найти методы указания направления вне зависимости от местного рельефа, являющиеся одинаковыми для любого места на Земле.

Очевидным является использование направления восходящего и заходящего Солнца (эти направления день ото дня изменяются, но всегда можно взять среднее значение за определенный промежуток года). Это противоположные направления, которые мы называем восток и запад. Другая пара противоположных направлений располагается перпендикулярно названным, они называются север и юг.

Если в каком-то месте определены север, юг, запад и восток (это могло быть сделано довольно точно даже в доисторические времена, достаточно было внимательно наблюдать за движением Солнца), в принципе ничто не мешает определить более точные направления. Мы можем установить направление на северо-восток, северо-северо-восток и т. д.

Имея компас, вы можете пройти определенное расстояние и попасть туда, куда вам нужно. Более того, при желании вы можете составить карту поверхности Земли. Для этого вы начинаете движение в определенной точке, проходите известное расстояние в выбранном направлении в другую точку и наносите ее (в масштабе) на карту. Затем вы повторяете то же самое с третьей точкой, четвертой, пятой и т. д. Таким образом, вся поверхность планеты может быть нанесена на глобус с доступной вам степенью точности.

Тот факт, что такая операция может быть выполнена в принципе, является слабым утешением, поскольку для этого потребуется миллион людей и не меньше лет. Кстати, компас стал известен на Западе только в XIII веке; греческие географы, желавшие составить карту земной поверхности, пользовались другими приборами.

Можно зафиксировать положение Солнца в полдень, то есть точно на полпути между восходом и заходом. В любой день на Земле найдутся точки, в которых Солнце будет находиться в полдень прямо над головой. Древние греки знали, что это явление наблюдается на юге Египта в конце июня. Однако в Европе таких точек нет, Солнце всегда располагается немного сбоку.

Это легко объясняется, если учесть, что Земля имеет форму сферы. Тогда без всякого труда можно установить, что все точки на Земле, в которых Солнце в полдень находится на одинаковом расстоянии от своего высшего положения, располагаются на одной линии, проведенной в направлении восток—запад. Такую линию можно нанести на карту и использовать для определения других точек. Первым это сделал ученик Аристотеля Дикарх, живший в 300 году до н. э.

Такая линия называется широтой. Если, как это принято, поместить север вверху географической карты, линии широты будут располагаться по ее ширине.

Таким образом можно определить положение некоторого числа линий широты. Все они идут в направлении восток—запад и огибают земную сферу на определенном расстоянии друг от друга, являясь параллельными. Поэтому их еще называют параллелями.

Чем ближе параллели к полюсам, тем меньший круг они описывают. (Если у вас есть глобус, убедитесь в этом.) Самая длинная параллель расположена на равном расстоянии от полюсов, она описывает круг самого большого диаметра. Поскольку она разделяет Землю на две одинаковые половины, северную и южную, ее называют экватором (от латинского слова aequator равный).

Если бы Землю разрезали по экватору, сечение прошло бы через центр Земли. Значит, экватор — «большой круг». Каждая сфера имеет бесконечное количество больших кругов, но из них экватор — единственная параллель.

Способ измерения параллелей в градусах привился довольно быстро. Окружность сферы обычно разбивают на 360 градусов. Путешествуя от экватора к Северному полюсу, вы покрываете четверть окружности Земли, то есть 90 градусов. Поэтому, если считать экватор 0-й параллелью, через полюс проходит параллель 90°. Иными словами, параллели изменяются от 0° на экваторе до 90° на Северном полюсе.

Если вы продолжите путешествие вокруг Земли, пройдете Северный полюс и снова направитесь к экватору, то пересечете те же параллели, но в обратном порядке — от 90° до 0°. При этом вы окажетесь в точке, диаметрально противоположной той, где вы начали свой путь. Пройдя экватор, вы пересечете второй «комплект» параллелей, огибающих Южное полушарие глобуса, двигаясь сначала от 0° до 90° на Южном полюсе, а затем снова к 0°. И придете к той точке на экваторе, откуда вышли.

Чтобы различать координаты от 0° до 90° к Северному полюсу и аналогичные — к Южному полюсу, введены понятия северной широты и южной широты. Например, Филадельфия и Пенсильвания располагаются на 40-м градусе северной широты, а Чили — на 40-м градусе южной широты.

Однако параллели не могут определить точку на земной поверхности. Когда мы говорим, что Кито в Эквадоре располагается на экваторе, мы только утверждаем, что он находится на окружности, имеющей длину 25 000 миль.

Для более точного определения нам необходим набор линий на карте, следующих в направлении север—юг. На обычных картах они идут сверху вниз и называются линиями долготы.

Если в определенной точке земной поверхности полдень, такое же время во всех точках, расположенных на проходящей через нее линии север—юг. Это легко показать, если представить Землю вращающейся сферой. Поэтому линия, проведенная в направлении север—юг, еще называется меридианом (от латинского слова meridianus — полуденный).

Каждый меридиан тянется на север и юг, достигая Северного и Южного полюсов. Все меридианы сходятся в полюсах, а наибольшее расстояние между ними — на экваторе. Это очень похоже на линии, ограничивающие дольки мандарина. Если представить, что Земля разрезана на две части вдоль линии любого меридиана, сечение обязательно пройдет через центр Земли; следовательно, все меридианы являются большими кругами и каждый имеет длину около 25 000 миль.

К 200 году до н. э. на карты, составленные греками, уже были нанесены параллели и меридианы. Однако нанести линии координатной сетки точно было весьма непросто. Впрочем, с широтой все было нормально. Для ее определения следовало только измерить среднюю высоту полуденного солнца или (что даже предпочтительнее) Северной звезды. Такие измерения во времена древних греков не могли быть проведены, так точно, как в наши дни, но обладали достаточной точностью, чтобы получить приемлемый результат.

С долготой дела обстояли иначе. Для ее определения следовало знать время дня. Необходимо было иметь возможность сравнить время, когда Солнце или другая звезда (Солнце — это звезда) находится в высшей точке над местным меридианом, с тем, когда оно так располагается над другим меридианом. Если звезда проходит над меридианом Афин в Греции в определенное время, а над меридианом Мессины на Сицилии на 32 минуты позже, то Мессина расположена на 8 градусов долготы западнее Афин. Иными словами, нужны были очень надежные часы, способные производить измерения с точностью до долей минуты в течение длительного времени на значительных расстояниях друг от друга, одновременно учитывая вращение Земли.

В древности таких приборов не существовало, поэтому даже самые лучшие географы тех времен путали меридианы. Эратосфен из Кирен, живший в Александрии в 200 году до н. э., считал, что меридиан, который проходит через Александрию, также проходит и через Византию (в настоящее время — турецкий город Стамбул). Этот меридиан в действительности пролегает в 70 милях от Стамбула. Таких погрешностей было довольно много, причем они увеличивались по мере удаления от места проведения измерений.

Конечно, если была известна длина окружности Земли (Эратосфен сам ее и рассчитал), можно было вычислить расстояние (в направлении восток—запад) между меридианами. Например, на экваторе один градус долготы равен примерно 69,5 миль, а на широте 40° (к югу или к северу от экватора) он уменьшается до 53,2 миль и т. д. Однако точные измерения расстояний в условиях гористой местности чрезвычайно сложны, ничуть не легче этот процесс в открытом море.

Все было более или менее нормально до тех пор, пока европейцы не начали строить корабли и выходить на них в море. Вот тогда проблема проявилась во всей остроте. Капитаны никогда точно не знали, где находится их корабль, а найти порт помогало по большей части не штурманское мастерство, а молитва. В 1598 году Испания, являвшаяся в те времена главной морской державой, предложила награду тому, кто изобретет прибор для измерения времени, который можно использовать на борту корабля. Однако награда так никому и не была вручена.

В 1656 году голландский астроном Христиан Хигенс изобрел маятниковые часы — первый точный прибор для измерения времени. Правда, его можно было использовать только на суше. Бортовая и килевая качка, неизбежная на корабле, мешала равномерному движению маятника.

После 1600 года главной морской державой стала Великобритания. В 1675 году Карл II основал в Гринвиче обсерваторию для ведения астрономических наблюдений, необходимых для точного определения долготы.

Но хороший прибор для измерения времени пока так и не появился. В 1714 году британское правительство предложило целое состояние (по тем временам) — 20 000 фунтов стерлингов тому, кто изобретет точные часы, способные работать на корабле.

За дело взялся Джон Гаррисон — самоучка из Йоркшира, очень талантливый механик. Начиная с 1728 года он построил серию из 5 часов — одни лучше других. Все они не реагировали на движение корабля и шли в море точнее, чем другие часы на земле. Одни из них, проведя пять месяцев в море, отстали только на 1 минуту. Первые часы Гаррисона были слишком тяжелыми и громоздкими, чтобы найти применение, зато пятые имели вполне приемлемые размеры.

Британский парламент постоянно затягивал выплату Гаррисону заслуженного вознаграждения, требуя проведения все новых испытаний. Вероятно, это происходило потому, что создатель так необходимых миру часов был провинциальным механиком-самоучкой, а не блестящим ученым джентльменом из Королевского общества. Однако делом лично заинтересовался король Георг III, который поддержал Гаррисона, и тот в конце концов получил награду. Правда, произошло это уже в 1765 году, когда механику изрядно перевалило за 70.

Только в последние 200 лет нанесение сетки линий параллелей и меридианов на карту было выполнено с достаточной степенью точности.

Даже после того, как стало возможным точное измерение долготы, проблема осталась нерешенной: не существовало природной базы для отсчета, похожей на экватор. Поэтому у разных народов существовали свои системы долгот, причем обычно «нулевой долготой» считался меридиан, проходящий через местную столицу. Такое положение могло сбить с толку даже самых опытных мореплавателей.

Чтобы найти приемлемый для всех выход, в 1884 году в Вашингтоне была проведена Вашингтонская меридиональная конференция с участием представителей крупнейших морских держав. На ней было принято решение считать базой отсчета Гринвичскую обсерваторию, тем более что Великобритания в то время была истинной властительницей морей. Меридиан, проходящий через Гринвич, было решено считать нулевым.

К западу и востоку от него долгота теперь выражалась градусами западной и восточной долготы. На противоположной стороне земного шара они снова встречались, образуя 180-й меридиан, проходящий через центральную часть Тихого океана.

Каждый градус широты, как и долготы, разбит на 60 минут (′), каждая минута — на 60 секунд (″), секунды можно делить на десятые, сотые доли и т. д. С помощью долготы и широты можно однозначно определить местонахождение любой точки на карте. Например, Лос-Анджелес расположен на 34°03′15″ северной широты, 118°14′28″ западной долготы.

Северный и Южный полюса не имеют долготы, поскольку в них сходятся все меридианы. Положение Северного полюса определяется одной координатой — 90° северной широты. Аналогично 90° южной широты определяют Южный полюс.

Долготу можно выразить не градусами, а временем. Полные сутки, состоящие из 24 часов, равномерно распределяются по 360 градусам долготы. Это значит, что 15° долготы между двумя точками разделяют их на 1 час по местному времени. Если на нулевом меридиане полдень, на 15° восточной долготы 13 часов, а на 15° западной долготы — 11 часов.

Если мы обозначим начальный меридиан 0:00:00, в западном направлении время будет прибавляться, а в восточном — уменьшаться. Каждые 15° западной долготы дадут прибавку +1:00:00 час, а каждые 15° восточной долготы дадут -1:00:00 час.

Поскольку Нью-Йорк располагается на 73°59′39″ западной долготы, там на 4 часа 55 минут 59 секунд раньше, чем в Лондоне, и его долготу можно обозначить +4:55:59. Аналогично долгота Лос-Анджелеса, расположенного западнее, +8:04:48.

Таким образом, каждая точка на планете, за исключением полюсов, может быть однозначно определена своей широтой и временем. Северный и Южный полюса имеют только широту и не имеют местного времени, так как не имеют меридианов. Конечно, это не означает, что на полюсах не существует понятия времени. Просто система измерения местного времени, работающая в любой точке на планете, на полюсах отказывает. Там могут с успехом применяться другие системы. К примеру, на одном полюсе можно принять гринвичское время, а на другом — время 180-го меридиана.

На глобусе принято обозначение широты и долготы в градусах. А система выражения долготы временем используется для установления на планете часовых поясов. 180° становится «линией смены дня» (она слегка искривлена для удобства). В этом плане возможны разные забавные парадоксы, но об этом как-нибудь в другой раз.

А как насчет составления карты звездного неба? Эта проблема заинтересовала астрономов даже раньше, чем возникла необходимость составления карты Земли. Ведь человек, находящийся в данное время в данном месте, видит только небольшую часть земной поверхности, а небо значительно больше доступно для обозрения.

Проще всего отобразить на карте небесную сферу как продление земной сферы. Если воображаемую земную ось продлить в пространстве до пересечения с небесной сферой, мы получим северный небесный полюс и южный небесный полюс.

Создается впечатление, что небесная сфера вращается с востока на запад вокруг земной оси, но это лишь отражение действительного вращения Земли с запада на восток вокруг своей оси. Поэтому северный и южный небесные полюса являются неподвижными и не участвуют во вращательном движении. Точно так же Северный и Южный полюса не принимают участия во вращении Земли.

В самом ближайшем соседстве с северным небесным полюсом находится очень яркая Полярная звезда, ее же называют Северной звездой. Она всего лишь на градус в стороне от точки полюса и описывает вокруг него каждый день небольшую окружность. Радиус этой окружности настолько мал, что наблюдателю с Земли звезда кажется неподвижной. Именно по ней определяют направление на север, а значит, и все остальные направления. До появления компаса эта звезда являлась главным ориентиром для путешественников.

Воображаемые линии отсчета на Земле можно продолжить на небо. Таким образом, оно тоже окажется покрыто сеткой призрачных линий. Там будет свой небесный экватор, образующий большой круг на равном расстоянии от небесных полюсов, небесные параллели (широта) и меридианы (долгота).

Небесная широта называется склонением и измеряется в градусах. Северная половина небесной сферы (северная небесная широта) имеет склонение, выраженное положительной величиной, южная половина (южная небесная широта) имеет склонение, выраженное отрицательной величиной. Таким образом, Полярная звезда имеет склонение 89°, Поллукс — около 30°, Сириус — ориентировочно -15°, Акрукс (самая яркая звезда созвездия Южный Крест) имеет склонение -60°.

Небесная долгота называется подъемом небесных тел над горизонтом небесной сферы. Небо имеет собственный начальный меридиан, положение которого оказалось менее случайным, чем земного. Во всяком случае, споров по этому поводу было гораздо меньше. Плоскость орбиты Земли, вращающейся вокруг Солнца, рассекает небесную сферу по большому кругу, названному эклиптическим (см. главу 4). А нам кажется, что Солнце движется по этой траектории.

Поскольку ось Земли наклонена к плоскости ее орбиты под углом 23°5′, между двумя большими кругами — эклиптики и небесного экватора — тот же самый угол. Эклиптический круг пересекает небесный экватор в двух точках. Когда Солнце находится в одной из них, день и ночь имеют одинаковую длину (по 12 часов) на всей Земле. Это точки равноденствия (от латинского выражения одинаковые ночи).

Одну из этих точек Солнце проходит, когда движется от отрицательного к положительному склонению, — это весеннее равноденствие. Оно наступает 20 марта и знаменует начало весны в Северном полушарии, в котором проживает подавляющая часть земного населения. Другую точку Солнце проходит, двигаясь от положительного к отрицательному склонению, — это осеннее равноденствие. Оно наступает 23 сентября и знаменует приход в Северное полушарие осени.

Точка весеннего равноденствия находится на небесном меридиане. Это 0° подъема. Небесная долгота измеряется отсюда только в восточном направлении (в градусах или часах), пока не достигнет 360°.

Таким образом, местонахождение звезды определяется ее склонением и подъемом, а любой точки земной поверхности — ее широтой и долготой. В принципе измерения похожи.

Однако есть и разница. Начальный меридиан на Земле неразрывно связан со временем, поэтому долгота точки на земной поверхности день ото дня не изменяется. Но земная ось все же медленно вращается, делая оборот за 25 800 лет, и по этой причине небесный экватор медленно перемещается; точки, в которых он пересекается с линией эклиптики, постепенно отодвигаются в западном направлении.

Точка весеннего равноденствия двигается на запад, описывая полный круг за 25 800 лет; поэтому каждый год весеннее равноденствие наступает на мгновение раньше. Фактически равноденствие немного предваряет теоретическое время, и это явление называется предварением равноденствий.

Точка весеннего равноденствия перемещается на запад, а подъем всех тел на небесной сфере, измеряемый от точки весеннего равноденствия, увеличивается. Если мои расчеты верны, скорость составляет ¹/₇ секунды в день.

Система определения местонахождения точек в небе называется экваториальной, поскольку основывается на положении небесного экватора и небесных полюсов.

Можно описать другую систему, базовой точкой которой является сам наблюдатель. Вместо северного небесного полюса, определяемого вращением Земли, мы можем взять произвольную точку, расположенную прямо над своей головой. У каждого человека на Земле над головой своя точка, хотя, если люди находятся в густонаселенном районе, разница между этими точками совершенно незначительна.

Точка над головой — это зенит (слово пришло к нам от древних арабов). Точка, расположенная напротив нее, — в той части небесной сферы, которая находится с противоположной стороны Земли, — называется надир (также арабское слово).

Большой круг, описываемый вокруг небесной сферы на равных расстояниях от зенита и надира, — горизонт (от греческого слова пограничный). И действительно, для нас горизонт кажется границей между небом и землей, особенно в местах, где поверхность плоская, например над уровнем моря. Такая система определения положения точек в небе называется горизонтальной.

Большой круг (север—юг), движущийся от горизонта к горизонту через зенит, — это меридиан. Большой круг, движущийся от горизонта к горизонту через зенит и образующий прямой угол с меридианом, — это «начальная вертикаль».

Высота точки в градусах (положительных) над горизонтом или отрицательных — под горизонтом — называется высотой над уровнем моря. Если она определена, точное местоположение точки в небе можно установить, измерив на этой высоте число градусов к западу от южной половины меридиана. По крайней мере, астрономы так и поступают. Штурманы и топографы измеряют число градусов к востоку от северного конца меридиана. В обоих случаях замеры производятся в направлении по часовой стрелке.

Число градусов к западу от южного края меридиана (или к востоку от северного края, это зависит от используемой системы) называется азимутом. (Слово также пришло к нам из арабского языка. От него же произошло слово зенит.)

Если принять, что север имеет азимут 0°, тогда восток имеет азимут 90°, юг — азимут 180° и запад — азимут 270°. Вот и все.

А как насчет меня?

Мой азимут — Айзек, поверьте мне.

Глава 4 Небесный зоопарк

20 июля 1963 года произошло полное затмение Солнца. Его можно было наблюдать в некоторых районах штата Мэн, но из моего дома было видно далеко не все. Чтобы получить возможность наблюдать картину полностью, мне пришлось бы проехать 200 миль, надеясь, что не помешают облака, а затем вернуться обратно, проведя много времени в дорожных пробках из обитателей Новой Англии, одержимых желанием увидеть редкое событие во всех деталях.

Я решил никуда не ехать (и оказался прав, так как облака сильно мешали обзору) и наблюдал затмение со своего заднего двора. С моего наблюдательного пункта затмение не было полным — только 95 %. Между прочим, разница между 95 %-ным и полным затмением весьма значительная, как между озером и океаном. Поэтому я не могу назвать полученное впечатление неизгладимым.

Полное затмение происходит тогда, когда Луна полностью заслоняет собой Солнце. Следует отметить, что Луна достаточно велика, чтобы заслонить собой Солнце (иногда), чтобы наступила временная ночь и появились звезды. И в то же время она достаточно мала, чтобы в моменты потемнения (при затмении) оставалась видна корона, особенно самые яркие ее части вокруг Солнца.

Видимые размеры Солнца и Луны зависят от их действительных размеров и расстояния от нас. Диаметр Луны — 2160 миль, а диаметр Солнца — 864 000 миль. Отношение диаметра Солнца к диаметру Луны 864 000 : 2160 = 400. Если бы оба небесных тела находились от нас на одинаковом расстоянии, Солнце было бы в 400 раз больше Луны. При таких гигантских расстояниях увеличение расстояния вдвое так же вдвое уменьшает видимый диаметр. Расстояние до Луны около 238 000 миль, а до Солнца — 93 000 000 миль. Отношение этих расстояний 93 000 000 : 238 000 = 390. Видимый диаметр Солнца уменьшается в этой же пропорции.

Другими словами, налицо взаимовлияние двух факторов. Больший диаметр Солнца уменьшается пропорционально расстоянию, в результате чего мы видим Луну и Солнце практически одинаковыми. Видимый угловой диаметр Солнца составляет примерно 32 минуты, а Луны — 31 минуту. Так как градус равен 60 минутам, Луна и Солнце имеют диаметр примерно полградуса.

Приведенные значения являются средними, поскольку Луна и Земля движутся по эллиптическим орбитам. Луна то приближается к Земле, то снова удаляется от нее, поэтому ее видимые размеры немного меняются. И Земля периодически приближается к Солнцу, а потом снова удаляется, поэтому его видимые размеры также не всегда одинаковые. Изменение видимого диаметра составляет около 3 % для Солнца и 5 % для Луны, что незаметно для подавляющего большинства случайных наблюдателей.

Луна и Солнце так идеально подходят друг другу по чистейшей случайности. Этому факту нет никаких видимых причин. Можно утверждать, что Земле просто повезло, причем единственной из всех планет. Если же предположения современных астрономов верны и Луна постепенно удаляется от Земли, то в прошлом Луна была слишком велика для идеального полного затмения, а в будущем станет чересчур мала.

Конечно, за это соответствие надо платить. Если два тела имеют приблизительно равные видимые размеры, то затмение будет полным ограниченный промежуток времени. Другими словами, когда Луна закрывает крайний участок Солнца (продолжая двигаться), с другой стороны начинает появляться начальный участок Солнца. При самых благоприятных условиях, когда Луна находится к нам ближе всего (поэтому имеет самые большие видимые размеры), а Солнце максимально удалено от нас, имея минимальные видимые размеры, затмение может продлиться 7,5 минут.

Но, если Луна имеет видимые размеры меньше средних, а Солнце больше их, маленькая Луна полностью не заслонит большое Солнце, даже когда их центры совпадут. Вокруг Луны будет видно яркое кольцо. Это кольцевое затмение. Поскольку видимый диаметр Луны несколько меньше, чем Солнца, кольцевые затмения более вероятны, чем полные.

Ситуация не дает возможности астрономам (так же как и простым смертным, любителям красоты) насладиться загадочным зрелищем, потому что, во-первых, полное затмение длится всего несколько минут, а во-вторых, его можно наблюдать только с небольшого участка земной поверхности, куда падает узкая тень Луны.

Между прочим, мы наблюдаем значительно меньше затмений, чем могли бы. Затмение Солнца происходит, когда Луна находится между Землей и Солнцем. Но это происходит каждое новолуние. Ведь в действительности Луна становится «новой», потому что занимает место между нами и Солнцем таким образом, что ее противоположная сторона (которую мы не видим) освещается солнечными лучами, а нам остается лицезреть очень тонкую светлую полоску с одного края Луны — молодой месяц. В году 12 новолуний (иногда 13), и мы должны видеть каждый год 12 солнечных затмений (иногда 13). Разве нет?

Конечно нет. Мы наблюдаем каждый год не более пяти солнечных затмений, причем они видны с разных, удаленных друг от друга участков земной поверхности. Иногда их число уменьшается до двух. Что же происходит с остальными? Давайте рассмотрим этот вопрос.

Орбита, по которой Земля движется вокруг Солнца, лежит в одной плоскости. Солнце также располагается в этой плоскости. (Это не совпадение, а следствие действия закона всемирного тяготения.)

Представьте себе, что плоскость земной орбиты переместилась далеко к звездам. Тогда мы, стоя на Земле, увидим, что она рассечет небесную сферу на две равные половины. Линия пересечения образует на небесной сфере большой круг. Это линия эклиптики.

Разумеется, эта линия воображаемая и в действительности не видна. Тем не менее, ее положение довольно легко себе представить, используя в качестве ориентира Солнце. Плоскость земной орбиты проходит через Солнце, и, глядя на светило, мы смотрим вдоль этой плоскости. Солнце всегда находится на линии эклиптики. Поэтому, чтобы представить ее на звездном фоне, достаточно проследить путь Солнца по небу. (Я имею в виду не дневной путь с востока на запад, который является отражением вращения Земли, а его ночной путь по звездному небу, отражающий поворот Земли вокруг Солнца.)

Когда Солнце светит в небе, звезды не видны — они закрыты от нас рассеянным солнечным светом, окрашивающим небо в голубой цвет. Как же тогда определить положение Солнца относительно звезд?

Наблюдая ночное небо на протяжении года, можно нанести на карты все звезды вдоль линии эклиптики. После этого появляется возможность рассчитать положение Солнца по отношению к звездам в каждый конкретный день.

Если вы сделаете макет небесной сферы, например возьмете глобус и нанесете на него звезды, то сможете без особого труда изобразить на нем большой круг, по которому движется Солнце. Время, которое требуется Солнцу, чтобы совершить полный оборот по линии эклиптики (видимой), — примерно 365¹/₄ суток. Именно таким образом определяется год.

Луна движется вокруг Земли по эллиптической орбите, также лежащей в одной плоскости. Плоскость, в которой расположена ее орбита, проходит через Землю. Глядя на Луну, мы смотрим вдоль этой плоскости. Даже когда Луна светит в небе, звезды видны, поэтому обозначить путь Луны значительно проще. Время, за которое Луна совершает свой путь, равно примерно 27¹/₃ суток. Так определяется звездный месяц (см. главу 6).

Итак, если плоскость лунной орбиты вокруг Земли совпадает с плоскостью земной орбиты вокруг Солнца, то Луна и Солнце проследуют по одинаковой траектории относительно звезд. Вообразите, что они наблюдают за движением светил с одной позиции в небе. Луна опишет полную окружность по линии эклиптики за 28 суток, затем проведет полтора дополнительных дня, догоняя Солнце, которое тоже движется, но значительно медленнее. Каждые 29,5 дней будет новая Луна и солнечное затмение.

Более того, один раз в 29,5 дней Луна будет полной. Это произойдет, когда Луна будет находиться точно с противоположной стороны от Солнца, так что мы сможем видеть ее видимое полушарие целиком. Но в это время Луна должна заходить в тень Земли, и наступит полное затмение Луны.

Но это не происходит регулярно один раз в 29,5 дней, потому что плоскость лунной орбиты вокруг Земли не совпадает с плоскостью земной орбиты вокруг Солнца. Между этими двумя плоскостями существует угол 5°8′ (308′). Два больших круга, если их нанести на небесную сферу, будут расположены по отношению друг к другу с небольшим наклоном. Они пересекутся в двух диаметрально противоположных точках, называемых узлами или точками пересечения орбит. Максимальное расстояние между ними будет в середине между точками пересечения.

Если измерить угловое расстояние между точками максимального удаления лунного пути от линии эклиптики, оно составит 308 минут. Эта величина составляет почти десятикратно увеличенный видимый диаметр Солнца или Луны. Это означает, что, если Луна догонит Солнце в точке максимального удаления, между ними останется достаточно места, чтобы в ряд поместились еще девять небесных тел, каждое из которых имеет видимые размеры Луны или Солнца.

Поэтому в большинстве случаев Луна, догоняя Солнце, проходит над или под ним на достаточно большом удалении, и затмения не наблюдается.

Разумеется, если Луне случится догнать Солнце в точке, расположенной поблизости от точки пересечения орбит, затмение будет иметь место, но это происходит, как я уже говорил, от двух до пяти раз в год. Если математически описать движение Солнца и Луны, можно предсказать затмения в будущем и вычислить, когда они имели место в прошлом, а также точно определить места на Земле, где это явление наблюдалось или будет наблюдаться.

Геродот поведал нам об ионийском философе Фалесе, который предсказал затмение, подоспевшее вовремя, чтобы остановить сражение между лидийцами и мидийцами. (При явном проявлении божественного недовольства, согласитесь, продолжать войну не было никакого смысла.) Сражение происходило в Малой Азии примерно в 600 году до н. э., а астрономические расчеты показывают, что полное затмение Солнца было видно именно с территории Малой Азии 28 мая 585 года до н. э. Прекращенная вмешательством свыше битва, таким образом, является одним из самых ранних событий в древнейшей истории, дата которых известна с высокой степенью достоверности.

В глубокой древности человечество использовало эклиптику не только для наблюдения за затмениями. Это был своеобразный вечный календарь, изображенный на небе.

Первые календари основывались на движении Луны, которая, двигаясь по небу, проходит ряд фазовых превращений: 29 дней, которые проходят от новолуния до новолуния, — это синодический месяц (см. главу 6).

Проблема заключалась в том, что в странах достаточно развитых, чтобы иметь собственный календарь, существовал ряд важных периодических явлений (разлив Нила, наступление сезонных дождей или сезонных холодов), которые не согласовывались с синодическим месяцем. От разлива до разлива Нила, в частности, проходило не целое число месяцев. Средний промежуток составлял 12–13 месяцев.

В Египте заметили, что средний интервал между разливами совпадает с одним полным оборотом Солнца (годом). Результатом явился календарь, в котором год делился на месяцы. В Вавилоне, а также у греков и иудеев месяцы были неразрывно связаны с Луной, и год состоял из 12 или 13 месяцев, располагавшихся в порядке, повторявшемся каждые 19 лет. Таким образом, годы приводились в соответствие с сезонами, а месяцы — с фазами Луны. Но отдельные годы имели разную продолжительность (см. главу 1).

Египтяне, римляне, а затем и мы оставили Луну в покое и решили считать все годы одинаковой длины, разделив их на 12 месяцев. Календарный месяц длится 30¹/₂ суток вместо 29¹/₂ суток синодического месяца. Это значит, что месяцы больше не «шагают в ногу» с фазами Луны, но человечество как-то пережило этот факт.

Движение Солнца вдоль линии эклиптики воплощало календарь. Поскольку год (один полный оборот) делился на 12 месяцев, показалось вполне естественным разделить и линию эклиптики на 12 участков. Через 12 месяцев Солнце возвращается к первому участку.

Каждый участок эклиптики имеет собственный набор звезд. Что может отличать друг от друга эти участки? Если на одном участке имеется четыре звезды, расположенные в вершинах воображаемого квадрата, его можно назвать квадратным, другой участок получал название V-образного, третий — большого треугольного и т. д.

К несчастью, большинство людей не обладают ясным и четким математическим мышлением и чаще видят сложные фигуры, чем простые формы. Группу звезд, расположенную в форме буквы V, можно представить в виде головы быка с рогами. Вавилоняне придумали воображаемые образы для каждого участка эклиптики, а греки воспользовались ими, дав каждому греческое имя. Римляне, в свою очередь, дали им латинские имена, дошедшие до нас.

Вот список этих имен (курсивом выделено латинское название): 1) Aries, Овен; 2) Taurus, Бык; 3) Gemini, Близнецы; 4) Cancer, Рак; 5) Leo, Лев; 6) Virgo, Дева; 7) Libra, Весы; 8) Scorpio, Скорпион; 9) Sagittarius, Стрелец; 10) Capricornus, Козерог; 11) Aquarius, Водолей; 12) Pisces, Рыбы.

Как видите, семь созвездий носят имена животных; восьмое, Стрелец, обычно изображают в виде кентавра, которого тоже можно считать животным. А если вспомнить, что человек также является представителем животного царства, единственное созвездие, названное не по имени животного, — это Весы. Греки назвали набор созвездий зодиакальным кругом, или кругом маленьких животных. Мы называем их зодиакальными созвездиями.

Всего современные астрономы различают в небе 88 созвездий. Из них 30 созвездий (которые по большей части расположены в Южном полушарии и открыты в наше время) носят имена неодушевленных предметов. Из оставшихся 58 созвездий, в основном известных с древности, 36 названы именами млекопитающих (включая 14 человеческих существ), 9 — птиц, 6 — рептилий, 4 — рыб, 3 — членистоногих. Чем не небесный зоопарк?

Может показаться странным, что, хотя большинство созвездий были открыты еще в земледельческом обществе, ни одно из них не носит имя растения. Возможно, первые астрономы были скотоводами?

Линия эклиптики наклонена под углом 23¹/₂° к небесному экватору (см. главу 3), и обычно говорят, что земная ось имеет наклон 23¹/₂°.

Линия эклиптики пересекает небесный экватор в двух точках «равноденствия». Когда Солнце проходит через эти точки, оно находится прямо над экватором и продолжительность дня становится равной продолжительности ночи (12 часов) во всем мире. Отсюда и название.

Одна из точек равноденствия достигается, когда Солнце, двигаясь по линии эклиптики, переходит из южного небесного полушария в северное. Для нас, жителей Северного полушария, оно поднимается высоко в небе, словно возвещая о приходе весны. Это весеннее равноденствие, наступающее 20 марта.

В этот день (так считали древние греки) Солнце входит в созвездие Овна. Поскольку день весеннего равноденствия — хорошее время начала года для любого земледельческого общества, принято список зодиакальных созвездий начинать с Овна. Я тоже так поступаю.

В каждом созвездии Солнце находится около месяца: в Овне оно с 20 марта по 19 апреля, в Быке — с 20 апреля по 20 мая и т. д.

После прохождения точки весеннего равноденствия Солнце продолжает движение по линии эклиптики, удаляясь все дальше к северу от небесного экватора, поднимаясь все выше в нашем северном небе. На полпути между двумя точками равноденствия оно достигает точки эклиптики, максимально удаленной от небесного экватора. Мгновение Солнце «стоит неподвижно», после чего движение в северном направлении прекращается (как нам кажется), и оно «поворачивает» снова на юг. Это время «летнего солнцестояния».

В это время Солнце располагается в 23¹/₂° к северу от небесного экватора и входит в созвездие Рака. Вследствие этого линия 23¹/₂° северной широты на Земле, над которой Солнце стоит 20 июня, называется тропиком Рака (слово тропик произошло от греческого глагола поворачивать).

23 сентября Солнце достигает точки осеннего равноденствия, войдя при этом в созвездие Весов. Затем оно двигается к югу от небесного экватора и 21 декабря входит в созвездие Козерога, достигая самой южной точки своей орбиты. Наступает день зимнего солнцестояния, а линия 23¹/₂° южной широты на Земле, как вы уже догадались, именуется тропиком Козерога.

Здесь имеется одна сложность. Земная ось слегка колеблется. Если ее продлить до пересечения с небесной сферой, каждый полюс будет медленно описывать круг диаметром примерно 47°. Положение небесного экватора зависит от наклона оси, поэтому небесный экватор перемещается относительно звезд с востока на запад в направлении, параллельном эклиптике. Точки равноденствия (пересечения движущегося небесного экватора с неподвижной линией эклиптики) также перемещаются на запад навстречу Солнцу.

Точка равноденствия описывает полный круг вокруг линии эклиптики за 25 760 лет, другими словами, за год точка весеннего равноденствия смещается на 360 : 25 760 = 0,014°. Солнце, следуя по орбите с запада на восток, подходит к точке весеннего равноденствия, которая уже сместилась на 0,014° по сравнению с положением, которое она занимала годом ранее. Теперь Солнцу необходимо пройти дополнительно 0,014°, чтобы пройти полный круг. Для этого требуется 20 минут. Поскольку точка равноденствия каждый год на 20 минут «опережает расписание», это движение земной оси называется предварением равноденствий.

По причине предварения равноденствий день весеннего равноденствия передвигается на одно зодиакальное созвездие за каждые 2150 лет. Во времена строителей пирамид во время весеннего равноденствия Солнце входило в созвездие Быка. В период расцвета Древней Греции Солнце вошло в созвездие Овна. Сейчас оно находится в созвездии Рыб, а в 4000 году войдет в созвездие Водолея.

Чтобы совершить полный круг относительно звезд, Солнцу требуется 365 суток 6 часов 9 минут 10 секунд. Это звездный год. Прохождение полного круга между точками равноденствия занимает на 20 минут меньше — 365 суток, 5 часов, 48 минут, 45 секунд. Это тропический год, также определяющий время, необходимое Солнцу, чтобы проследовать от тропика до тропика и обратно.

Понятия времен года связаны с тропическим, а не со звездным годом. Так что, когда мы произносим слово год, мы имеем в виду год тропический.

Историки, изучающие времена античности, заметили, что положение Солнца в том или ином зодиакальном созвездии оказывает непосредственное влияние на Землю. Когда Солнце находилось в созвездии Льва, оно светило «с львиной» силой, и на Земле постоянно было очень жарко. Если Солнце в созвездии Водолея, на Земле идут частые и обильные снегопады. Кроме того, затмения принято считать вестниками катастроф, поскольку после затмений нередко происходили серьезные катастрофы. (Они имели место и при отсутствии затмений, но на это никто не обращал внимания.)

Ученые, занимавшиеся изучением небесных тел, всегда живо интересовались их влиянием на людей. Следует отметить, что им никогда не приходилось долго искать предмет для исследования. В частности, они обратили пристальное внимание на движение пяти ярких, похожих на звезды объектов — Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна. Они, подобно Солнцу и Луне, двигались на фоне звездного неба и были названы планетами.

Пять похожих на звезды планет так же, как Земля, двигаются вокруг Солнца, а плоскости их орбит слегка наклонены по отношению к орбитальной плоскости Земли. Это значит, что (как нам кажется) они движутся по эклиптике, как Солнце и Луна, и проходят через зодиакальные созвездия.

В отличие от Солнца и Луны их орбиты довольно сложны и представляют собой весьма замысловатые петли. Это дало возможность грекам развлекаться в течение пяти веков, изобретая всевозможные неверные теории и методы расчета орбит.

Теории, быть может, действительно были неправильными, но они позволили представить, где планеты находились в прошлом и где должны были расположиться в будущем. Оставалось только решить, какое влияние оказывает конкретная планета в определенном зодиакальном созвездии, отметить позиции всех планет в день рождения данного индивидуума, и все! Решить, о каком влиянии идет речь, весьма несложно. Здесь все зависит только от вашей фантазии, насколько она у вас разыграется. Псевдонаука астрология занимается этим без особого труда. Причем каждый астролог имеет свою собственную точку зрения, обычно не имеющую ничего общего с точками зрения его коллег.

Между прочим, по мнению астрологов, со времен Древней Греции ничего существенного не произошло. Период с 20 марта по 19 апреля все еще проходит под знаком Овна; при этом не имеет значения, что в наше время из-за предварения равноденствий Солнце уже в Рыбах. По этой причине следует различать понятия «знак зодиака» и «зодиакальное созвездие». Знак зодиака сегодня то, что было созвездием два тысячелетия назад. Мне не приходилось слышать, чтобы этот факт беспокоил кого-нибудь из астрологов.

Однажды я получил приглашение на телевизионное ток-шоу, касающееся астрологии. В беседе я должен был стать единственным научным оппонентом, поскольку остальные три участника были профессиональными астрологами.

Моим первым желанием было принять бой. Я решил, что должен скрестить шпаги с суевериями и предрассудками. Но потом передумал.

Три астролога-практика наверняка являются экспертами в своем деле, умеют говорить длинно и красиво, употребляя непонятные, но кажущиеся значительными слова. За ними мои разумные аргументы просто не будут услышаны.

Кроме того, астрологи, конечно, вооружены изрядным количеством так называемых свидетельств. Наверняка будет сказано следующее: «Люди, рожденные под знаком Льва, являются признанными лидерами, поскольку лев — это царь зверей. Доказательством тому является не подлежащий сомнению факт, что Наполеон родился под знаком Льва».

Предположим, я отвечу: «Но одна двенадцатая часть населения Земли, по меньшей мере 250 миллионов человек, рождена под знаком Быка. Разве кто-нибудь пытался определить, не является ли число лидеров среди них большим, чем среди Львов? Кстати, а каковы критерии лидерства?»

Даже если меня услышат, то, скорее всего, сочтут не вполне нормальным. По непонятной для меня причине сегодня, а именно в 1968 году, народные массы почти поголовно увлечены астрологией. Поэтому и самих астрологов развелось, как я подозреваю, больше, чем во все предыдущие века, и они могут меня попросту линчевать.

Довольно долго я колебался между желанием вступить в бой за правое дело и подозрением, что оно (правое дело) все равно не победит. Затем решил обратиться за помощью к астрологии. Наверняка и для меня существует какой-нибудь астрологический прогноз.

Я родился 2 января под знаком Козерога, проще говоря, козла.

Это соображение положило конец всем моим сомнениям! Вежливо, но твердо я отказался от участия в программе.

Глава 5 Перекличка

Когда весь мир был молодым (а я — подростком), существовал единственный способ привлечь внимание к научно-фантастическому роману: использовать в его заглавии имя какого-нибудь небесного тела. Среди моих первых сборников научной фантастики были такие книги, как «Рождество на Ганимеде», «Опасность с Каллистана» и др. (Это были настоящие коммерческие названия!)

Такая мода вскоре, увы, прошла, но факт остается фактом: в 30-х годах XX века целое поколение поклонников научной фантастики знало имена небесных тел Солнечной системы едва ли не лучше, чем названия американских штатов. Десять к одному за то, что они не имели малейшего представления, как произошли эти имена и где находятся сами небесные тела; зачастую даже неправильно произносили их. Но какая, в конце концов, разница? Когда ужасный монстр прибывает с Умбриэля или Ио, это производит значительно большее впечатление, чем если бы он приехал из Филадельфии.

Надо бороться с невежеством. Поэтому произведем, если можно так выразиться, перекличку небесных тел Солнечной системы и разберемся, какой смысл заложен в именах.

Начнем с Земли (Earth). Earth — старое тевтонское слово, но заслугой английского языка является то, что он часто обращается к классическим языкам. Греческое название Земли — Gaia, или, согласно латинскому правописанию, Gaea. Отсюда произошли слова география (описание земли), геология (рассуждения о земле), геометрия (измерение земли) и т. д.

Латинское название — Terra. В научно-фантастических романах жителя планеты Земля называют землянином (Earthling, Earthman, Terrestrial), а обитателей других планет — неземными существами (extra — Terrestrial).

Римляне также называли Землю Tellus Mater (мать Земля). Родительный падеж слова tellus — telluris, поэтому земляне в некоторых романах именуются также телурианами. Существует еще химический элемент теллурий, названный в честь нашей планеты.

Теперь перейдем к следующим небесным телам — Солнцу (Sun) и Луне (Moon). Эти названия также произошли от старых тевтонских слов.

Греческое название Солнца — Helios, римское — Sol. Греческое слово не прижилось в нашем языке, хотя мы знаем химический элемент гелий; когда говорим о подсолнечнике, используем термин «гелиотроп» и т. д.

Римское Sol сохранилось лучше. Прилагательное от слова sun — sunny, однако в науке обычно используют прилагательное solar (например, solar system — Солнечная система и др.). В научной фантастике Солнце довольно часто именуется Sol, а Земля — Sol III.

Греческое название Луны — Selene, латинское — Luna. Первое напоминает о себе названием химического элемента селений. А изучением элементов лунной поверхности занимается наука селенография. Латинское название, как известно, используется значительно чаще. Существует теория, что свет полной луны может вызвать у человека приступ безумия. Подверженных этому людей называют лунатиками.

Я предполагаю, что греки позаимствовали обычай называть небесные тела именами мифологических персонажей. Они говорили, что Гелиос — бог Солнца, а Гея — богиня Земли, но мне представляется очевидным, что сначала эти слова обозначали физические объекты, а позже были персонифицированы и стали богами и богинями.

Позже греки почувствовали тягу к мифологии и попытались сделать Аполлона богом Солнца, а Артемиду (Диану у римлян) богиней Луны. Вероятно, это приняли в «околонаучных» кругах, но для народных масс Луна и Солнце остались под названиями Helios и Selene. (Кстати, впоследствии ни одно значительное небесное тело не было названо именами Аполлона и Артемиды.)

Мне хотелось бы поговорить и о других небесных телах.

Теперь рассмотрим пять ярких звезд, которые названы планетами (см. главу 4).

Самую яркую из них мы называем Венерой. Скорее всего, именно она была замечена первой. Венера появляется в небе вечером после захода солнца или утром до восхода в зависимости от того, в какой части своей орбиты она находится. По этой причине ее называют то Утренней звездой, то Вечерней. Древние греки считали Утреннюю и Вечернюю звезду разными объектами и дали им разные имена.

Вечернюю звезду, появляющуюся на западе возле заходящего солнца, назвали Hesperos («вечер» или «запад»). Соответствующее латинское название — Vesper. Утреннюю звезду назвали Phosphorus («приносящая свет»), потому что сразу после Утренней звезды в небе появлялось Солнце. (Химический элемент фосфор назван так за способность светиться в темноте, которая является следствием медленной реакции с кислородом.) Латинское наименование Утренней звезды — Lucifer, что также означает «приносящая свет».

Обратите внимание, что здесь греки не использовали мифологию. Принятые ими названия (Утренняя звезда и Вечерняя звезда) были логичными, описательными словами. Однако впоследствии (в VI веке до н. э.) греческий ученый Пифагор Самосский возвратился в Грецию после долгих путешествий по Вавилону, обогатившись знаниями и обычаями вавилонян.

В это время астрономия у вавилонян была развита значительно больше, чем у греков, находившихся в начале пути. Правда, интерес вавилонян к астрономии был в своей основе астрологическим, поэтому для них представлялось естественным отождествлять могущественные планеты с влиятельными богами. (А почему бы и нет? И те и другие влияли на человека.) Вавилоняне уже знали, что Утренняя звезда и Вечерняя звезда — это одна и та же планета. И правда: ведь они никогда не появлялись в небе одновременно! Если одна из них была видна, другая непременно отсутствовала, и по их перемещениям в небе можно было сделать вывод, что Утренняя звезда, минуя Солнце, становится Вечерней звездой и наоборот. А планета, казавшаяся двумя звездами, была такой яркой и красивой, что вавилоняне приняли логичное решение назвать ее именем своей богини любви и красоты Иштар (Ishtar).

Пифагор привез из Вавилона в Грецию знание того, что Утренняя звезда и Вечерняя звезда являются одним и тем же объектом, после чего Hesperos и Phosphorus исчезли с небосвода. В подражание вавилонянам греки назвали планету именем своей богини любви и красоты — Афродиты. У римлян этой богиней была Венера, именно это название дошло до нас.

Таким образом, обычай называть небесные тела именами богов и богинь зародился у вавилонян (и их предшественников) и был позаимствован у них греками.

Между прочим, название «Венера» породило одну проблему. Родительный падеж существительного «Venus» — «veneris», именно от него образуются прилагательные. (В английском языке имеется прилагательное venerable — почтенный, для обозначения уважения, испытываемого римлянами к своей богине. Однако, поскольку римляне чтили и старость, это слово в основном применимо к древним старцам, а не к молодым женщинам.)

Строго говоря, при описании атмосферы Венеры использование прилагательного венерианская является неправильным. Следует использовать прилагательное венерическая, что не делается из-за неприятных ассоциаций. Конечно, можно обратиться к греческому названию, здесь родительный падеж названия — Aphrodisiakos; но если мы назовем атмосферу Венеры афродизиакской, то создадим неверное впечатление.

Но что-то надо делать! Мы давно ведем исследования атмосферы Венеры и не можем обойтись в ее описаниях без прилагательных. И выход был найден. В древности культ Венеры был более всего развит на небольшом острове на юге Греции, который носил имя Kythera — Китера (в латинском написании Cythera). Поэтому Афродиту часто воспевали как китерианскую богиню. Наши не чуждые поэзии астрономы взяли это слово на вооружение и теперь говорят о китерианской атмосфере.

С остальными четырьмя планетами нет никаких проблем. Вторая по яркости планета является воистину королевской. Венера, может быть, и ярче, но она является близкой соседкой Солнца и никогда не видна ночью. Вторая по яркости планета сияет на небосклоне всю ночь, поэтому ей дали имя главного бога. Вавилоняне назвали ее Marduk (Мардук), греки — Zeus (Зевс), а римляне — Jupiter (Юпитер). Родительный надеж слова Jupiter — jovis, а прилагательное — jovian. Человек, рожденный под влиянием Юпитера, характеризуется как jovial — «веселый, общительный».

Кроме того, в небе есть красная планета, а красный — это цвет крови, войны. Вавилоняне дали этой планете имя Nergal (Нергал) — так звали их бога войны. Греки снова не проявили оригинальности и назвали планету Арес по имени своего бога. Астрономы, изучающие рельеф этой планеты, занимаются ареографией. У римлян имелся собственный бог войны, и они назвали эту планету Mars (Марс). Родительный падеж этого слова Martis, а прилагательное — martian, и мы можем говорить о марсианских каналах.

Следующая планета (расположенная достаточно близко к Солнцу), как и Венера, появляется только утром и вечером. Она меньше Венеры и ближе к Солнцу, поэтому ее не всегда легко рассмотреть. К тому времени, как греки надумали назвать ее, мода давать планетам мифологические имена уже плотно укоренилась. Вечерняя звезда получила имя Гермес, а утренняя — Аполлон.

У поздних греков Аполлон олицетворял Солнце. Когда в небе появлялась планета Аполлон, вскоре следовало ожидать и Солнца. Поскольку эта планета располагалась ближе всех к Солнцу (греки, разумеется, не знали, что причина заключается именно в этом), она двигалась относительно звезд быстрее всех небесных тел, кроме Луны. Этим она напоминала быстроногого посланца богов Гермеса. Но согласитесь, когда одна планета имеет два имени, это не очень удобно. Поэтому весьма быстро Гермес (Аполлон) стал просто Гермесом. Римляне назвали планету Mercurius — такое имя носил римский коллега Гермеса. Нам она известна под именем Меркурий. Стремительная «пробежка» Меркурия на фоне звезд напоминает удивительную подвижность капель ртути, — этот химический элемент тоже назван меркурием. Кроме того, в обиход вошло прилагательное mercurial, которым характеризуют непостоянных, переменчивых людей.

Осталась планета, которая двигалась медленнее всех планет, известных древним грекам (она расположена дальше всех от Солнца). Поэтому ей дали имя очень важного бога, который всегда двигался медленными, тяжелыми шагами. Это был Cronos (Крон) — отец Зевса, правивший Вселенной до успешного восстания жителей Олимпа под руководством Зевса. Римляне назвали планету по имени своего бога, которого они считали аналогом Крона — Saturnus. Мы называем ее Сатурн. Предполагается, что люди, рожденные под влиянием Сатурна, должны впитать в себя его тяжесть и основательность, в результате чего являются угрюмыми, мрачными, замкнутыми. В английском языке для их характеристики существует прилагательное saturnine.

В течение двух тысячелетий только эти планеты оставались известными небесными телами в Солнечной системе. Затем наступил 1610 год, когда итальянский астроном Галилео Галилей построил телескоп и направил его в небо. Ему не потребовалось много времени, чтобы обнаружить четыре небольших объекта, вращающиеся вокруг Юпитера. (Немецкий астроном Йоганн Кеплер весьма удачно назвал их спутниками — от латинского слова, обозначающего лиц, сопровождавших могущественного человека.)

Возник вопрос: как назвать новые небесные тела? Мода называть планеты именами мифологических персонажей сохранилась и в нашей эре, но все же слегка утратила свои позиции. Галилей счел своевременным восславить Козимо Медичи II, великого герцога Тосканского, от которого ожидал (и получил) всяческие милости. Поэтому он назвал их Sidera Medicea (звезды Медичи). К счастью, название не прижилось. В наши дни мы называем всю группу из четырех спутников «спутниками Галилея», однако каждый из них все-таки получил мифологическое имя. Их присвоил спутникам немецкий астроном Симон Мариус, обнаруживший спутники немного позже Галилея.

Все спутники получили имена сердечных привязанностей Зевса, которых было немало. Самая удаленная от Юпитера планета названа Ио. Это была прекрасная девушка, которую Зевс обратил в корову, чтобы скрыть от ревности своей жены. Вторая — Европа. Эту красавицу Зевс, превратившись в быка, похитил из Финикии и доставил на Крит (кстати, так получила свое название Европа). Третий спутник — Ганимед, так звали юного троянца (греки отличались либеральными взглядами на эти вещи), которого Зевс похитил, приняв облик орла. Четвертая планета носит имя Каллисто — нимфы, пойманной женой Зевса и превращенной ею в медведя.

По чистой случайности идея назвать третью планету мужским именем оказалась удачной. Ганимед — самый большой не только из спутников Юпитера, но и из всех известных спутников в Солнечной системе (он даже крупнее Меркурия — самой маленькой планеты).

С тех пор все небесные тела, кроме необычных, назывались именами мифологических персонажей.

В 1655 году голландский астроном Христиан Хигенс открыл спутник Сатурна (теперь известно, что он шестой по счету от планеты). Его назвали Титан. Это название можно считать подходящим, поскольку Сатурн (Крон), его братья и сестры, правившие Вселенной до Зевса, называются титанами. Кроме того, слово титан также означает исполин, поскольку греки изображали титанов существами гигантского роста. И Титан оказался одним из крупнейших спутников Солнечной системы.

Франко-итальянский астроном Жан Доминико Кассини оказался более удачливым, чем Хигенс. В период с 1671-го по 1684 год он открыл еще четыре спутника Сатурна, назвав их именами титанов и титанид. Спутники, сейчас известные как 3-й, 4-й и 5-й от Сатурна, получили имена Тефия, Диона и Рея по имени трех сестер Сатурна. Рея также была женой Сатурна. 8-й спутник был назван Япет — по имени одного из братьев Сатурна. При этом использовались греческие имена, поскольку латинских аналогов (кроме Реи — латинский эквивалент Опс) не было. Кассини сделал попытку объединить четыре открытых им спутника под общим названием Людовики в честь своего господина Людовика XIV (в латинском написании Ludovicus), однако вторая попытка восславить монархию тоже провалилась.

Итак, за период 75 лет, прошедших со времени изобретения телескопа, в Солнечной системе были открыты девять новых тел — четыре спутника Юпитера и пять — Сатурна. После этого дела пошли еще интереснее.

13 марта 1781 года астроном Вильям Гершель, обозревая небосвод, заметил небесное тело, которое посчитал кометой. Довольно быстро выяснилось, что это вовсе не комета, а новая планета, орбита которой проходит недалеко от орбиты Сатурна.

И снова возник серьезный вопрос: как ее назвать? Сам Гершель называл ее Звездой Георга в честь своего монарха, английского короля Георга III. И третья попытка увековечить имя монарха в названии небесного тела не увенчалась успехом. Некоторые астрономы считали, что ее следует назвать в честь первооткрывателя — Гершель. Однако мифология в очередной раз победила.

Немецкий астроном Йоганн Боде предложил классическое решение: планеты должны образовать небесную семью. Три самые отдаленные планеты (кроме Земли) — Меркурий, Венера и Марс. Они были братьями или детьми Юпитера. Орбита Юпитера расположена с наружной стороны от орбит «планет-детей». Юпитер, в свою очередь, был сыном Сатурна, и орбита «отца» лежит с внешней стороны от орбиты «сына». Так как орбита новой планеты находится также с внешней стороны от орбиты Сатурна, почему бы не назвать ее Уран в честь бога неба и отца Сатурна? Предложение было принято, и Уран воцарился в небе. А в 1789 году немецкий химик Мартин Генрих Клапрот открыл новый химический элемент и назвал его ураном.

В 1787 году Гершель открыл два самых крупных спутника Урана. Он назвал их, прибегнув к мифологии, но, в нарушение традиций, не греко-римской. Вероятно, он, немец по рождению, чувствовал себя уже на 200 % англичанином (это нередко бывает с натурализованными иностранцами), поэтому обратился к английским легендам и балладам. Спутники получили названия Оберон и Титания в честь короля и королевы, постоянных персонажей английской литературы. К примеру, их изобразил Шекспир в своем знаменитом «Сне в летнюю ночь».

В 1789 году он открыл еще два спутника Сатурна (ближайших к планете). Давая им названия, он несколько нарушил сложившуюся картину. Планета и ее спутники до тех пор носили имена титанов и титанид (а также коллективное имя — Титан). Гершель назвал новые спутники Мимас и Энселад в честь двух великанов, восставших против Зевса уже после поражения титанов.

После открытия Урана астрономы ринулись искать новые планеты, словно стая голодных волков. Причем диапазон их поиска оказался довольно широк — от Марса до Юпитера. Первым неизвестное небесное тело обнаружил итальянец Джузеппе Пиацци. Впервые он заметил его из своей обсерватории в Палермо 1 января 1801 года.

Хотя он и был священнослужителем, но не изменил традиции давать небесным телам имена мифологических персонажей и назвал его Ceres (Церера) по имени богини, покровительницы его родной Сицилии. Она была сестрой Юпитера, а также богиней жатвы (отсюда cereal — хлебный злак, каша) и плодородия. Таким образом, уже вторая планета получила женское имя (первой была Венера), и это быстро вошло в моду. Церера оказалась небольшим небесным телом (485 миль в диаметре). В промежутке между Марсом и Юпитером таких оказалось немало. В течение следующего столетия все открытые новые небесные тела получали только женские имена.

За шесть лет, прошедших после открытия Цереры, были обнаружены еще три малые планеты. Две из них назвали Юнона и Веста — именами сестер Цереры. Они также были сестрами Юпитера, а Юнона к тому же была его женой. Третья получила имя Паллада — это одно из имен Афины, дочери Зевса (Юпитера). Следовательно, Церере она приходилась племянницей. Два химических элемента, обнаруженные в этом десятилетии, получили название церий и палладий.

Позднее малые планеты назывались именами менее значительных богинь, таких, как Геба, виночерпий богов, Ирис, их посланница. В небе появились музы, грации, оры, нимфы и т. д. Когда же список божеств был исчерпан, малые планеты начали получать тривиальные, а иногда и глупые имена. Мы не будем останавливаться на этом.

В 1846 году снова появился повод для волнения. Обнаружив, что движение Урана является неравномерным, француз Урбэн Ж. Ж. Леверье и англичанин Джон Кауч Адамс рассчитали орбиту планеты, находящуюся за Ураном, гравитационное поле которой и является причиной аномалий в движении Урана. Новая планета была открыта именно там, где она должна была находиться, согласно проведенным вычислениям.

И снова пришлось решать вопрос об имени. Предложенная Боде концепция небесной семьи в этом случае ничем не могла помочь, поскольку Уран был первым, произошедшим из хаоса, и, следовательно, не имел отца. Предложение назвать планету именем ее первооткрывателя также осталось без внимания. После долгих размышлений было принято решение назвать планету Нептуном, по имени морского божества.

(Леверье также предположил наличие планеты внутри орбиты Меркурия и назвал ее Вулкан, по имени бога огня и кузнечного дела. Однако планету так и не обнаружили. На мой взгляд, представляется очевидным, что ее не существует.)

После открытия Нептуна его начал пристально изучать английский астроном Вильям Лассел. Очень скоро он обнаружил крупный спутник, получивший имя Тритон. Название весьма удачное, поскольку Тритон был полубогом моря и сыном Нептуна (Посейдона).

В 1851 году Лассел открыл еще два спутника Урана, расположенные ближе к планете, чем обнаруженные ранее Оберон и Титания. Англичанин Лассел решил продолжить традицию, начатую ранее, и снова обратился к английскому фольклору. Он выбрал «Похищение локона» Александра Поупа, где фигурировали два волшебных персонажа — Ариель и Умбриель. Эти имена получили новые спутники.

Новые спутники продолжали обнаруживаться. У Сатурна, уже имевшего семь известных спутников, в 1848 году был обнаружен восьмой. Это открытие в 1848 году совершил американский астроном Джордж П. Бонд. В 1898 году другой американец, Вильям X. Пикеринг, открыл девятый спутник, тем самым завершив список. Они были названы именами титанов Гипериона и Фебы. В 1905 году Пикеринг решил, что открыл десятый спутник, и даже дал ему имя еще одной титаниды — Темис, но это оказалось ошибкой.

В 1877 году американец Асаф Холл, ожидавший максимального приближения Марса, обнаружил два небольших спутника и назвал их Фобос (страх) и Деймос (ужас), то есть именами двух сыновей Марса (Ареса) из греческой мифологии.

В 1892 году американский астроном Эдвард Э. Бернард открыл пятый спутник Юпитера, расположенный ближе к планете, чем спутники Галилея. В течение долгого времени он оставался без собственного имени, проходя под номером «Юпитер V» (поскольку был открыт пятым). Мифологическое имя Амалфея он получил позже, благодаря французскому астроному Камилю Фламмариону. Лично мне такое название спутника пришлось по душе. Амалфея вскормила Юпитера (Зевса) в младенчестве своим молоком, поэтому вполне справедливо, если она будет находиться ближе к нему, чем мальчики и девочки, пользовавшиеся его привязанностью в зрелые годы.

В XX веке было открыто еще семь спутников Юпитера; все они располагаются далеко от планеты, имеют небольшие размеры, возможно, являются попавшими в поле тяготения астероидами и официально остаются безымянными. Однако неофициальные имена у них все-таки существуют. Три ближайшие к Юпитеру астероида названы Гестия, Гера и Деметра по греческим именам трех сестер Юпитера (Зевса), а Гера к тому же была его женой. Соответствующие римские имена — Веста, Юнона и Церера. Еще два спутника названы именами братьев Юпитера (Зевса) Посейдона и Гадеса. Римской версией имени Посейдон — Нептун — названа планета. Из оставшихся спутников один стал Паном (внук Юпитера), а другой — Адрастеей (нимфа, нянчившая его в детстве).

Таким образом, имя Геры, жены Юпитера (Зевса), носит спутник, который располагается значительно дальше от планеты и имеет куда меньшие размеры, чем четыре спутника, названные в честь любовниц и любовников этого бога. Я не уверен, что это правильно, но думаю, что астрономы разбираются в этом лучше меня.

В 1898 году немецкий астроном Г. Витт открыл необычную малую планету. Ее орбита находилась ближе к Солнцу, чем орбиты всех известных в то время малых планет, недалеко от Земли. Орбита этой планеты проходила между Марсом и Венерой, поэтому Витт дал ей имя Эроса — бога любви, сына Марса (Ареса) и Венеры (Афродиты).

Тем самым было положено начало новому обычаю давать малым планетам с необычными орбитами мужские имена. К примеру, астероиды, вращающиеся в пределах орбиты Юпитера, получили имена мужчин — участников Троянской войны: Ахиллес, Гектор, Патрокл, Аякс, Диомед, Агамемнон, Приам, Нестор, Одиссей, Антилох, Эней, Анхис и Троил.

Интересное открытие было сделано в 1948 году, когда астроном Вальтер Бааде обнаружил малую планету, находившуюся ближе к Солнцу, чем даже Меркурий. Он назвал ее Икар в честь мифологического персонажа, подлетевшего так близко к Солнцу, что воск его искусственных крыльев расплавился. Результат известен всем.

В 1948 году голландец Жерар П. Квипер обнаружил ближайший спутник Урана. Поскольку Ариель (находящийся чуть дальше) является персонажем не только «Похищения локона», по и «Бури» Шекспира, Квипер назвал свой спутник именем другой шекспировской героини — Миранда.

В 1950 году он открыл второй спутник Нептуна. И поскольку первый назывался Тритон (это не только имя сына Нептуна, но и собирательное название всех полубогов мужского пола, живущих в море), второй получил имя Нереида (объединяющее всех морских нимф женского пола).

А тем временем в начале XX века американский астроном Персиваль Лоуэлл был занят поисками девятой планеты, расположенной за Нептуном. В 1916 году он умер, так и не добившись успеха. Однако в 1930 году его последователь Клайд В. Томбо совершил долгожданное открытие.

Новую планету назвали Плутоном в честь бога подземного мира. Название, на мой взгляд, вполне уместное, так как эта планета больше всех удалена от солнечного света. В 1940 году были открыты еще два химических элемента, следующие в таблице после урана. Их назвали нептун и плутон.

Обратите внимание, что первые две буквы в названии Плутон являются инициалами Персиваля Лоуэлла. Этому астроному все-таки удалось дать пусть не свое имя, но хотя бы свои инициалы планете. У Гершеля и Леверье даже это не получилось.

Глава 6 Вокруг и вокруг и…

У любого автора, желающего написать книгу по астрономии, предназначенную для широкого круга читателей, непременно возникает проблема: как доступно объяснить, что Луна всегда обращена к Земле только одной стороной, но, тем не менее, вращается.

Для не имеющего соответствующего образования читателя, который никогда раньше не сталкивался с этим вопросом, здесь налицо явное противоречие. Тот факт, что Луна всегда повернута к нам одной стороной, у широких народных масс сомнения не вызывает: ведь даже невооруженным глазом видно, что темные пятна на лунной поверхности всегда находятся в одном положении. Но при этом представляется очевидным, что Луна не вращается: если бы она поворачивалась, мы постепенно увидели бы ее со всех сторон.

Нет никакого смысла свысока усмехаться над неискушенностью среднестатистического читателя, потому что он абсолютно прав. Луна действительно не вращается относительно наблюдателя, находящегося на поверхности Земли. Когда же астрономы утверждают, что Луна вращается, они имеют в виду, что это движение происходит относительно других небесных тел.

К примеру, если некто на Солнце ведет наблюдение за Луной в течение длительного промежутка времени, он заметит, что линия, разделяющая освещенную сторону от теневой, медленно перемещается и Солнце последовательно освещает все участки лунной поверхности. Это означает, что для наблюдателя, находящегося на поверхности Солнца (не думаю, что их много), Луна будет вращаться, и наблюдатель сможет постепенно осмотреть ее целиком.

Наш читатель может подумать: «Я вижу только лицевую сторону Луны и считаю, что она не вращается. Наблюдатель на Солнце видит все стороны Луны и говорит, что она вращается. Вряд ли стоит сомневаться, что мое мнение важнее, чем заявление наблюдателя с Солнца, хотя бы потому, что я существую, а он нет. Хотя, даже если бы он существовал, все-таки я — это я, а он — неизвестно кто. Следовательно, я имею все основания настаивать на своем: Луна не вращается!»

Чтобы не продолжать эту никому не нужную дискуссию, следует рассмотреть проблему со всех сторон. Начнем, пожалуй, с вращения Земли — эта тема близка и понятна всем.

Для начала отметим один бесспорный факт: для наблюдателя на Земле Земля не вращается. Если вы останетесь в одном месте с какого-то момента и до конца света, то всегда будете видеть только одну часть земной поверхности, и ничего больше. Поэтому относительно вас планета неподвижна. И действительно, мы знаем многие примеры из истории человечества, когда даже умнейшие ученые мужи настаивали на том, что действительность (что бы это слово ни означало) в точности соответствует тому, что мы видим. Поэтому Земля действительно не вращается. В 1633 году Галилео Галилей, заявивший обратное, оказался в весьма неприятных обстоятельствах.

Но давайте предположим, что наш наблюдатель разместился на одной из звезд, расположенной (простоты ради) в плоскости земного экватора, или, иначе, на небесном экваторе (см. главу 3). Далее предположим, что в распоряжении наблюдателя имеется некий прибор, дающий ему возможность изучать поверхность Земли в мельчайших деталях. Для него Земля будет вращаться, потому что постепенно перед его глазами пройдут все участки ее поверхности. Заметив для себя какой-нибудь ориентир (пусть это будем мы с вами, стоящие в какой-то точке экватора), он сможет увидеть, как мы исчезнем из поля зрения, а затем появимся снова. Теперь, используя обычный хронометр, он сможет определить период вращения Земли.

Мы можем продублировать его действия: когда для наблюдателя на звезде мы находимся в центре видимого для него участка земной поверхности, мы видим его звезду прямо над головой. Он засечет время, которое потребуется нам, чтобы вернуться в это же положение, а мы можем засечь время, за которое его звезда снова займет позицию над нашими головами. (Измерим это время в минутах. Минута равна 60 секундам, а секунда — ¹/_{31 556 925,9747} части тропического года.)

Период оборота Земли относительно звезд составляет 1436 минут, причем не имеет никакого значения, какую звезду мы выбрали для наблюдений. Видимое с Земли перемещение звезд друг относительно друга незначительно, поэтому вполне можно считать, что созвездия движутся как единое целое.

Промежуток времени, равный 1436 минутам, называется звездным днем.

Давайте представим, что наблюдатель находится на Солнце. Глядя оттуда на Землю, он, безусловно, заметит, что она вращается, но период вращения покажется ему не таким, как наблюдателю со звезды. Наш солнечный наблюдатель будет находиться гораздо ближе к Земле, достаточно близко, чтобы движение Земли вокруг Солнца стало фактором, который следует принять во внимание. При единичном обороте Земли (по мнению звездного наблюдателя), она продвинулась бы на заметное расстояние через пространство, а солнечный наблюдатель обнаружил бы, что созерцает планету уже под другим углом.

Эти результаты можно интерпретировать по отношению к наблюдателю на Земле. Чтобы в точности воспроизвести действия солнечного наблюдателя, мы, находясь на Земле, можем измерить период времени, прошедший от момента одного прохождения Солнца прямо над головой до момента следующего (иными словами, от полудня до полудня). Поскольку Земля двигается вокруг Солнца, кажется, что Солнце движется на фоне звездного неба с запада на восток. После прохождения одного звездного дня выбранная звезда должна будет вернуться и занять положение прямо над нашими головами, но Солнце переместится в восточном направлении в точку, откуда ему потребуется двигаться 4 минуты, чтобы оказаться прямо над нашими головами. Таким образом, солнечный день имеет продолжительность 1440 минут, то есть на 4 минуты длиннее, чем звездный день.

Далее предположим, что мы поместили наблюдателя на Луну. Он находится еще ближе к Земле, и видимое движение Земли относительно звезд для него в 13 раз более очевидно, чем для наблюдателя с Солнца.

Рассматривая ту же ситуацию с Земли, мы должны измерить время между последовательными прохождениями Луны прямо над головой. Луна сместится в восточном направлении относительно своего звездного фона на расстояние в 13 раз большее, чем Солнце. После завершения звездного дня нам придется ждать еще 54 минуты, чтобы Луна снова оказалась над нашими головами. То есть земной лунный день имеет продолжительность 1490 минут.

Так же мы можем вычислить период вращения Земли для наблюдателя с Венеры, Юпитера, кометы Галлея, искусственного спутника и т. д. Но я проявлю милосердие и воздержусь от этого. Давайте подведем краткие итоги уже проделанной работы:

звездный день … 1436 минут

солнечный день … 1440 минут

лунный день … 1490 минут

И сразу возникает вполне разумный вопрос: какой же из этих дней настоящий?

Ответ заключается в том, что вопрос вовсе не разумный, а скорее наоборот. Не существует настоящего дня, как и настоящего периода вращения. Есть только различные видимые периоды, продолжительность которых зависит от положения наблюдателя. Говоря более научным языком, продолжительность периода вращения Земли зависит от выбранной системы координат, причем все системы координат равнозначны.

Но если последнее утверждение справедливо, выходит, что мы остаемся нигде? Или ни с чем?

Вовсе нет! Системы координат действительно равнозначны, но не одинаково удобны и полезны. При одних вычислениях выбранная система координат может быть чрезвычайно полезной, но при других — нет, и придется выбирать другую. Мы вправе выбирать и пользоваться любой из них, представляющейся в данной ситуации наиболее удобной.

Например, я сказал, что солнечные сутки длятся 1440 минут, но на самом деле это не совсем так. Из-за того, что земная ось наклонена к плоскости ее орбиты и Земля иногда находится ближе к Солнцу, а иногда — дальше (так что она движется то быстрее по орбите, то медленнее), солнечные сутки периодически продолжаются несколько дольше или меньше 1440 минут. Если вы разметите все полдни в течение года, разделив их 1440 минутами, в некоторых случаях Солнце будет проходить над головой на 16 минут раньше своего расписания, а в других — на такое же время позже. К счастью, к концу года ошибки с разными знаками взаимно ликвидируют друг друга.

Поэтому период в 1440 минут не является истинной продолжительностью солнечных суток Это средняя продолжительность всех солнечных суток года, так называемые средние солнечные сутки. И во все полдни, кроме четырех дней в году, над нашими головами проходит не настоящее Солнце, а воображаемое небесное тело, названное средним Солнцем. Оно располагается в том месте, где находилось бы настоящее Солнце, если бы двигалось равномерно.

Лунные сутки еще более неравномерны, чем солнечные, однако звездные сутки — понятие практически постоянное. Определенная звезда проходит над головой каждые 1436 минут.

Если мы собираемся вести измерение времени, представляется очевидным, что для этой цели лучше всего подходят звездные сутки, поскольку их длина наиболее постоянна. Если звездные сутки являются основой для проверки часов при прохождении звездой отметки на линзе телескопа, тогда сама Земля, вращаясь относительно звезд, служит в качестве эталонных часов и секунда может быть определена как ¹/_1436,09 звездных суток. (В действительности продолжительность года является величиной еще более постоянной, чем продолжительность звездных суток, поэтому секунда теперь официально определяется как часть тропического года.)

Солнечные сутки, хотя и грешат непостоянством, имеют одно серьезное преимущество. Они основаны на положении Солнца, которое определяет, какая часть земной поверхности освещается, а какая находится в тени. Иными словами, солнечные сутки равны сумме периодов светового дня и темного времени суток — ночи. Среднестатистический доисторический человек вряд ли обращал слишком пристальное внимание на положение звезд. Скорее всего, ему был безразличен тот факт, что одна из них в данный момент проходит прямо над его головой. Однако он не мог не заметить, что день сменяется ночью, и наверняка всегда определенно знал, день в данный момент на дворе или ночь, восход или заход, полдень или сумерки.

Этим определяется важность и полезность солнечных суток. Именно они явились первоначальной базой для измерения времени и разделены ровно на 24 часа, каждый из которых, в свою очередь, разделен на 60 минут (24 × 60 = 1440 — таково число минут в солнечных сутках). При этом звездные сутки длятся 23 часа 56 минут, а лунные — 24 часа 50 минут.

Ввиду исключительной важности и полезности солнечных суток человечество привыкло считать их истинными сутками и думать, что Земля в самом деле делает оборот за 24 часа. Здесь речь идет только о видимом движении относительно Солнца, которое является не более истинным или ложным, чем движение относительно любого другого объекта.

Понятие лунных суток также является весьма полезным. Если мы отрегулируем свои часы так, чтобы они теряли каждый час 2 минуты и 5 секунд, они станут идти на основе лунных суток. Тогда мы без труда обнаружим, что прилив (или отлив) наступает дважды в день в одно и то же время с перерывом в 12 часов (с незначительными отклонениями).

Но также важна система отсчета, связанная непосредственно с Землей, то есть предположение, что наша планета не вращается. Прицеливаясь, чтобы нанести удар по бильярдному шару, бросая бейсбольный мяч, планируя поездку по стране, мы никогда не принимаем во внимание вращение Земли. Мы предполагаем, что она спокойно стоит на месте.

Теперь давайте перейдем к Луне. Для наблюдателя с Земли, как я уже отметил ранее, она не вращается, поэтому ее «земные сутки» продолжаются бесконечно долго. Тем не менее, мы можем показать, что Луна все-таки вращается, передвинув систему координат (без объяснений — пусть читатель помучается). Можно передвинуть координатную плоскость к Солнцу или звездам таким образом, чтобы наглядно продемонстрировать не только сам факт вращения Луны, но и то, что существует два периода вращения.

Относительно звезд период вращения Луны составляет 27 суток 7 часов 43 минуты 11,5 секунд, или 27,3217 суток (где сутки — это 24-часовые средние солнечные сутки). Это — звездный день Луны. Это также период (относительно звезд) ее оборота вокруг Земли, поэтому его почти всегда называют звездным месяцем.

За один звездный месяц Луна проходит примерно ¹/₁₃ часть своей орбиты вокруг Солнца, и для наблюдателя на Солнце точка обзора переместится на весьма значительный угол. Луна должна вращаться еще более двух суток, чтобы компенсировать его. Солнечный месяц имеет продолжительность 29 суток 12 часов 44 минуты 2,8 секунды, или 29,5306 суток.

Выбирая между этими двумя месяцами, человечество отдало явное предпочтение солнечному, потому что фазы Луны зависят от взаимного положения Луны и Солнца. Один солнечный месяц, или 29,5306 суток, проходит от новолуния до новолуния, или от полнолуния до полнолуния. В древности, когда фазами Луны отмечали смену времен года, именно солнечный месяц стал наиболее важной единицей измерения времени. Конечно, требовалось приложить немало усилий, чтобы определить точный день, когда следующая новая Луна появится в небе, — без этого было бы невозможно вести календарь (см. главу 1). Заботу об этом доверяли касте священнослужителей. Кстати, само слово календарь произошло от латинского слова, значащего «провозглашать», потому что начало каждого месяца провозглашалось соответствующими церемониями. Собрание официальных лиц духовенства (как те, что в древности объявляли о начале нового месяца) называют синодом. Поэтому солнечный месяц называется синодическим месяцем.

Чем дальше планета от Солнца и чем быстрее она движется относительно звезд, тем меньше несовпадение между звездным днем и солнечным днем. Для всех планет, расположенных дальше Земли, этим несовпадением можно пренебречь.

Для двух планет, чьи орбиты проходят ближе к Солнцу, чем земная, это расхождение очень велико. Меркурий и Венера оборачиваются, вечно повернувшись одной стороной к Солнцу, и не имеют солнечного дня. Однако они вращаются относительно звезд, поэтому имеют звездный день, который равен периоду их обращения вокруг Солнца (снова относительно звезд).

Если спутники в Солнечной системе (см. главу 7) постоянно обращены одной стороной к основной планете, то их звездный день равен периоду оборота вокруг своей планеты.

Тогда я могу составить таблицу (ничего подобного мне раньше видеть не доводилось) с указанием звездных периодов обращения для каждого из 32 основных небесных тел Солнечной системы. Для наглядности я приведу периоды обращения в минутах и расположу их в таблице в порядке убывания. После каждого названия спутника я приведу в скобках название основной планеты и число, показывающее положение спутника, считая от планеты.

Эти числа показывают время, которое требуется звездам, чтобы совершить полный круг по небу, относительно системы координат, расположенной на поверхности рассматриваемого небесного тела. Если вы разделите каждое число на 720, то получите количество минут, которые затратит звезда (в районе небесного экватора данного тела), чтобы пройти ширину Солнца или Луны, как это видно с Земли.

Что касается самой Земли, это занимает 2 минуты, и ни секундой больше, хотите — верьте, хотите — нет. На Фобосе (внутренний спутник Марса) — чуть больше, чем полминуты. Звезды будут вертеться по небу со скоростью, в четыре раза превышающей обычную, а надувшийся Марс будет неподвижно висеть в небе. Представляете, какое зрелище!

С другой стороны, наблюдатель на Луне может убедиться, что звезде, чтобы покрыть расстояние, равное видимой ширине Солнца, потребуется 55 минут. Там небесные тела можно изучать на протяжении длительных отрезков времени, значительно более продолжительных, чем на Земле. Никогда не слышал, чтобы этот довод приводился в качестве аргумента для создания лунного телескопа. Этот факт, конечно при условии отсутствия облаков и других неблагоприятных атмосферных явлений, должен сделать лунную обсерваторию перспективой очень привлекательной, ради которой можно было бы пойти и на межпланетное путешествие.

На Венере звезда пройдет расстояние, равное видимой ширине Солнца, за 450 минут, или 7,5 часов. Что ни говори, там можно было бы устроить настоящий рай для астрономов, конечно при условии отсутствия облачности.

Глава 7 Давайте побродим… посмотрим…

В книгах по астрономии (а я их видел, поверьте, немало) обязательно содержится таблица, где перечислены планеты Солнечной системы с указанием диаметра, расстояния от Солнца, времени оборота, альбедо, плотности, числа спутников и т. д.

Я очень люблю числа и отношусь к ним с большим уважением, поэтому всегда с жадностью набрасываюсь на такие таблицы в надежде обнаружить новую информацию. И иногда получаю награду в виде данных о температуре на поверхности, орбитальной скорости и т. д. Однако информации всегда оказывается мало.

Поэтому всякий раз, когда мой мозг начинает настойчиво требовать очередную порцию пищи для размышлений, я даю ему информацию, которой в данный момент располагаю, затем посвящая долгие часы досуга выводам, предположениям и формулировке всевозможных гипотез. (По крайней мере, я занимался этим в те далекие времена, когда еще имел досуг.)

В общем, я и теперь этим занимаюсь, только облекаю результаты своих размышлений в форму очерков и статей. Если хотите, присоединяйтесь ко мне: мы вместе побродим, оглядимся по сторонам и посмотрим, что получится.

Давайте начнем так…

Если верить Ньютону, каждый объект во Вселенной притягивает другой объект с силой (f), пропорциональной произведению масс этих объектов (m₁ и m₂), деленной на квадрат расстояния между их центрами (d). Чтобы получить равенство, умножаем результат на гравитационную постоянную (g).

Это означает, что существует притяжение между Землей и Солнцем, между Землей и Луной, а также между Землей и всеми планетами, спутниками, метеоритами и каждой песчинкой космической пыли во Вселенной.

К счастью, Солнце так огромно по сравнению со всеми остальными объектами Солнечной системы, что при расчете орбиты Земли или любой другой планеты делается допущение (если рассматриваются только Солнце и конкретная планета), что они одни во Вселенной. Влияние остальных небесных тел может быть подсчитано позже.

Так же можно рассчитать орбиту спутника, предположив, что он и его основная планета одни во Вселенной.

Здесь есть кое-что, на мой взгляд, чрезвычайно интересное. Если Солнце многократно массивнее любой планеты, разве оно не должно оказывать влияние и на спутники, даже находясь на значительно большем расстоянии, чем его родная планета? Если так, каким образом можно оценить это влияние?

Представим себе этот процесс в виде перетягивания каната, на одном конце которого находится спутник со своей планетой, а на другом — Солнце. Как поведет себя Солнце в этом соревновании?

Думаю, что астрономы все это давно подсчитали, однако я ни разу не видел результатов этих расчетов в литературе, поэтому решил выполнить их сам.

Вот что можно сделать. Давайте обозначим массу спутника m, массу его планеты (вокруг которой он вращается) m_р, массу Солнца — m_s. Расстояние от спутника до планеты у нас будет d_р, а расстояние от спутника до Солнца — d_s. Гравитационная сила, действующая между спутником и планетой, — f_p, а между спутником и Солнцем — f_s. Вот и все. Обещаю, больше вы не увидите никаких новых обозначений, по крайней мере в этой главе.

Из формулы 1 видно, что сила притяжения между спутником и планетой:

а между тем же спутником и Солнцем:

Нам интересно узнать, насколько гравитационная сила, действующая между спутником и планетой, сравнима с аналогичной силой, действующей между спутником и Солнцем. Иными словами, чрезвычайно любопытно вычислить отношение f_p/f_s, которое можно назвать «коэффициентом перетягивания каната». Чтобы его получить, следует разделить формулу 2 на формулу 3. Результат приведен в формуле 4:

При делении формула несколько упростилась. Во-первых, исчезла гравитационная постоянная, и нам не придется иметь дело с малыми числами и неудобными размерностями. С другой стороны, сократилась масса спутника (иными словами, для получения «коэффициента перетянутого каната» не имеет значения размер спутника).

В формуле остались отношение массы планеты к массе Солнца, а также квадрат отношения расстояния от спутника до Солнца к расстоянию от спутника до планеты.

Спутники имеют только шесть планет. Это Нептун, Уран, Сатурн, Юпитер, Марс и Земля (в порядке убывания расстояния от Солнца).

Произведя подсчет отношения масс, получим следующие результаты:

Как видите, отношение масс явно в пользу Солнца. Даже Юпитер — самая тяжелая из планет — не дотянул до ¹/₁₀₀₀ массы Солнца. В действительности суммарная масса всех планет (с учетом спутников, астероидов, комет и метеоритов) составляет не более ¹/₇₅₀ массы Солнца.

Пока у Солнца имеются все шансы выиграть соревнования по перетягиванию каната.

Однако нам следует рассмотреть и отношение расстояний, а здесь все говорит в пользу планеты, потому что любой спутник располагается ближе к своей родной планете, чем к Солнцу. Тем более, что это отношение расстояний следует еще возвести в квадрат. После этого уже можно почти не сомневаться, что Солнце не перетянет канат. Но все-таки проверим.

Начнем с Нептуна. Он имеет два спутника — Тритон и Нереиду. Среднее расстояние каждого из них от Солнца примерно такое же, как среднее расстояние Нептуна от Солнца, — 2 797 000 000 миль. Среднее расстояние Тритона от Нептуна — 220 000 миль, а среднее расстояние Нереиды от Нептуна — 3 460 000 миль.

Разделив расстояние от Солнца на расстояние от Нептуна до каждого спутника и возведя результат в квадрат, получим 162 000 000 для Тритона и 655 000 для Нереиды. Умножив каждое из этих чисел на отношение масс Нептуна и Солнца, получим следующие коэффициенты:

Таким образом, условия, в которых существуют спутники, очень различны. Гравитационное влияние Нептуна на свой ближайший спутник — Тритон — намного больше, чем влияние на него Солнца. Нептун схватил Тритон весьма уверенно. Притяжение Нептуном своего внешнего спутника — Нереиды — является значительным, но не подавляющим по сравнению с Солнцем. К тому же Нереида имеет эксцентричную орбиту, и более эксцентричной орбиты нет ни у одного спутника в Солнечной системе. В одном ее конце Нереида приближается к Нептуну на 800 000 миль, в другом удаляется более чем на 6 000 000 миль. В точке наибольшего удаления от планеты «коэффициент перетягиваемого каната» имеет необыкновенно низкую величину — всего лишь 11!

По многим причинам (одной из которых является эксцентричность ее орбиты) астрономы обычно считают, что Нереида является не настоящим спутником Нептуна, а малой планетой, случайно попавшей в его гравитационное поле.

То, что Нептун так слабо держит Нереиду, казалось бы, подтверждает это. Действительно, объединение Нептуна и Нереиды вполне может быть временным явлением. Возможно, что эффект солнечного тяготения когда-нибудь вырвет спутник из объятий Нептуна. Зато Тритон никогда не покинет своего отца, конечно, если не произойдет катастрофы вселенского масштаба.

Я не стану приводить в этой книге подробные вычисления для всех спутников Солнечной системы. Поверьте, что я их выполнил, и теперь кратко познакомлю вас с основными результатами. Уран, например, имеет пять спутников, все они вращаются в плоскости экватора планеты, и астрономы не сомневаются, что все пять — настоящие спутники. Это Миранда, Ариель, Умбриель, Титания и Оберон.

«Коэффициенты перетягиваемого каната» для этих спутников следующие:

Другими словами, все они находятся в крепких объятиях Урана.

Теперь мы перейдем к Сатурну, имеющему девять спутников: Мимас, Энселад, Тефия, Диона, Рея, Титан, Гиперион, Япет и Феба. Восемь из них, расположенные ближе к планете, вращаются в плоскости экватора Сатурна и считаются его настоящими спутниками. Девятый, Феба, имеет наклонную орбиту и, судя по всему, является захваченным гравитационным полем астероидом.

«Коэффициент перетягиваемого каната» для этих спутников следующий:

Обратите внимание на низкое значение коэффициента для Фебы.

Юпитер имеет двенадцать спутников. Я рассмотрю их в два этапа. Первые пять — Амалфея, Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — вращаются в плоскости экватора планеты и считаются настоящими спутниками. Искомый коэффициент для них:

Иными словами, Юпитер держит их крепко.

Однако у планеты имеется еще семь спутников, не имеющих официальных названий (см. главу 5), которые известны под номерами, обозначенными римскими цифрами (от VI до XII). Они присваивались по мере их открытия. Если расположить эти спутники в порядке возрастания расстояния от планеты, получится следующий ряд: VI, X, VII, XII, XI, VIII, IX. Все они малы, имеют эксцентрические орбиты и вращаются в плоскостях, наклоненных под разными углами к плоскости экватора Юпитера. Астрономы считают их захваченными астероидами. (Юпитер намного больше других планет и располагается ближе к поясу астероидов, поэтому вряд ли стоит удивляться, что он сумел захватить семь из них.)

Последнее подтверждает и низкое значение рассматриваемого коэффициента.

Юпитер явно не стремится удержать свои внешние спутники во что бы то ни стало.

У Марса два спутника — Фобос и Деймос оба имеют небольшие размеры и располагаются очень близко к планете. Они вращаются в плоскости марсианского экватора и являются настоящими спутниками. «Коэффициент каната» для них имеет следующие значения:

Таким образом я выполнил расчеты для 30 спутников, из которых 21 считается настоящим, а 9 рассматриваются как захваченные астероиды. Я пока ничего не говорю о 31-м спутнике, которым является наша Луна, но обязательно вернусь к этому вопросу. Подведем итоги.

Маловероятно, что будут еще обнаружены настоящие спутники (хотя кто знает: Миранда была открыта в 1948 году), но что касается захваченных астероидов, они могут появляться в неограниченном количестве.

Давайте проанализируем величины «коэффициента каната» спутников. Среди настоящих спутников наиболее низок он у Деймоса — 32. С другой стороны, среди девяти спутников, считающихся захваченными астероидами, самый высокий коэффициент у Нереиды — 34.

Будем считать цифру 30 минимальным значением для настоящего спутника. Тогда все спутники, имеющие меньшие значения коэффициента, вероятнее всего, являются захваченными астероидами и могут быть временными членами семьи планет.

Зная массу планеты и ее расстояние от Солнца, можно подсчитать расстояние от центра планеты, на котором будет действовать этот коэффициент. Для этой цели воспользуемся формулой 4, приняв отношение f_p/f_s равным 30. Подставив известные величины m_p, m_s и d_s, вычислим d_p. Получим максимальное расстояние, на котором можно обнаружить настоящий спутник. Единственная планета, для которой нельзя выполнить такие вычисления, — Плутон, масса которой не определена. Ну и что? Пропустим Плутон!

Также мы можем установить минимальное расстояние, на котором еще можно обнаружить настоящий спутник. Доказано, что если спутник подойдет к планете ближе некоторого минимального расстояния, то не сохранит устойчивость на орбите. Это расстояние называется «пределом Роша» по имени французского астронома Э. Роша, подсчитавшего его в 1849 году. Предел Роша — это расстояние от центра планеты, равное 2,44 ее радиуса.

Я выполнил расчеты для четырех внешних планет и свел результаты в таблицу.

Как видите, каждая из этих планет, имеющих большую массу и расположенных на значительном удалении от Солнца, имеет достаточно свободного пространства для сложной системы спутников. Поэтому на эти четыре планеты и приходится подавляющее большинство спутников — 21.

Сатурн удерживает около себя кольцевую систему, которая нарушает границу предела Роша. Край кольцевой системы находится в 85 000 миль от центра планеты. Очевидно, вещество колец вполне могло стать спутником, если бы не находилось так близко к планете.

Мы видим только планеты нашей Солнечной системы. В связи со спутниками есть смысл говорить только о четырех самых крупных планетах.

Из них Сатурн имеет систему колец, а Юпитер ею едва не обзавелся. Самый близкий к планете спутник, Амалфея, расположен в 110 000 милях от ее центра, а предел Роша составляет 106 000 миль. Всего несколько тысяч миль — и у Юпитера тоже появились бы кольца. Мне представляется, что когда мы начнем изучать другие звездные системы, то непременно обнаружим, что больше половины больших планет будут обладать кольцами, как Сатурн.

Теперь давайте попробуем выполнить аналогичные расчеты для внутренних планет. Поскольку все они обладают гораздо меньшими габаритами и расположены намного ближе к Солнцу — своему основному сопернику, можно предположить, что диапазон расстояний, доступных для движения спутников, будет более ограниченным. И это действительно так и есть. Я выполнил соответствующие расчеты и свел их в таблицу.

Таким образом, вы можете сами убедиться, что если вокруг внешних планет спутники могут вращаться в диапазоне двух миллионов миль и больше, то у внутренних планет пространство для них куда более ограниченно. Марс и Венера приберегли для них лишь по 10 000 миль, у Земли спутники могут чувствовать себя более вольготно: на расстоянии до 20 000 миль.

Меркурий представляется наиболее интересным случаем. Максимальное расстояние, на котором может оказаться естественный спутник, в условиях неравного состязания с находящимся поблизости с Солнцем, уже попадает в границы предела Роша. Из этого следует, что Меркурий не может иметь естественных спутников.

Эта планета действительно не имеет спутников, но, насколько я знаю, никто это не потрудился объяснить. Этот факт принимается как эмпирический. Если кто-то из моих великодушных читателей, обладающих более обширными знаниями в области астрономии, укажет на мои ошибки, я отнесусь к этому с философским смирением. В конце концов, я не профессионал и занимаюсь исследованиями и расчетами ради собственного удовольствия.

У Венеры, Земли и Марса все-таки есть немного места для спутников. Правда, его очень мало и шансы собрать достаточно вещества даже для маленького спутника невелики.

Так случилось, что ни у Венеры, ни у Земли в обозначенных границах спутников нет, а у Марса их два, но оба имеют такие маленькие размеры (один в диаметре 12 миль, другой — 6), что их и спутниками можно назвать с большой натяжкой.

С чувством глубокого удовлетворения могу отметить, что все мои соображения, приведенные выше, блестяще подтверждаются на практике существующими спутниковыми системами различных планет. И мне немного стыдно, что до сей поры я обходил молчанием одну небольшую деталь, можно сказать, крошечный пустячок…

Какое место в выстроенной мной стройной, изящной системе занимает наша Луна?

Если следовать моим выводам, — а мне они очень нравятся, чтобы легко от них отказаться, — она слишком далеко от Земли, чтобы быть ее настоящим спутником. Но она слишком велика, чтобы быть захваченной гравитационным полем Земли. Шансы на это представляются ничтожными.

Существуют теории, что когда-то Луна находилась намного ближе к Земле (в границах, отведенных мною для настоящих спутников), но постепенно удалилась. У меня на это есть возражение. Если Луна когда-то была настоящим спутником, первоначально кружившим вокруг Земли на расстоянии, к примеру, 20 000 миль, она почти наверняка вращалась бы в плоскости земного экватора. Однако она этого не делает!

Тогда возникает закономерный вопрос: если Луна не является ни настоящим спутником, ни захваченным, что же это такое? Вероятно, вы удивитесь, но ответ у меня есть. Для наглядности давайте вернемся к моим вычислениям «коэффициента перетягивания каната». Для одного спутника я этот коэффициент не вычислил. Давайте сделаем это сейчас.

Среднее расстояние от Земли до Луны — 237 000 миль, а среднее расстояние от Луны до Солнца — 93 000 000 миль. Отношение расстояний — 392. Если это число возвести в квадрат, получится 154 000. Отношение массы Земли к массе Солнца было приведено ранее в этой главе и составляет 0,0000030. Умножив это число на 154 000, получим искомый коэффициент — 0,46.

Иными словами, Луна занимает среди остальных спутников Солнечной системы совершенно особое положение. Она уникальна тем, что ее родная планета — Земля — проиграла соревнование с Солнцем по «перетягиванию каната». Солнце притягивает Луну в два раза сильнее, чем Земля.

Таким образом, мы можем рассматривать Луну не как настоящий или захваченный в гравитационное поле спутник, а как самостоятельную планету, которая движется вокруг Солнца «в ногу» с Землей. Если вы изобразите в масштабе орбиты Земли и Луны вокруг Солнца, то увидите, что лунная орбита постоянно вогнута в сторону Солнца. Она всегда «падает» к Солнцу. Все остальные спутники, причем без единого исключения, «падают» в противоположную сторону.

Не забывайте, что Луна вращается вокруг Земли вовсе не в плоскости земного экватора, как этого следовало ожидать от спутника. Плоскость ее орбиты подходит достаточно близко к эклиптике, то есть к плоскости, в которой планеты обычно вращаются вокруг Солнца. Именно так и должна вести себя планета!

Представляется возможным, что существует некое промежуточное состояние между тяжелой планетой, расположенной далеко от Солнца и представляющей собой ядро с многочисленными спутниками вокруг, и маленькой планетой недалеко от Солнца, которая также является ядром но уже без спутников. Разве не могут создаться условия, при которых произойдет сгущение вещества, и из двух ядер образуется, так сказать, двойная планета?

Возможно, Земля лишь подошла к границе допустимой массы и расстояния, она оказалась немного меньше и чуть ближе, чем нужно. Быть может, если бы мы были немного иначе расположены, две половинки двойной планеты оказались бы больше похожи? На обеих могла быть атмосфера, океаны, а главное — жизнь. Нельзя исключить, что в иных звездных системах двойные планеты — обычное дело.

Как стыдно, если мы прозевали такое…

А быть может (кто знает), какое счастье!

Глава 8 Первая и последняя

В начальных классах мне очень нравилось раскачиваться на кольцах в спортзале (тогда я был легче и отчаяннее). Как-то раз я почувствовал усталость (это упражнение требует немалых физических усилий) и выпустил кольца из рук, раскачавшись очень сильно.

Я решил (до сих пор помню это совершенно отчетливо), что мой полет будет продолжаться по полуокружности вверх, пока сила тяжести вступит в свои права, после чего я легко приземлюсь на ноги, совершив красивое entrechat.

Действительность оказалась намного прозаичнее. Я некоторое время летел по касательной к описываемой полуокружности в той точке, где отпустил кольца, после чего тяжело и неуклюже шлепнулся на бок.

Слегка очухавшись, я встал^[6] и, пошатываясь, вышел из зала. За всю жизнь мне не пришлось пережить более тяжелого падения.

Не могу не отметить, что этот случай дал мне изрядную пищу для ума. Впоследствии я много размышлял о проблемах инерции, обдумывал способы сложения векторов и даже вывел некоторые закономерности дифференциального исчисления.

Откровенно говоря, после этого падения я впервые осознал тот факт, что сила тяжести может быть очень опасной и, если ее ежеминутно не контролировать, в прямом смысле способна сразить тебя наповал.

С этой силой сталкивается каждое человеческое существо, причем очень рано. Ребенок, делающий первые шаги в возрасте года или около того, непременно спотыкается и падает, — так он начинает познавать действие силы тяжести на практике.

Мне рассказывали, что дети обладают инстинктивным страхом перед падением, причем он заложен в них с доисторических времен, когда наши далекие предки — человекообразные обезьяны — жили на деревьях и боялись с них свалиться.

Тогда можно сказать, что гравитация — это первая сила, с которой сталкивается любое человеческое существо. Мы никогда не забываем о ее существовании, ведь при каждом шаге, вздохе или ударе сердца нам приходится ее преодолевать. И для этого мы никогда не прекращаем прилагать определенные усилия.

Немного утешает то, что эта мощная сила является нашей защитницей. Она привязывает нас к поверхности планеты и не позволяет улететь в космос. Также она удерживает на Земле воздух и воду, которыми мы постоянно пользуемся. Кстати, она держит и саму Землю на орбите вокруг Солнца, в результате чего мы получаем необходимые нам свет и тепло.

Людям часто кажется удивительным, что гравитация — отнюдь не самая мощная сила во Вселенной. Сравним ее с электромагнитной силой, которая позволяет магниту притягивать железо, а протону — электрон. (Электромагнитная сила может не только притягивать, но и отталкивать, что недоступно для гравитации. Но не будем пока об этом.)

Каким образом можно провести сравнение относительных величин электромагнитной и гравитационной силы?

Представим себе два объекта, которые остались единственными во Вселенной. Гравитационная сила, действующая между ними, может быть найдена по следующей формуле (ее вывел еще Ньютон):

Здесь F_g — гравитационная сила, действующая между двумя объектами, m, m′ — масса объектов, d — расстояние между ними, a g — универсальная гравитационная постоянная.

Особое внимание следует обратить на единицы измерения. Если измерить массу в граммах, расстояние в сантиметрах, a g в более сложных единицах, гравитационную силу мы получим в динах. (Еще до конца этой главы мы откажемся от этой единицы измерения силы, поэтому нет никакой необходимости подробно объяснять, что это такое. Объяснение вы найдете в главе 13.)

Итак, перейдем к делу. Величина g является постоянной (насколько нам это известно) для всей Вселенной. В тех единицах, которыми я в настоящее время пользуюсь, это 6,67 × 10^-8 = 0,0000000667.

Теперь давайте представим, что мы рассматриваем объекты с одинаковой массой. Это означает, что m = m′, а mm′ = mm = m². Более того, давайте предположим, что расстояние между центрами частиц составляет ровно 1 см. В этом случае d = 1, d² = 1. Формула 1 приобретает следующий вид:

Теперь можно перейти к электромагнитной силе, которую мы обозначим F_e.

Ровно через 100 лет после открытия Ньютоном закона тяготения французский физик Шарль Августин де Кулон вывел очень похожую формулу для электромагнитной силы, действующей между двумя заряженными объектами.

Теперь предположим, что два объекта, для которых мы рассчитываем гравитационные силы, также несут электрический заряд, так что на них действует еще и электромагнитная сила. Дабы убедиться в том, что электромагнитная сила является притягивающей и сравнимой с гравитационной силой притяжения, предположим, что один объект несет положительный электрический заряд, а второй — отрицательный. (Принцип сохранится, даже если мы будем использовать одноименные заряды и измерять силу электромагнитного отталкивания, но зачем отвлекать внимание?)

Кулон доказал, что электромагнитная сила, действующая между двумя объектами, выражается формулой:

где q, q′ — заряды объектов, а d — расстояние между ними.

Если предположить, что расстояние измеряется в сантиметрах, а электрические заряды в электростатических единицах, нет необходимости вводить в формулу аналог гравитационной постоянной при условии, что объекты находятся в вакууме. А так как я предположил, что рассматриваемые объекты одни во Вселенной, между ними может быть только вакуум.

При использовании упомянутых мною выше единиц электромагнитная сила выражается в динах.

Давайте упростим вопрос и предположим, что величина положительного электрического заряда одного из объектов равна величине отрицательного электрического заряда другого объекта, то есть q = q′. (Для наглядности можно указать у одного из них знак «минус». Тогда можно утверждать, что, если величина электромагнитной силы отрицательна, объекты притягиваются, а если положительна — отталкиваются. Однако для наших целей это не является важным. Поскольку электромагнитное притяжение и отталкивание являются проявлениями одной и той же силы, в дальнейшем мы будем игнорировать знаки.) Таким образом, q = q′, a qq′ = qq = q². Допустим, расстояние между центрами зарядов ровно 1 см, тогда d² = 1, а формула 3 приобретает вид:

Подведем итоги. Мы имеем два объекта, расстояние между центрами которых равно 1 см, несущие одинаковые по величине (но не по знаку) электрические заряды и имеющие одинаковую массу (без ограничений). Между ними действует гравитационное и электромагнитное притяжение.

Теперь определим соотношение электромагнитной и гравитационной сил. Чтобы это сделать, разделим формулу 4 на формулу 2. В результате получим:

Десятичная дробь в знаменателе — вещь весьма неудобная, но мы легко можем перемести ее в числитель, разделив на нее 1. Поскольку 1 : 0,0000000667 = 15 000 000, формула 5 примет вид:

или еще проще:

Так как обе силы измеряются в динах, при делении размерности сократятся, и мы получим «чистое число». Получается, что одна сила больше другой в некое фиксированное число раз, которое останется неизменным, какими бы единицами мы ни пользовались (кто знает, в каких единицах соберется измерять силу разумное существо с пятой планеты звезды Фомальгаут?). Мы получили универсальную постоянную.

Чтобы определить отношение двух сил, необходимо, как следует из формулы 7, найти величину q/m, то есть отношение величины заряда объекта к его массе. Рассмотрим сначала заряд.

Все объекты состоят из мельчайших субатомных частиц, которые можно подразделить на три класса (по величине и знаку заряда).

1) В класс А входят частицы, которые подобно нейтрону и нейтрино не имеют заряда вообще, то есть его величина равна 0.

2) В класс В входят частицы, которые подобно протону и позитрону несут положительный электрический заряд, причем всегда одинаковый по величине. По другим характеристикам они могут отличаться. Величина этого заряда может считаться +1.

3) Класс С включает в себя частицы, которые подобно электрону и антипротону несут отрицательный электрический заряд, величина которого также всегда постоянна и равна -1.

Отсюда следует, что объект любого размера может иметь электрический заряд, равный нулю, если ему «повезло» состоять из нейтральных частиц и/или равного количества положительно и отрицательно заряженных частиц.

Для такого объекта q = 0 независимо от того, сколь велика его масса; и величина q : m = 0. Как следует из формулы 7, F_e : F_g = 0. Гравитационная сила не может быть равной нулю (разве что объект вообще не имеет массы), поэтому при таких условиях она имеет величину значительно большую, чем электромагнитная сила, и остается для рассмотрения в одиночестве.

Сказанное выше справедливо для реальных тел. Суммарные электрические заряды Земли и Солнца фактически равны нулю, и при расчете земной орбиты следует учитывать только гравитационное притяжение между этими небесными телами.

И все же случай, когда F_e = 0, а значит, и F_e : F_g = 0, является только одним экстремумом, причем не самым интересным. Как насчет другого экстремума, когда можно представить объект, несущий максимальный заряд?

Если мы собираемся сделать заряд максимальным, прежде всего следует избавиться от нейтральных частиц, которые увеличивают массу, не увеличивая заряд. Предположим, мы получили некий материальный объект, состоящий только из заряженных частиц. Понятно, что нет смысла создавать его из частиц, имеющих заряды с разными знаками, которые взаимно нейтрализуют друг друга, и суммарный заряд станет меньше максимально возможного.

Тогда нам потребуется один объект, состоящий только из положительно заряженных частиц, а другой — только из отрицательно заряженных частиц.

Хотя все заряженные частицы несут заряды одинаковой величины (-1 или +1), они могут иметь различные массы. Нам потребуются заряженные частицы минимально возможной массы. В этом случае максимально возможный заряд приходится на минимально возможную массу, а величина отношения q/m является максимальной.

Известно, что отрицательная частица минимальной массы — это электрон, а положительная — позитрон. Для этих тел отношение q/m имеет максимальную величину по сравнению с любыми другими известными объектами (пока нет оснований ожидать, что в обозримом будущем откроют объект, для которого q/m будет больше).

Представьте, что мы имеем дело с двумя объектами, один из которых содержит определенное количество электронов, а другой — такое же число позитронов. Между ними будет действовать определенная электромагнитная сила, а также некая гравитационная сила.

Если утроить количество электронов в первом объекте, а также утроить число позитронов в другом, суммарный заряд каждого из них увеличится в три раза, а электромагнитная сила возрастет в 3 × 3 = 9 раз. Но общая масса каждого объекта также утроится, а гравитационная сила возрастет в 3 × 3 = 9 раз. Каждая сила возрастает, но одинаково, поэтому пропорция сохраняется.

Поскольку нас интересует только отношение двух сил, электромагнитной и гравитационной, а оно остается неизменным, как бы ни изменялось количество электронов в одном теле и число позитронов в другом, зачем утруждать себя сложными вычислениями, если все можно свести к простейшему числу 1.

Давайте рассмотрим единичные электрон и позитрон, которые находятся на расстоянии 1 см друг от друга. Такая система даст нам максимальное значение отношения величин электромагнитной и гравитационной сил.

Интересно, что электрон и позитрон имеют одинаковые массы. Эта масса в граммах (эту единицу массы мы используем в расчетах) равна 9,1 × 10^-28, или, если вам так больше нравится, 0,00000000000000000000000000091.

Электрический заряд электрона равен заряду позитрона (только имеет другой знак). В электростатических единицах, принятых нами в расчетах, его величина равна 4,8 × 10^-10, или 0,00000000048.

Разделив величину заряда на массу, получим 5,3 × 10¹⁷, или 530 000 000 000 000 000.

Однако, согласно формуле 7, отношение q/m необходимо возвести в квадрат. Выполнив это несложное действие, получим 2,8 × 10³⁵, или 280 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000.

Полученный результат, согласно формуле 7, следует еще умножить на 15 000 000, после чего мы, наконец, получим искомую величину. Она составит 4,2 × 10⁴², или 4 200 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000.

Поэтому можно сделать вывод, что электромагнитная сила при самых благоприятных условиях многократно превышает гравитационную.

В реальных условиях вокруг нас не существует электронных/позитронных систем, поскольку позитронов фактически не существует. Наша Вселенная, насколько нам известно удерживается в виде единого целого благодаря силе притяжения между электронами и протонами. Протон в 1836 раз тяжелее электрона поэтому гравитационное притяжение увеличивается без сопутствующего роста электромагнитного притяжения. В этом случае отношение сил F_e : F_g = 2,3 × 10³⁹.

В физическом мире существуют и другие необычайно важные силы. Это ядерные силы сильного и слабого взаимодействия. Причем все они многократно превосходят по величине силу гравитации.

Получается, что сила гравитации, с которой мы сталкиваемся в самом начале жизни, которая сопровождает нас на каждом шагу и которая никогда не покидает, является одной из самых слабых природных сил. Она первая, но самая последняя!

Почему же гравитационная сила кажется такой мощной?

Во-первых, ядерные силы являются короткодействующими, то есть проявляются только на расстояниях, сравнимых по величине с размерами ядерных нуклонов. Электромагнитная и гравитационная силы действуют на больших расстояниях. При этом электромагнитная сила часто самоуничтожается из-за существования не только притяжения, но и отталкивания. Так что гравитация остается в гордом одиночестве. Ей попросту не с кем конкурировать.

Более того, самые заметные тела во Вселенной являются скоплением больших масс, кстати, мы тоже живем на поверхности одного из таких скоплений.

Ну и что? Все равно гравитация повсеместно демонстрирует свою слабость. Вы, с помощью своих слабых мускулов, можете без особого труда поднять 50-фунтовый груз, хотя вся гигантская земная масса тянет его в обратном направлении. Игрушечный магнит легко притянет булавку, преодолев земное притяжение.

Да, гравитация, несомненно, слаба. Но насколько?

Представьте себе, что Земля представляет собой скопление одних только позитронов, а Солнце — электронов. Сила притяжения между ними тогда была бы намного больше, чем слабая гравитация, удерживающая их на своих местах сейчас. В действительности, чтобы уменьшить электромагнитное притяжение до величины существующей в настоящее время гравитационной силы, Земле и Солнцу пришлось бы «отодвинуться» друг от друга приблизительно на 33 000 000 000 000 000 световых лет, то есть на расстояние в 5 миллионов раз большее, чем диаметр известной Вселенной.

Или представьте себе на месте Солнца миллион тонн электронов (примерно такова масса очень небольшого астероида). А вместо Земли вообразите 3¹/₃ тонн позитронов.

Электромагнитное притяжение между этими двумя незначительными массами, разделенными расстоянием от Земли до Солнца, будет равно гравитационному притяжению между гигантскими массами этих небесных тел сейчас.

В действительности, если бы можно было разбросать по Солнцу миллион тонн электронов, а по Земле 3¹/₃ тонн позитронов, это удвоило бы притяжение Земли Солнцем и значительно изменило ее орбиту. Если же на оба небесных тела поместить электроны, сила электромагнитного отталкивания легко преодолеет силу гравитационного притяжения, и Земля отправится в путешествие из Солнечной системы в неизведанное.

Конечно, все это лишь расчеты на бумаге. Сам факт, что электромагнитные силы так велики, означает, что невозможно собрать сколько-то существенное количество одинаково заряженных частиц в одном месте. Они будут отталкивать друг друга слишком сильно.

Представьте, что вы разделили Солнце на небольшие шарики и рассыпали их по Солнечной системе. Смогли бы вы с помощью какого-то прибора, созданного руками человека, удержать эти шарики от приближения друг к другу под действием гравитации? Эта задача не сложнее, чем попытка раздобыть миллион тонн электронов и собрать из них некое тело размером с футбольный мяч.

Аналогичная проблема — попытка отделить изрядный положительный заряд от такого же отрицательного.

Если бы Вселенная состояла из электронов и позитронов, они непременно собрались бы вместе под действием электромагнитного притяжения. Являясь античастицами, то есть полными взаимными противоположностями, они соединились бы, аннулировали друг друга и отправились в путь в космической вспышке гамма-лучей.

К счастью, Вселенная состоит из электронов и протонов, которые являются основными заряженными частицами. И хотя их заряды являются взаимными противоположностями (-1 у электронов, +1 у протонов), остальные их характеристики, в том числе масса, существенно разнятся. Поэтому они не являются античастицами и не могут уничтожить друг друга.

Но благодаря зарядам противоположных знаков они взаимно притягиваются, и этот факт невозможно опровергнуть. Электрон и протон приближаются друг к другу, оставляя между собой небольшое расстояние, и образуют атом водорода.

Отдельные протоны могут приблизиться друг к другу вплотную, несмотря на существование электромагнитного отталкивания, потому что существует короткодействующая сила взаимодействия внутри ядра, которая притягивает соседние протоны друг к другу, легко преодолевая силу электромагнитного отталкивания. Поэтому существуют и другие атомы, отличные от атома водорода.

Подведем краткие итоги: ядерные силы имеют преобладающее влияние в атомном ядре, электромагнитные силы — в атоме, а гравитационная сила определяет положение крупных астрономических объектов.

Слабость гравитационной силы неизменно является источником разочарования для физиков.

Различные силы проявляются посредством переноса частиц. Ядерная сила, самая мощная из всех существующих в природе, проявляется переносом пи-мезонов. Электромагнитная сила (следующая по величине) — переносом фотонов. Аналогичная частица, участвующая в слабых взаимодействиях, была открыта сравнительно недавно, названа w-частицей и пока считается неустойчивой.

Поскольку гравитация тоже является силой, то при ее проявлениях также должен происходить перенос частиц.

Физики назвали такую частицу гравитон. Они даже описали ее свойства: гравитон электрически нейтрален и не имеет массы (не обладая массой, он должен двигаться с неизменной скоростью — скоростью света). Он стабилен и, будучи предоставлен сам себе, не распадется на другие частицы.

Заметили? Пока гравитон очень напоминает нейтрино (см. главу 13 моей книги «Взгляд с высоты»), которое также стабильно, электрически нейтрально, не имеет массы и движется со скоростью света.

Однако гравитон и нейтрино все же имеют некоторые различия. Нейтрино бывают двух видов: электронные нейтрино и мю-мезонные нейтрино, причем оба имеют свою античастицу. То есть существует четыре вида нейтрино. Гравитон только один и является одновременно своей же античастицей.

Гравитон имеет спин 2, а нейтрино, как и подавляющее большинство субатомных частиц, имеет спин ¹/₂. (Еще существуют некоторые мезоны со спином 0, а также фотон, имеющий спин 1.)

Следует отметить еще одну существенную деталь: гравитон пока не обнаружен. Он более неуловим, чем нейтрино. Нейтрино, хотя лишено массы и электрического заряда, все-таки обладает энергией, которую можно измерить. Благодаря этому ученые впервые высказали предположение о существовании новой элементарной частицы.

Ну а гравитон?

Вы помните число 10⁴²?

Отдельный гравитон должен обладать энергией в триллионы триллионов раз меньшей, чем нейтрино. А зная, как сложно было обнаружить нейтрино, вряд ли есть основания полагать, что об открытии гравитона будет объявлено в ближайшем будущем.

Глава 9 Темнота ночи

Думаю, многие из вас видели юмористический сериал «Пинатс». Моя дочь Робин (сейчас она в четвертом классе) от него в восторге. Мне он тоже нравится.

Как-то раз она пришла ко мне, находясь под впечатлением очередного эпизода, в котором один из маленьких героев спрашивает свою раздражительную старшую сестру: «Почему небо голубое?» — на что она отвечает: «Потому что оно не зеленое».

Робин еще смеялась, а я уже решил, что обязан воспользоваться случаем и свести наш разговор к серьезному научному обсуждению (разумеется, для блага Робин) этого вопроса. Поэтому я спросил: «А ты знаешь, Робин, почему ночью небо черное?»

Моя дочь ответила не задумываясь (видит бог, я должен был это ожидать): «Потому что оно не красное».

К счастью, такие казусы меня нисколько не расстраивают. Если дочь не пожелает вести со мной высоконаучные беседы, я всегда могу обратиться к Беспомощному Читателю. Так что простите великодушно, но именно с вами я намерен обсудить проблему черноты ночного неба.

Рассказ о темноте ночи целесообразно начать с немецкого физика и астронома Генриха Вильгельма Маттиаса Олберса, родившегося в 1758 году. Астрономия была его хобби. Именно из-за нее в середине жизни ему пришлось пережить острое разочарование. Дело было так…

В конце XVIII века астрономы предположили, причем имели для этого серьезные основания, что между орбитами Марса и Юпитера находится еще одна планета. Несколько немецких астрономов, из которых Олберс был самым именитым, решили разделить между собой плоскость эклиптики и вести методичные наблюдения (каждый на своем участке) с целью обнаружения новой планеты.

Олберс и его друзья были очень упорны, проделали кропотливую работу и считали свое открытие вопросом времени, не сомневаясь, что скоро получат щедрую награду за труды. Но удача иногда упорно не желает приходить к тем, кто этого заслуживает. Пока немецкие астрономы систематизировали полученные данные, итальянец Джузеппе Пиацци, который и не думал о новой планете, ночью 1 января 1801 года заметил светящуюся точку, смещающуюся на фоне звезд. Некоторое время он продолжал за ней следить и обнаружил, что она равномерно движется несколько медленнее Марса, зато быстрее Юпитера. Пиацци вполне закономерно предположил, что обнаружил планету, занимавшую промежуточную орбиту. Об этом он поведал миру. Так что в анналы истории попал не упорный и методичный Олберс, а случайно направивший свой телескоп в нужное место и в нужное время Пиацци.

Но Олберса все-таки нельзя считать проигравшим. Через некоторое время Пиацци заболел и не смог продолжать наблюдения. К тому времени, когда он сумел вернуться к телескопу, планета уже находилась близко к Солнцу и не была видна.

В результате Пиацци не успел получить достаточно данных, чтобы вычислить орбиту новой планеты, и это было неудачей. Пришлось бы ждать долгие месяцы, прежде чем медленно движущаяся планета обогнет Солнце и снова станет доступной для наблюдений, а не имея расчетной орбиты, на ее повторное открытие можно потратить много лет.

К счастью, в математическом мире уже вовсю заявил о себе молодой немецкий математик Карл Фридрих Гаусс. Он разработал методику, позволявшую рассчитать орбиту с достаточно высокой степенью точности на основе всего лишь трех точных указаний положения планеты. Гаусс произвел необходимые расчеты, и, когда планета снова оказалась доступной для наблюдений с Земли, ее уже поджидал Олберс со своим телескопом, направленным на тот участок небесного свода, где, по предположениям Гаусса, планета должна была появиться. Гаусс оказался прав, и 1 января 1802 года Олберс обнаружил планету.

Новая планета (названная Церерой) была не вполне обычной. Оказалось, что она имеет всего лишь 500 миль в диаметре. Она была меньше всех известных планет, а также шести из известных в то время спутников.

Неужели только Церера существует между Юпитером и Марсом? Немецкие астрономы продолжали вести наблюдения (они хорошо подготовились к работе) и скоро обнаружили еще три планеты между Марсом и Юпитером. Две из них — Палладу и Весту — открыл Олберс.

Конечно, второе место не приносит морального удовлетворения. Все, что получил Олберс, — это названный его именем астероид. Тысячный астероид между Марсом и Юпитером был назван Пиацца, тысяча первый — Гауссия, а тысяча второй, представьте себе, Олберия.

Не больше везло Олберсу и в других наблюдениях. Он специализировался на кометах и открыл их пять штук, но это мог сделать практически любой человек. Существует комета, носящая его имя, но это не великая честь.

Так что же, мы забудем об Олберсе? Ни в коем случае.

Невозможно предугадать, что обеспечит тебе место в науке и в истории. Иногда это бывают просто любопытные фантазии. В 1826 году Олберс начал размышлять о темноте ночи и пришел к удивительным выводам.

Его размышления впоследствии стали «парадоксом Олберса», который приобрел особую важность веком позже. Начав с парадокса Олберса, мы можем прийти к выводу, что единственная причина существования жизни во Вселенной заключается в том, что далекие галактики удаляются от нас.

Какое влияние могут иметь на нас далекие галактики? Запаситесь терпением. Скоро вы все узнаете.

Если бы древнего астронома спросили, почему ночное небо такое черное, он вполне разумно ответил бы, что из-за отсутствия солнечного света. Если бы его спросили, почему звезды не заменяют Солнце, он сказал бы, что звезд немного, а каждая из них испускает только тусклый свет. И правда, если собрать вместе все видимые нами звезды, их свет будет во много миллионов раз менее ярким, чем свет Солнца. Поэтому их влияние на черноту неба незначительно.

К началу XIX века последний аргумент древнего астронома утратил свою силу. Количество звезд стало огромным благодаря большим телескопам.

Конечно, можно сказать, что эти бесчисленные миллионы звезд не имеют никакого значения, потому что не видны невооруженным глазом и не могут внести свой вклад в освещение ночного неба. Ну и что?

Звезды, составляющие Млечный Путь, в отдельности тоже тусклые, но вместе они образуют пусть и неяркий, зато отчетливо видимый светящийся пояс, протянувшийся по небу. Созвездие Андромеды располагается намного дальше, чем звезды Млечного Пути, поэтому составляющие его звезды видны с Земли только в мощный телескоп. Созвездие целиком все-таки можно разглядеть без телескопа. (Это самый удаленный от Земли объект, который можно увидеть без использования специальной оптики. Если вас спросят, далеко ли вы видите, смело отвечайте, что на 2 000 000 световых лет.)

Отсюда можно сделать вывод, что далекие звезды вносят свой вклад в освещение ночного неба, когда они расположены достаточно плотно.

Олберс, не имевший понятия о существовании созвездия Андромеды, кое-что знал о Млечном Пути. Поэтому он принялся размышлять, какое количество света следует ожидать от всех далеких звезд. Начал он с нескольких гипотез.

1. Вселенная бесконечна в своем протяжении.

2. Число звезд бесконечно и равномерно разбросано по Вселенной.

3. Звезды во всем космическом пространстве обладают в среднем одинаковой яркостью.

Теперь давайте представим космическое пространство, разделенное на отдельные оболочки (как у лука), собранные вокруг нас. Они довольно тонкие, если сравнивать их с необъятностью космоса, но в то же время достаточно большие, чтобы вместить в себя звезды.

Помните, что количество света, которое доходит до нас от отдельных звезд одинаковой яркости, изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния до звезды. Другими словами, если звезда А и звезда В имеют одинаковую яркость, но звезда А расположена в 3 раза дальше, чем звезда В, то звезда А доносит до нас только ¹/₉ часть своего света. Если звезда А в 5 раз дальше, чем звезда В, до Земли дойдет ¹/₂₅ часть ее света и т. д.

Это справедливо и для нашей «оболочки». Звезда, находящаяся в 2000 световых лет от нас, будет выглядеть в 4 раза менее яркой, чем звезда, расположенная в 1000 световых лет от нас. (В соответствии с гипотезой 3 истинная яркость звезд во всех «оболочках» одинакова, поэтому нас интересует только расстояние до них.) Звезда в нашей «оболочке», расположенная на расстоянии 3000 световых лет, будет выглядеть в 9 раз менее яркой, чем звезда, находящаяся в 1000 световых лет, и т. д.

Если же начать движение в направлении от центра, каждая следующая «оболочка» будет более объемной, чем предыдущая. Объем «оболочек» возрастает, как и поверхность сфер, пропорционально квадрату радиуса. Объем «оболочки», содержащей звезду, удаленную на 2000 световых лет, будет в 4 раза больше, чем объем «оболочки» со звездой, удаленной на 1000 световых лет.

Мы считаем, что звезды распределены в пространстве равномерно (гипотеза 2), тогда число звезд в каждой «оболочке» будет пропорционально ее объему. Если объем одной «оболочки» больше объема другой в 4 раза, то и число звезд в ней будет в 4 раза больше и т. д.

Таким образом, «оболочка» со звездами, удаленными на 2000 световых лет, содержит в 4 раза больше звезд, чем «оболочка» со звездами, удаленными на 1000 световых лет. Другими словами, «оболочка», в которой звезды удалены от нас на 2000 световых лет, доносит до нас столько же света, сколько «оболочка» со звездами, находящимися на расстоянии 1000 световых лет. Для более далеких «оболочек» дело обстоит так же.

Таким образом, если разделить Вселенную на последовательные оболочки, каждая из них «поставляет» одинаковое количество света. А поскольку Вселенная бесконечна в своей протяженности (гипотеза 1) и состоит из бесконечного числа «оболочек», звезды, какими бы тусклыми они ни были в отдельности, должны доставлять бесконечное количество света на Землю.

Но быть может, ближайшие к нам звезды блокируют свет своих более далеких собратьев?

Чтобы понять, так это или нет, давайте рассмотрим проблему с другой стороны. В каком бы направлении ни посмотрел наблюдатель, он непременно увидит звезду. Это означает, что их число бесконечно и они равномерно распределены в пространстве (гипотеза 2). Одна звезда может быть невидимой, но она все равно внесет свой вклад в общее «производство» света.

Если все сказанное верно, то ночное небо должно быть не черным, а представлять собой гигантское яркое пятно звездного света. Кстати, таким же должно быть и дневное небо, на светлом фоне которого Солнце будет невидимым.

Тогда небо было бы по яркости таким же, как 150 000 наших солнц. Думаю, ни у кого не вызывает сомнений факт, что при таких условиях жизнь на Земле была бы невозможна.

Но наше небо совсем не такое яркое, как 150 000 солнц. А ночное небо вообще черное. Где-то в парадоксе Олберса кроется смягчающее обстоятельство или логическая ошибка.

Сам Олберс считал, что обнаружил ее. Он предположил, что космос не является полностью прозрачным; в нем встречаются облака пыли и газа, поглощающие основное количество света, поэтому до Земли доходит лишь незначительное его количество.

На первый взгляд звучит убедительно, но на самом деле это не так. Конечно, в космическом пространстве существуют облака пыли и газа. Но если бы они поглощали весь попадающий на них звездный свет (согласно парадоксу Олберса), их температура начала бы неуклонно подниматься, постепенно дойдя до такой величины, когда они сами начали бы светиться. В итоге они начали бы испускать столько же света, сколько поглотили, и земное небо все равно оказалось бы залитым ярчайшим звездным светом.

Но если с точки зрения логики доказательство не содержит ошибки, а вывод остается неверным, следует пересмотреть первоначальные гипотезы. Например, гипотезу № 2. Действительно ли число звезд бесконечно и они равномерно распределены по пространству Вселенной?

Уже во времена Олберса имелись основания сомневаться в истинности этого утверждения. Астроном Вильям Гершель вел подсчеты звезд различной яркости. Он предположил, что более тусклые звезды являются более удаленными по сравнению с более яркими (что является следствием гипотезы № 3), и обнаружил, что плотность расположения звезд в пространстве уменьшается с увеличением расстояния.

Изучив степень уменьшения плотности в разных направлениях, Гершель решил, что звезды образуют фигуру, напоминающую линзу. Он подсчитал, что ее диаметр равен примерно 150 расстояниям от Солнца до звезды Арктура (сейчас мы определили бы его в 6000 световых лет) и все звездное скопление состоит из 100 000 000 звезд.

Казалось бы, тем самым он покончил с парадоксом Олберса. Если скопление, имеющее форму линзы (теперь мы называем его галактикой), действительно включает в себя все существующие звезды, тогда гипотеза № 2 оказывается несостоятельной. Даже если космическое пространство бесконечно и простирается дальше галактики (гипотеза № 1), там не будет звезд, и света оттуда не прибавится. Следовательно, можно допустить существование конечного числа «оболочек», содержащих звезды, которые произведут конечное (не очень большое) количество света, попадающего на Землю. И в этом заключается причина ночной черноты неба.

Предположительные границы галактики после Гершеля значительно раздвинулись. Сейчас принято считать, что она имеет диаметр 100 000 световых лет (а не 6000) и содержит 150 000 000 000 звезд, а вовсе не 100 000 000. Однако существенная перемена не явилась решающей. Ночью небо все равно остается черным.

После того как в XX веке было высказано предположение, что и за пределами Галактики существуют звезды, парадокс Олберса возродился к жизни.

Клочок тумана, носящий имя Андромеды, в XIX веке считался светящейся туманностью, являвшейся частью нашей Галактики. Между тем другие аналогичные астрономические объекты (например, туманность Ориона) содержат звезды, светящие сквозь туман. А в туманности Андромеды, казалось, звезд не было, но сам туман светился.

Некоторые астрономы уже в то время начали подозревать правду, но окончательно она была установлена только в 1924 году, когда американец Эдвин Пауэлл Хаббл направил 100-дюймовый телескоп на светящуюся туманность и сумел разглядеть по краям отдельные звезды. Они были такими тусклыми, что сразу стало очевидно: туманность находится в сотнях тысяч световых лет от нас и далеко за пределами нашей Галактики. Более того, если ее можно разглядеть с такого расстояния, ее размеры, скорее всего, сравнимы с размерами нашей родной Галактики. Очевидно, это другая, самостоятельная галактика.

Это была истина. Сейчас считается, что туманность находится примерно в 2 000 000 световых лет от нас и содержит по меньшей мере 200 000 000 000 звезд. А вскоре были открыты и другие галактики. Современная наука имеет основания предполагать, что в обозримой Вселенной существует, как минимум, 100 000 000 000 галактик; расстояние до некоторых из них оценивается в 6 000 000 000 световых лет.

Теперь давайте вернемся к трем гипотезам Олберса, но только заменим в них слово «звезды» на слово «галактики» и посмотрим, что получится.

Первая гипотеза о бесконечности Вселенной звучит вполне убедительно. Во всяком случае, конца ей пока не видно, даже на расстоянии миллиардов световых лет.

Гипотеза № 2 о том, что число галактик (не звезд!) бесконечно и все они равномерно распределены в пространстве, звучит также неплохо. По крайней мере, в том пространстве, которое мы видим (а видим мы далеко…), они распределены равномерно.

Третья гипотеза об одинаковой средней яркости галактик (а не звезд!) представляется более проблематичной. У нас нет оснований полагать, что удаленные галактики намного больше или меньше, чем близлежащие. Если же галактики имеют некие средние размеры и «звездное содержание», то почему им не быть одинаково яркими? Звучит разумно.

Но тогда почему ночью небо черное? Мы вернулись к исходному вопросу.

Попробуем иначе. Глядя на удаленный светящийся объект, астрономы, изучая спектр свечения (распределение света в радуге по длине волны от коротковолнового фиолетового до длинноволнового красного), имеют возможность определить, приближается этот объект к нам или удаляется.

Спектр пересекается темными линиями, которые занимают фиксированное положение, если объект неподвижен по отношению к нам. Если объект приближается, линии смещаются в сторону фиолетового. Если же он удаляется от нас, линии смещаются в сторону красного. По величине смещения астрономы могут судить о скорости движения объекта.

В течение первых десятилетий XX века астрономы вели активное изучение спектров некоторых галактик (или небесных тел, позже идентифицированных как галактики). Все они, за исключением одной или двух ближайших, от нас удаляются. Довольно скоро было установлено, что более удаленные галактики удаляются быстрее, чем те, что ближе. В 1929 году Хаббл сформулировал свой знаменитый закон, который гласит, что скорость удаления галактики пропорциональна расстоянию от нас. Если галактика А в два раза дальше от нас, чем галактика В, она и удаляется в два раза быстрее. Самая далекая из видимых галактик, расположенная на расстоянии 6 000 000 000 световых лет от нас, удаляется со скоростью, равной половине скорости света.

Дело в том, что Вселенная расширяется; это следует из формул теории относительности Эйнштейна, которые я здесь (твердо обещаю) приводить не буду.

Как работают гипотезы Олберса, учитывая расширение Вселенной?

Если находящаяся на расстоянии 6 000 000 000 световых лет галактика удаляется со скоростью, равной половине скорости света, тогда на расстоянии 12 000 000 000 световых лет галактика должна удаляться со скоростью света (при условии действия закона Хаббла). Более далекие расстояния рассматривать уже нет смысла, поскольку быстрее двигаться невозможно. Но даже если бы такое стало возможным, ни свет, ни какой-то другой сигнал из этой дали никогда не добрались бы до нас. Такая далекая галактика, если она существует, находится уже за пределами нашей Вселенной. Следовательно, можно предположить, что Вселенная все-таки конечна и ограничена «радиусом Хаббла», то есть 12 000 000 000 световых лет.

Но все это не противоречит парадоксу Олберса. Согласно теориям Эйнштейна, галактики двигаются все быстрее относительно наблюдателя и становятся короче в направлении движения, занимая меньше пространства. Таким образом, появляется место для все большего числа галактик. Поэтому даже в конечной Вселенной, имеющей радиус около 12 000 000 000 световых лет, может находиться бесконечное число галактик. Причем почти все они (толщиной с лист бумаги) на самом удаленном участке сферы-Вселенной.

Так что гипотеза № 2 сохраняется, даже если не действует гипотеза № 1. И одной гипотезы № 2 вполне достаточно, чтобы небо оказалось постоянно залито ярким звездным светом.

А как со смещением в сторону красной части спектра?

Астрономы измеряют красное смещение по изменению положения спектральных линий, но эти линии двигаются только потому, что двигается весь спектр. Смещение к красному — это смещение в направлении меньшей энергии. Удаляющаяся галактика доставляет к Земле лучистой энергии меньше, чем если бы она оставалась относительно нас неподвижной. Чем быстрее галактика удаляется, тем меньше она дает нам лучистой энергии. Галактика, удаляющаяся со скоростью света, вообще не дает лучистой энергии, независимо от своей яркости.

Значит, гипотеза № 3 оказывается неверной! Она была бы справедливой, если бы Вселенная оставалась статичной, но не при ее расширении. Каждая следующая «оболочка» в расширяющейся Вселенной даст нам меньше света, чем предыдущая, потому что содержащиеся в ней галактики дальше от нас, красное смещение становится больше, а отдаваемая лучистая энергия все меньше.

Поскольку гипотеза № 3 не действует, мы получаем из Вселенной конечное количество энергии, и ночное небо остается черным.

Согласно разработанным моделям Вселенной, это расширение будет продолжаться всегда. Оно может происходить без создания новых галактик, и со временем, по прошествии миллиардов лет, наша Галактика (плюс несколько соседних, образующих «местное скопление галактик») останется практически одна во Вселенной. Все остальные галактики удалятся на слишком большое расстояние, чтобы их можно было обнаружить. А быть может, будут постоянно образовываться новые галактики, и Вселенная всегда будет наполнена ими, несмотря на непрекращающееся расширение. Как бы там ни было, расширение будет продолжаться, и ночное небо останется черным.

Существует еще предположение, согласно которому Вселенная колеблется. Расширение со временем замедлится до момента статической паузы, после чего начнется сжатие. Оно будет происходить все быстрее до тех пор, когда Вселенная уплотнится до размеров небольшой сферы, которая взорвется, и начнется новое расширение.

Если это справедливо, при замедлении расширения красное смещение уменьшится, и ночное небо начнет постепенно светлеть. В момент достижения статической паузы ночное небо будет залито звездным светом в полном соответствии с парадоксом Олберса. Затем вместе со сжатием начнется фиолетовое смещение, увеличится количество поступающей энергии, и небо будет разгораться все ярче.

Это будет справедливо не только для Земли (если в далеком будущем при начавшемся сжатии Вселенной она еще будет существовать), но и для любого тела во Вселенной. В статичной или, что еще хуже, сжимающейся Вселенной, согласно парадоксу Олберса, не будет ни холодных, ни твердых тел. Везде будет сохраняться одинаково высокая температура (полагаю, она будет измеряться миллионами градусов), и жизнь попросту не сможет существовать.

Итак, я вернулся к своему первоначальному утверждению. Причина существования жизни на Земле или любой другой планете во Вселенной заключается в том, что далекие галактики удаляются от нас.

Сейчас, когда мы знаем все плюсы и минусы парадокса Олберса, возможно ли (как вы полагаете?) считать удаление от нас далеких галактик обязательным следствием черноты ночного неба? Быть может, мы даже можем дополнить известное изречение французского философа Рене Декарта.

Он сказал: «Я мыслю, значит, я существую».

А мы можем добавить: «Я существую, значит, Вселенная расширяется».

Глава 10 Каждый раз по галактике

Несколько лет назад в школе, находящейся по соседству с моим домом, был пожар. Собственно говоря, огня там почти не было. Правда, было много дыма, закоптившего несколько комнат в полуподвальном помещении. Занятия к моменту начала пожара давно закончились, так что пострадавших не было.

И все равно: как только на улице появилась первая пожарная машина, вокруг начали собираться зрители. Казалось, все бездельники города и его окрестностей прибыли, чтобы поглазеть на огонь. Они приезжали на машинах, повозках и велосипедах, некоторые приходили пешком. Многие из них были с подружками, престарелыми родителями и детьми.

Они заполонили все окрестные улицы, поэтому средства пожаротушения можно было доставить на место разве что вертолетом.

Так происходит, к сожалению, отнюдь не редко. Каждая большая или маленькая катастрофа неизменно собирает толпу зевак. Что их привлекает? По-моему, две причины: во-первых, возможность поглазеть на разрушения и чужие несчастья, во-вторых, максимально затруднить и отсрочить прибытие на место трагедии подразделений, задачей которых является охрана жизни и собственности.

Скажу сразу, я не рванулся вслед за толпой смотреть на пожар, чем был чрезвычайно горд. Но должен признаться, не потому, что у меня отсутствует инстинкт разрушения. Просто небольшое возгорание в полуподвале слишком далеко от моего понятия разрушения.

Вот если взорвется звезда, тогда другое дело.

Вероятно, мой инстинкт разрушения развит слишком хорошо, поскольку меня всегда очень занимал предмет вспышек сверхновых звезд — колоссальных звездных взрывов.

В середине XX века начала быстро развиваться радиоастрономия. После окончания Второй мировой войны астрономы всего мира активно занимались приемом микроволновых излучений, идущих с различных направлений. Очень скоро стало очевидным, что некоторые из них исходят от наших ближайших соседей. Солнце является источником радиации, так же как Юпитер и Венера.

На практике источники радиации в Солнечной системе не слишком важны. Значительно интереснее принять сигналы, дошедшие до нас сквозь необозримые звездные дали. К примеру, одним из источников радиации за пределами Солнечной системы является Крабовидная туманность. Хотя ее сигналы ослаблены расстоянием в 5000 световых лет, мы можем засечь их своими приборами. Но Крабовидная туманность представляет собой остатки сверхновой — свет от ее взрыва впервые достиг Земли 900 лет назад.

Довольно много источников радиации лежит за пределами нашей Галактики в миллионах и даже миллиардах световых лет от нас. Тем не менее, их микроволновые излучения доходят до Земли и отражаются на наших приборах. Они представляют собой источники энергии, по сравнению с которыми взрыв сверхновой — пустяк, не стоящий упоминания.

Например, один из сильных источников расположен, как выяснилось, в галактике, удаленной от нас на 200 000 000 световых лет. Когда на эту галактику были направлены мощнейшие телескопы, оказалось, что она имеет весьма своеобразную, деформированную форму. При более внимательном изучении выяснилось, что это не галактика, а две галактики в процессе столкновения.

Когда сталкиваются две галактики, это мало похоже на столкновение двух звезд. В галактиках есть облака пыли (многие галактики обладают таковыми, включая нашу собственную); если эти облака столкнутся, то возникшее при этом возмущение станет источником коротковолнового излучения, как возмущение газов Крабовидной туманности, Солнца, атмосферы Юпитера и Венеры.

Но с увеличением числа обнаруженных источников коротковолнового излучения появилось и больше вопросов. Ученых приводило в недоумение их непонятно большое количество, приходящееся на удаленные галактики. Такого попросту не могло быть. Случайные столкновения галактик, безусловно, имели место; но казалось невероятным, что галактики сталкивались так часто, чтобы создать многочисленные источники радиации.

Возможно, существует другое объяснение? Какой катаклизм в пределах одной галактики мог стать таким же мощным источником излучения, как две сталкивающиеся галактики? Только если не считать столкновение единственным возможным вариантом, можно найти объяснение многочисленным источникам излучения.

Но что может сделать одна галактика, если ей на помощь не придет соседняя?

Предположим, она может взорваться.

Но как? Галактика не является единым объектом. Это свободное скопление нескольких сотен миллиардов звезд. Каждая звезда сама по себе может взорваться, но почему вдруг произойдет одновременный взрыв всей галактики?

Чтобы ответить на этот вопрос, следует понять, что галактика в действительности не является свободным скоплением звезд, как мы привыкли думать. Галактика вроде нашей тянется на сотню тысяч световых лет вдоль своего большого диаметра и большей частью состоит из мелкой россыпи звезд. Мы в своей галактике живем в малочисленном звездном окружении и считаем это нормой. Но это не совсем так.

Сутью галактики является ее ядро, густое скопление звезд, форма которого напоминает сферу. Его диаметр составляет примерно 10 000 световых лет, а объем — 525 000 000 000 световых лет в кубе. Если считать, что ядро содержит 100 000 000 0000 звезд, то «плотность звездного населения» не превышает одну звезду на 5,25 световых лет в кубе.

При таком скоплении звезд среднее расстояние между ними в пределах галактического ядра — 1,7 световых лет. Это средняя величина для всего объема. Плотность звезд в ядре увеличивается при движении к его центру. Думаю, что в районе центра ядра звезды разделены между собой половиной светового года.

Даже половина светового года — это 3 000 000 000 000 миль, то есть в четыре раза больше, чем ширина орбиты Плутона. Поэтому звезды все-таки не столпились в одном месте и не обязательно должны сталкиваться, но…

Теперь представьте, что где-нибудь в пределах галактики произошел взрыв сверхновой звезды.

Что случится?

В большинстве случаев ничего (за исключением того, что одна звезда разлетится на мелкие обломки). Если сверхновая находится на задворках галактики — к примеру, где-то рядом с нами, вокруг нее так мало звезд, что ни одна из них не попадет в радиус действия ее излучения. Гигантское количество энергии, выброшенное сверхновой в пространство, распространится во все стороны, постепенно ослабеет, и все.

Но если сверхновая находится в центре галактического ядра, галактика уже не отделается легким испугом. Средняя сверхновая выбрасывает количество энергии в 10 000 000 000 раз больше, чем Солнце. Объект, находящийся от нее на расстоянии 5 световых лет, получит за секунду десятую часть энергии, получаемой Землей от Солнца. А на расстоянии половины светового года от сверхновой объект получит в десять раз больше энергии в секунду, чем Земля получает от Солнца.

Это плохо. Если на расстоянии 5 световых лет от нас взорвется сверхновая, у нас в течение года будет немало проблем с перегревом. Если же она взорвется в половине светового года от нас, полагаю, от жизни на Земле мало что останется. Но не надо беспокоиться! В пределах 5 световых лет от нас находится лишь одна звездная система, причем не из тех, где могут появиться сверхновые.

А как насчет влияния на сами звезды? Если бы наше Солнце оказалось по соседству со сверхновой, на него выплеснулся бы поток энергии, весьма чувствительно поднявший его температуру. После этого Солнце, в конце концов, снова обретет равновесие и станет не хуже прежнего (хотя, скорее всего, на его планетах уже не будет жизни). Но даже незначительный рост температуры может привести к увеличению расхода топлива^[7] Солнца.

Именно расходом горючего измеряется век звезды. Когда его запасы уменьшаются до нижней границы, звезда расширяется и становится красным гигантом или происходит взрыв, и возникает сверхновая звезда. Достаточно удаленная сверхновая, слегка подогревая Солнце на протяжении года, может приблизить его на век или даже на 10 веков к такому кризису. К счастью, у нашего Солнца долгий век (несколько миллиардов лет), поэтому несколько веков или даже миллион лет не станут решающими.

Однако некоторые звезды не могут позволить себе постареть даже немного. Они уже находятся слишком близко к такому уровню расхода горючего, который приведет к радикальным и необратимым изменениям. Назовем такие звезды, пребывающие на грани, предсверхновыми. Сколько их в галактике?

По оценкам экспертов, в течение века на каждую галактику приходится в среднем по три сверхновых звезды. Это значит, что за 33 000 000 лет в среднестатистической галактике будет миллион сверхновых. Учитывая, что жизненный цикл галактики измеряется сотнями миллиардов лет, любая звезда, которую от состояния сверхновой отделяет несколько миллионов лет, может оказаться на грани.

Если из 100 миллиардов звезд, составляющих среднестатистическое галактическое ядро, миллион звезд приблизился к этой грани, то одна звезда из каждых 100 000 является предсверхновой. Это означает, что предсверхновые в пределах галактического ядра разделены средним расстоянием в 80 световых лет. При приближении к центру ядра среднее расстояние сократится до 25 световых лет.

Но даже если расстояние составит 25 световых лет, свет сверхновой будет в 250 раз меньше, чем поступающий на Землю от Солнца. Иными словами, его эффект совершенно незначителен. Между прочим, мы имеем возможность довольно часто наблюдать вспышки сверхновых в разных галактиках, и ничего страшного не происходит. Сверхновая медленно умирает, а галактика становится такой же, как прежде.

Между тем, если среднестатистическая галактика имеет одну предсверхновую на каждые 100 000 звезд, отдельные галактики могут оказаться беднее или богаче этими звездами, находящимися на грани. В какой-то галактике может оказаться одна предсверхновая на каждую тысячу звезд.

В такой галактике ядро будет содержать 100 000 000 предсверхновых, разделенных между собой средним расстоянием в 17 световых лет. Ближе к центру расстояние между ними уменьшится и может достичь даже 5 световых лет. Если сверхновая осветит предсверхновую, находящуюся в 5 световых годах от нее, она ощутимо сократит ее жизнь. И если до этого события предсверхновую отделяла от взрыва тысяча лет, после него ее срок может сократиться всего лишь до нескольких месяцев.

Затем, когда она взорвется, более отдаленная предсверхновая, чья жизнь уже оказалась укороченной после первого взрыва, приблизится к пограничному состоянию. Вполне вероятно, что по прошествии нескольких месяцев она взорвется.

И так далее, и так далее… Процесс будет продолжаться, напоминая падение костяшек домино, и в конце концов окажется, что в галактике взорвалась не одна сверхновая, а несколько миллионов, хотя не одновременно, а друг за другом.

Это и называется галактическим взрывом. Не приходится сомневаться, что именно так возникает фейерверк волн, которые, распространившись на миллиарды световых лет, все еще улавливаются.

Быть может, все это мои фантазии? Честно говоря, вначале так оно и было. Однако наблюдения 1963 года показали, что речь идет о вещах более серьезных.

Наблюдения велись за галактикой в Большой Медведице, названной М 82, потому что она имеет номер 82 в списке небесных тел, составленном французским астрономом Шарлем Мессьером около двух столетий назад.

Мессьер был охотником за кометами. Большую часть жизни он проводил у телескопа, выискивая кометы, постоянно их находил, но каждая очередная комета неизменно оказывалась неким туманным объектом, который постоянно находился в небе.

В конце концов он решил составить карту звездного неба и нанести на нее все туманные объекты, так похожие на кометы, чтобы они больше никогда и никого не вводили в заблуждение. Таких объектов оказалось 101. Именно список мешавших астроному объектов звездного неба сделал его имя бессмертным.

Первым в этом списке под индексом М 1 шла Крабовидная туманность. Далее следовали две дюжины шаровидных скоплений (сферические скопления плотно «спрессованных» звезд). Под индексом М 13 значилось созвездие Геркулеса — в то время самое большое из всех известных. Около тридцати позиций в его списке занимали галактики, в том числе Андромеда (М 31), Водоворот (М 51). Кроме того, в его списке присутствовали такие известные объекты, как туманность Ориона (М 42), Кольцевая туманность (М 57) и Полночная туманность (М 97).

М 82 — это галактика, находящаяся в 10 000 000 световых годах от Земли. Она вызвала интерес астрономов тем, что оказалась сильным источником радиоволн. На нее был направлен 200-дюймовый телескоп, что позволило сделать фотографии сквозь фильтры, блокирующие любой свет, кроме идущего от ионов водорода. У ученых имелись основания предполагать, что любые существующие возмущения проявятся наиболее наглядно именно на водородных ионах.

Все получилось! Были обнаружены потоки ионов водорода, растянувшиеся на тысячу световых лет, исходящие из галактического ядра. Суммарная масса выброшенного водорода оказалась эквивалентной массе, как минимум, 5 000 000 средних звезд. Судя по скорости распространения потоков и пройденному ими расстоянию, взрыв произошел около 1 500 000 лет назад. (Свету требуется 10 миллионов лет, чтобы добраться до нас от М 82, так что по земному времени взрыв имел место 11 500 000 лет назад в самом начале плейстоцена.)

Таким образом, М 82 — это взорвавшаяся галактика. Происшедший при этом выброс энергии эквивалентен энергии 5 миллионов сверхновых звезд, высвобожденной последовательно. Это напоминает цепную реакцию распада ядер урана в атомной бомбе, но только в другом масштабе. Я совершенно уверен, что, если в этом галактическом ядре существовала жизнь, ее там больше нет.

Думаю, что даже на окраинах этой галактики условия для жизни далеки от идеальных.

Меня часто посещает ужасная мысль… Вы уже догадались, какая?

А что, если взорвется ядро нашей родной Галактики? Конечно, скорее всего, это не произойдет (я не желаю внушить страх моим уважаемым читателям), поскольку взрывающиеся галактики — явление такое же редкое среди галактик, как взрывающиеся звезды — среди звезд. А будучи уверенным, что наша Галактика останется цела, можно спокойно пофантазировать, представив себе последствия такого взрыва.

Прежде всего, мы находимся не в ядре галактики, а на ее окраине. При таком расстоянии все-таки имеется шанс уцелеть, хотя и небольшой. Тем более, что между нами и галактическим ядром находятся обширные облака пыли, являющиеся неплохим экраном.

Конечно, какая-то часть волн все равно прорвется сквозь облака и, вероятнее всего, на ближайшие несколько миллионов лет загубит радиоастрономию, закрыв все вокруг. Но это не самое страшное. Куда хуже будет увеличение уровня космической радиации, который может стать опасным для жизни: радиоактивные осадки после галактического взрыва вполне могут попасть на Землю.

Давайте пока забудем о космической радиации, тем более что ее вероятный уровень является слишком неопределенным. К тому же мысли о повышенном уровне радиации вокруг нас не добавляют бодрости духа. Лучше мысленно отодвинем пылевые облака и посмотрим, что представляет собой галактическое ядро до взрыва.

Известно, что оно имеет диаметр около 10 000 световых лет и удалено от нас на 30 000 световых лет. Ядро предстанет перед нами в виде объекта, напоминающего сферу. Оказавшись целиком над горизонтом, оно займет ¹/₆₅ часть видимого участка неба.

Его свечение будет в 30 раз ярче, чем у Венеры в период максимальной яркости, но распределится на такой большой площади, что будет выглядеть сравнительно тусклым. Центр ядра, равный по размеру полной Луне, будет иметь только ¹/_{200 000} часть ее яркости.

Кроме того, будет видна светящаяся область в районе Млечного Пути в созвездии Стрельца, причем намного ярче, чем сам Млечный Путь. В центре свечение будет ярче, по краям — более тусклым.

Но что произойдет, если ядро нашей Галактики взорвется? Не сомневаюсь, что если это произойдет, то взрыв будет в самом центре ядра, где звезды расположены довольно плотно, а эффект от одной предсверхновой звезды на своих соседей будет максимальным. Предположим, что образовались 5 000 000 сверхновых звезд, как и в галактике М 82. Если ядро имеет предсверхновые звезды, разделенные 5 световыми годами в центральных областях, тогда 5 000 000 предсверхновых поместятся в сферу диаметром 850 световых лет. С расстояния 30 000 световых лет такая сфера будет иметь диаметр чуть больше, чем видимый диаметр полной Луны. Все будет очень хорошо видно.

Если взрыв начался, сверхновые будут следовать друг за другом с нарастающей скоростью. Начнется цепная реакция.

Если бы мы могли взглянуть на обширный взрыв, происшедший миллионы лет назад, то смогли бы сказать, что центр ядра взрывается сразу же. Но это лишь отчасти правильно. При наблюдении за самим процессом взрыва стало бы ясно, что он занимает значительное время, благодаря тому неоспоримому факту, что свету требуется немало времени, чтобы дойти от одной звезды до другой.

Когда взрывается сверхновая звезда, она не может оказать влияние на соседнюю звезду (до которой 5 световых лет), пока излучение от первой звезды не достигнет второй, а на это уйдет 5 лет. Если вторая звезда расположена с противоположной стороны от первой (по отношению к нам), будет потеряно еще пять лет, пока свет вернется к первой сверхновой. Таким образом, мы увидим вторую сверхновую на 10 лет позже, чем первую.

Поскольку сверхновая останется невидимой для невооруженного глаза примерно на протяжении года даже при самых благоприятных условиях, вторая сверхновая останется невидимой даже после того, как первая уже погаснет.

Если быть кратким, 5 000 000 сверхновых, образующих сферу диаметром 850 световых лет, стали бы видны нам спустя примерно 1000 лет. Если взрывы начнутся у ближнего края сферы, так что поток радиации направится в сторону от нас и вернется, чтобы инициировать взрыв других сверхновых, диапазон отклонений может составить 1500 лет. Если они начнутся на дальнем краю и будут иметь место дополнительные взрывы, пока излучение от первого взрыва проходит предсверхновые, расположенные по пути к нам, разброс времени может существенно уменьшиться.

Существует вероятность того, что в галактическом ядре начнут появляться мерцающие, пульсирующие огни. Вначале их будет немного — 3–4 за десятилетие. Но с течением времени число огней возрастет, и одновременно можно будет увидеть несколько сотен. В конце концов они погаснут, оставив в небе тускло светящуюся газовую турбулентность.

Насколько яркими они могут быть? Единичная сверхновая может достичь максимальной абсолютной величины — 17. Это означает, что, если бы она находилась на расстоянии 10 парсек (32,5 световых лет) от нас, то имела бы видимую величину -17, то есть ¹/_{10 000} яркости Солнца.

На расстоянии 30 световых лет видимая яркость такой сверхновой уменьшится на 15 звездных величин и составит -2. Такова яркость Юпитера.

Числа воистину удивительны! На расстоянии галактического ядра ни одна обычная звезда не может быть видна невооруженным глазом. Сто миллиардов звезд, составляющих ядро, создают при нормальных условиях только слабо светящуюся дымку. Если отдельная звезда на таком расстоянии достигает видимой яркости Юпитера — это уму непостижимо! Сила света такой сверхновой составляет ¹/₁₀ часть силы света целой невзрывающейся галактики, такой, как наша.

И все же маловероятно, что каждая образующаяся сверхновая звезда будет иметь максимальную яркость. Давайте будем консервативными и допустим, что яркость сверхновой будет в среднем на две звездных величины ниже максимума. Тогда это будет 0, то же самое можно сказать о звезде Арктура.

И тем не менее, «небесные огни» — явление далеко не ординарное. Если бы человечество имело возможность наблюдать подобные зрелища на ранних этапах развития цивилизации, оно никогда не совершило бы ошибку, считая небеса чем-то незыблемым. А астрономия могла получить ускоренное развитие.

Увы, мы не можем видеть галактическое ядро. Но что может нам помочь его представить? Быть может, существует что-нибудь, отдаленно напоминающее нарисованную мною картину?

Что ж, одна возможность действительно есть. В нашей Галактике то здесь, то там встречаются шаровидные скопления. Подсчитано, что их существует около 200. (Около сотни таких скоплений в нашей Галактике можно наблюдать, еще сотня, по всей видимости, скрыта облаками пыли.)

Эти шаровидные скопления напоминают обособленные кусочки галактического ядра, имеют около 100 световых лет в диаметре и содержат от 100 000 до 10 000 000 звезд, симметрично разбросанных вокруг центра.

Самое крупное из известных шаровидных скоплений носит имя Геркулеса и следует в упомянутом ранее списке под индексом М 13, но оно не самое близкое. Значительно ближе находится омега Центавра, до которой от нас 22 000 световых лет. Она отчетливо видна невооруженным глазом и является объектом пятой звездной величины. Для невооруженного глаза она представляет собой небольшое пятно света, поскольку на таком расстоянии даже диаметр 100 световых лет виден дугой всего лишь в 1,5 минуты.

Пусть омега Центавра содержит 10 000 предсверхновых и каждая из них взрывается при первой возможности. В небе появятся огни, однако в течение короткого промежутка времени, и сами они будут в два раза ярче.

Это был бы идеальный взрыв во всех отношениях: его не закроют пылевые облака, он не слишком мощный, а значит, безопасный, но все же достаточно мощный, чтобы стать захватывающим зрелищем.

Однако наши шансы увидеть взрыв в омеге Центавра можно считать нулевыми. А если бы это произошло, омегу Центавра нельзя увидеть из Новой Англии, и мне пришлось бы совершить долгое путешествие на юг, чтобы получить возможность наблюдать это зрелище во всей красе. А я не люблю путешествовать.

Быть может, лучше пойти поглазеть на пожар в соседском доме?