УДК 524 ББК 22.632 Г 87

Громов А. Н.

Г 87 Вселенная. Вопросов больше, чем ответов / А. Н. Громов, А. М. Малиновский. — М.: Эксмо, 2009. — 416 с.: ил. — (От­крытия, которые потрясли мир).

ISBN 978-5-699-33793-4

Авторы книги знакомят читателей с самыми волнующими загадками со­временной астрономии — что такое черные дыры и нейтронные звезды? Откуда берутся гамма-всплески и как долго будет светить Солнце? Что произойдет, ес­ли астероид стокнется с Землей? На что похожа наша Галактика? Вопросов больше, чем ответов, но читатель сам может попытаться найти ответы с помо­щью главы, посвященной любительской астрономии.

УДК 524 ББК 22.632

Никакая часть настоящего издания ни в каких целях не может быть вос­произведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами, будь то электронные или механические, включая фотокопирование и запись на магнитный носитель, если на это нет письменного разрешения ООО «Изда­тельство «Эксмо».

ISBN 978-5-699-33793-4

© Громов А. Н., Малиновский А М., 2009 © ООО «Издательство «Эксмо», 2009

От авторов 5

Часть I. Чем и как изучают Вселенную 11

1. Астрономы — кто они? 12

2. Немного истории. Оптические инструменты 16

3. Крупнее! Еще крупнее! 26

4. Не только оптические 29

5. Кое-что о спектроскопии 38

Часть И. Ближайшие окрестности 41

1. Солнечная система и мы 42

2. Планеты, «клуб избранных» 49

3. Гиганты и спутники 71

4. Каменная мелюзга 87

5. Кометы и метеорные потоки 102

6. О возможности столкновения Земли с крупным космическим телом 116

Часть III. Мир звезд 129

1. Если звезды зажигают 130

2. Почему они светят? 138

3. Что такое звезда? 144

4. Звезда по имени Солнце 155

5. Они рождаются, стареют, умирают 171

6. Драматический финал, или в смерти — жизнь 194

Часть IV. Черные дыры 205

1. Знакомые незнакомцы 206

2. «У черных дыр нет волос» 209

3- И все-таки она светится! 214

3

— Содержание —

4. Баскетбол или все же крикет? 218

5. Гамма-всплески 220

Часть V. Мир галактик 227

1. Острова вселенной 228

2. Эволюция галактик 238

3. Млечный Путь и наше место в нем 247

4. Местная группа 259

5. Активные галактики 270

6. Квазары 278

7. Скопления и сверхскопления галактик 287

Часть VI. Вселенная как она есть 299

1. Модель Эйнштейна 300

2. Модель Фридмана 311

3. Начало Вселенной 323

4. Ускорение 345

5. Краткая история Вселенной 351

6. «...В то время как великий океан истины расстилается передо мной неисследованным» 364

Часть VII. Любительская астрономия 379

1. Любители — кто они? 380

2. «Хочу телескоп — какой выбрать?» 386

3. «А может, построить телескоп самому?» 393

4. Организация наблюдений 399

5. Перспективы любительства 405

6. Астрономические мероприятия 408

Литература 413

«Ясным вечером выйдите на улицу и взгляните на небо...» — так, или примерно так, начинались многие популярные книжки об астрономии, выпущенные в середине прошлого века. Времена, однако, меняются; к счастью или к несчастью — вопрос отдель­ный. Для любителей астрономии, пожалуй, к несчастью.

Выйдя ясным вечером или даже глубокой ночью на улицу, го­родской житель, наш современник, вряд ли сумеет насладиться «алмазной россыпью звезд», столь красочно описанной многими популяризаторами астрономии, начиная с Фламмариона. Сквозь дымку, всегда висящую над городом и подсвеченную уличным освещением, усугубленным огнями реклам, с трудом пробивает­ся свет лишь самых ярких звезд. И даже они выглядят невыра­зительно на грязно-рыжем ночном небе мегаполиса (рис. l). Об «алмазной россыпи» нет и речи. Почти маниакальное стремле­ние городских властей подсвечивать лучами мощных прожекто­ров основные архитектурные доминанты не лишено некоторого эстетического смысла, но иная эстетика — та, что дана нам изна­чально и бесплатно, эстетика звездного неба — теряется беспово­ротно. Уже выросло поколение горожан, ни разу в жизни не ви­девших Млечный Путь. Разумеется, в деревнях и селах световое загрязнение (это вполне строгий термин) проявляется гораздо слабее, чем в мегаполисах, но все же проявляется и имеет тен­денцию к росту. К тому же надо признать, что жизнь современ­ного россиянина, особенно сельского жителя, мало располагает к любованию красотами неба...

Традиционные южные курорты немногим лучше. Небо, прав­да, там чернее и звезды ярче, вдобавок видны такие созвездия,

5

которые мы не можем наблюдать в средних широтах, не гово­ря уже о Севере, однако подсветка губит звездное небо и там. Недаром любители астрономии, выезжающие со своими теле­скопами в Крым или, допустим, на Канарские острова, избегают мест, пользующихся громкой курортной известностью, — там же ничего не увидишь!

В еще худшем, и притом гораздо худшем положении находят­ся астрономы-профессионалы. Из-за светового загрязнения дав­но уже невозможны серьезные работы в Пулковской обсервато­рии, некогда носившей гордое звание астрономической столицы мира, в Симеизской, в знаменитой обсерватории на горе Маунт- Вилсон (США), закрыта еще более знаменитая Гринвичская об­серватория (Великобритания), и так далее, и так далее... Список астрономических обсерваторий, годных теперь только для мони­торинга искусственных спутников Земли да еще для развлечения туристов, удручающе велик. Настоящую битву пришлось выдер­жать астрономам из обсерватории им. Уиппла (США, Аризона) в суде со строительной компанией, намеревавшейся возвести жилой поселок в окрестностях обсерватории, после чего многие

6

— От авторов —

работы на ней стали бы невозможны. Судебный процесс астро­номы выиграли, но это уникальный случай.

Что же остается для наблюдательной астрономии? Космос да еще места, лежащие в горах и притом как можно дальше от насе­ленных пунктов. Хорошие примеры: целый ряд крупных телеско­пов на вулканической вершине Мауна-Кеа на Гавайских остро­вах и система из четырех телескопов VLT (Very Large Telescope) в чилийском высокогорье, а это местечко такого сорта, что в нем никому не придет в голову строить города и поселки с уличными фонарями.

Не подумайте, что мы призываем погрузить Землю в кро­мешную ночную тьму. Между максимализмом и чувством меры существует огромная разница. И нам представляется, что боль­шинство человечества определенно лишено чувства меры...

«Отмеченное интеллектуальной слабостью, наше время от­личается между тем необыкновенной категоричностью сужде­ний», — меланхолично заметил как-то раз замечательный био­химик Эрвин Чаргафф. Любому человеку, увлеченному так или иначе наукой, совсем не обязательно профессиональному учено­му, приходилось сталкиваться как с упомянутой слабостью, так и с категоричностью рядового обывателя. «Видел я вашу Луну в телескоп, а американского флага на ней почему-то не видел», — разочарованно утверждает один из них. (Признаемся по секре­ту, мы тоже. Из чего совершенно не следует, что американские астронавты не ходили по Луне ногами.) «А где же зеленые че­ловечки?» — недоуменно вопрошает другой, увидев в окуляре оранжевую горошину Марса. Третий кричит от восторга, наблю­дая полосы на Юпитере и кольца Сатурна, после чего, отдышав­шись, выдает поистине бессмертную фразу: «Теперь я понимаю, что астрология — великая наука!»

Это не выдумки. Выдумать, говоря словами Ильфа и Петрова, можно и посмешнее.

Кстати об астрологии. Давно известно, что единственным эф­фективным методом познания является метод научный (в отли­чие, например, от религиозно-мистического). Столь же хорошо

7

— От авторов —

известно, что утопающему свойственно хвататься за соломинку, а сон разума рождает чудовищ. Пользуясь в общем-то научным аппаратом (наблюдения, расчеты), астрология тем не менее ли­шена одного из важнейших атрибутов научности: принципиаль­ной опровергаемости (фальсифицируемости) результатов, ибо предсказания даются нарочито расплывчато, а неблагоприят­ные свидетельства игнорируются. Человеку вообще свойственно иммунизировать (подгонять) имеющиеся данные под желаемый результат. Отсюда возникает иллюзия точности предсказаний. Можно провести забавный опыт: покажите своим друзьям горо­скопы на 12 знаков Зодиака, не указывая, каким знакам они со­ответствуют, и предложите каждому выбрать «свой» — много ли будет совпадений?

Впрочем, диспут с пламенными приверженцами астрологии не входит в нашу задачу. В конце концов, вера, какова бы она ни была, есть категория совести, к науке отношения не имеющая, а астрологи — тоже люди и тоже кушать хотят. Мы даже готовы допустить, что не все из них сознательные жулики. Более того, мы относимся к астрологии с определенной долей уважения — ведь именно эта лженаука была предтечей и родительницей астрономии!

Равным образом, мы не желаем полемизировать с адептами той или иной религии. Совершенно очевидно, что существование Высшей Силы, обладающей свойствами, описанными в канонах любой из религий, невозможно ни подтвердить, ни опровергнуть методами науки. Авторы этой книги — агностики, они не любят принимать ничего на веру и довольно спокойно относятся к тому, что во Вселенной существует много такого, чего они никогда не узнают, несмотря ни на какие усилия. Знание бесконечно, чего никак не скажешь о человеческой жизни, а безоглядное доверие к простым объяснениям есть признак незрелого ума. Отметим лишь, что человек, хотя бы приблизительно представляющий себе, насколько велика и разнообразна Вселенная и сколь малое место занимает в ней человечество вообще и каждый человече­ский индивид в отдельности, может быть верующим, но ему при­

8

— От авторов —

дется потрудиться, чтобы уверовать в такого бога, для которого имеют хоть какое-то значение молитвы и обряды. Стоит ли удив­ляться тому, что астрономия исчезает из школьных программ? Мыслящие люди необходимы для функционирования государ­ства, но чересчур большое их количество опасно для него же. Пример Советского Союза, воспитавшего неизвестно для какой надобности армию интеллигентов и полуинтеллигентов, еще свеж.

Тем не менее мы уверены, что пока не все так плохо и что най­дутся любознательные читатели (особенно молодые) с умом ка­ким угодно, только не заскорузлым. Для них эта книга.

О чем в ней пойдет речь? О чем вообще можно поговорить на астрономические темы, оставаясь в границах научно-популярно- го уровня, после К. Фламмариона, Б.А. Воронцова-Вельяминова и И.С. Шкловского? Разумеется, прежде всего о новых открыти­ях, сделанных в последние десятилетия, когда астрономия пере­живает небывалый взлет — увы, преимущественно не в России. Само собой, нам придется уделить некоторое внимание основ­ным сведениям о космических объектах и существующих теори­ях, поскольку с нашей стороны было бы наивно предполагать, что все читатели этой книги проходили «астрономический лик­без». Конечно, мы не начнем с азов, известных по идее всякому культурному человеку, и не станем объяснять разницу между планетой и плацентой. И тем не менее надеемся, что книга будет понятна широкому кругу читателей.

Один из авторов этой книги — астрофизик, другой — писатель- фантаст, давно и прочно увлеченный астрономией. Не стоит это­го смущаться. Вне своей основной специальности фантасты, как правило, очень здравомыслящие люди, а главное, не пытаются выдать свои выдумки за правду. К тому же фантастические до­пущения, имеющие целью растормошить воображение читате­ля, здесь просто не нужны — Вселенная сама по себе настолько удивительна, что легко справится с данной задачей при помощи фактов, а не вымысла. Если все же по ходу изложения нам захо­чется пофантазировать, мы прямо об этом скажем.

9

— От авторов —

Классические разделы астрономии, многократно освещенные в книгах популяризаторов этой науки, мы постараемся «пробе­жать» побыстрее, насколько это вообще возможно без потери целостности картины. Мы также не намерены утомлять читате­ля формулами и обещаем использовать их лишь в тех местах, где обойтись без них, по нашему мнению, невозможно.

В первой, вводной, части этой книги речь пойдет о методах и инструментах, применяемых для изучения Вселенной; во вто­рой — о Солнечной системе и многообразии ее объектов, в тре­тьей — о мире звезд и межзвездной материи, в четвертой — о черных дырах, в пятой — о мире галактик. В шестой части мы поговорим о строении и эволюции нашей Вселенной. Наконец, седьмая и последняя часть будет посвящена несколько неожи­данной теме: любительской астрономии. Нам кажется, что тео­ретический, так сказать, блок материала не будет вполне полно­ценным без части практической, хотя бы на уровне, доступном в принципе каждому, кто того пожелает. Астрономия — удел не только странных людей «не от мира сего», засевших в своих башнях. С популярностью футбола ей никогда не сравниться, но все же это довольно массовое увлечение. Вы даже можете внести свой вклад в науку, хотя, конечно, никто от вас этого не потребует. Но даже если у вас нет астрономического инструмента — просто выйдите однажды ясным вечером... ну да, вы поняли. Найдите ясное небо, где бы оно ни было, и посмотрите на Вселенную. Она того стоит.

ЧЕМ И КАК ИЗУЧАЮТ ВСЕЛЕННУЮ

Скажем сразу: образ астронома как человека «не от мира сего» (рассеянность, блуждающий взгляд, небрежность в одежде и прочие атрибуты чудака), сонного днем, а ночами увлеченно разглядывающего небо в телескоп, годится теперь разве что для детского мультфильма. В этом образе неверно практически все. Начнем с того, что, вопреки распространенному заблуждению, современным астрономам весьма редко приходится смотреть в окуляр телескопа. Человеческий глаз—вполне приличный опти­ческий прибор для рассматривания земных объектов в дневное время, но для астрономических целей он попросту слаб, — не хва­тает ни чувствительности, ни разрешающей способности. Мало время накопления — от од с при ярком свете до 6 с в темноте. Глаз содержит порядка юо млн светочувствительных элементов и лишь миллион нервных волокон, идущих от глаза в мозг. По- видимому, первичная обработка изображения происходит уже на уровне сетчатки, и можно не сомневаться: осуществляется она так, чтобы удовлетворить земные потребности человека. Глаз не предназначен природой для считывания астрономической ин­формации. В самом деле, разве выживание обезьяны зависит от наблюдения или ненаблюдения ею слабых звезд?

Интересно сравнить зарисовку Крабовидной туманности, сде­ланную лордом Россом в 1844 г. (рис. 2), с фотографией той же туманности (рис. 3, цв. вклейка). Несмотря на то что в распоря­жении лорда Росса находились крупнейшие телескопы того вре­мени, разница настолько показательна, что может возникнуть вопрос: неужели речь идет об одной и той же туманности?

Уже в конце XIX века глаз астронома уступил место более совершенному светоприемнику — фотографической пластин­ке. Все более совершенствуясь, светочувствительные эмульсии достигли, по-видимому, своего «потолка» и ныне заменены еще более совершенными электронными средствами фиксации

12

— Чем и как изучают Вселенную —

изображения — ПЗС-матрицами (ПЗС — прибор с зарядовой связью). Профессиональные ПЗС-матрицы имеют высокое раз­решение, охлаждаются до весьма низких температур с целью уменьшения теплового шума и по всем параметрам превосходят фотопластинки, не говоря уже о глазе наблюдателя. Астроному просто незачем просиживать ночи напролет у телескопа, кута­ясь в тулуп и примерзая глазом к окуляру холодными ночами... К тому же наблюдатель в башне телескопа является источником воздушных тепловых токов — несильных, но иногда достаточ­ных, чтобы испортить изображение.

Медленно вращается купол башни, следуя за звездным не­бом, неслышно поворачивается труба телескопа, идет фотогра­фирование (или спектрографирование) небесных объектов... а наблюдателя-то под куполом и нет! Инструмент наводится на объект дистанционно, изображения считываются с ПЗС-матрицы сразу на компьютер. Астроном занят обработкой результатов, не отвлекаясь на рутину.

13

— Часть I —

Есть еще один важный аспект: любым мало-мальски круп­ным инструментом пользуется не один человек, а целый кол­лектив астрономов, и у каждой рабочей группы — своя тема. Соответственно, имеется график наблюдений, составленный на месяцы (иногда и на годы) вперед. Не успел получить вожделен­ные результаты в отведенное время или не смог из-за погоды — смирись, уступи место, жди следующего случая понаблюдать интересующий объект. В самом худшем положении находятся наблюдатели кратковременных непредсказуемых явлений вроде оптического послесвечения от гамма-вспышек — этим наблюда­телям приходится довольствоваться небольшими (подчас даже любительскими!) телескопами, более или менее свободными в любой момент.

Нет в астрономах и какого-либо бросающегося в глаза «чу­дачества». Люди как люди — интеллигентного по преимуществу вида. Подобно большинству людей, они озабочены бытовыми и карьерными вопросами, не чужды юмору и вполне «от мира сего». Есть замечательные люди, есть и не очень... люди, словом. То, что они с легкостью оперируют в разговоре чудовищно гро­мадными величинами расстояний, масс, энергии, не испыты­вая ни малейшего трепета перед ними, — вопрос привычки. Тут уж одно из двух — либо предаваться бесплодной натурфилосо­фии, либо работать с теми числами, какие есть, добывая новое знание.

Вопрос, возможно, неожиданный, но отнюдь не праздный: а для чего оно, это новое знание? Чтобы доставить удовольствие людям, которым без него жизнь не в жизнь? Или чтобы пугать обывателя прогнозами столкновения астероида с Землей? Ведь если разобраться, то наши знания о Вселенной, пока еще ни­чтожные в сравнении с ее масштабами и сложностью, все же пре­восходят текущие потребности человеческой цивилизации.

Ответ прост: люди иначе не могут (мы говорим о людях, а не о «двуногих без перьев и с плоскими ногтями» по определению Платона). Собаке для счастья достаточно повыть на Луну — че­ловеку надо знать, что же она такое, как появилась и какой в ней

14

— Чем и как изучают Вселенную —

смысл. Почему светит Солнце? Что такое звезды? Из чего воз­никла Земля? Есть ли у Вселенной начало и конец? Когда люди перестанут задавать себе подобные вопросы, останется лишь диагностировать начало конца цивилизации. Замена любозна­тельности «посконным» здравым смыслом, науки — мистикой, а творчества — «креативом» погубит человечество так же верно, как ядерная война, хотя и не так скоро.

Надо признать: наука скомпрометировала себя в глазах обы­вателя, создав многое из того, без чего человечество прекрасно обошлось бы. Более того, она продолжает компрометировать себя, поскольку получает гранты, выделяемые не только госу­дарством, но и крупными корпорациями. Наивно было бы ду­мать, что эти гранты выделяются из чистого альтруизма...

Любишь кататься — люби и саночки возить. В настоящее вре­мя наука слишком зависит от частных материальных вливаний, чтобы сохранить статус независимого эксперта. Тот или иной ответ на вопрос о роли человека в глобальном потеплении кли­мата или об опасности (либо отсутствии таковой) генетически модифицированных продуктов питания зависит от того, кто фи­нансирует исследования. К счастью, в этом смысле положение в астрономии пока еще относительно благополучное, если не счи­тать проектов борьбы с пресловутой астероидной опасностью, поэтому сознательных подтасовок сравнительно немного. Могут быть, конечно, «искренние заблуждения», в том числе и в этой книге. Но уж, как говорится, чем богаты...

Исключая потребности культа и астрологии (а в древности даже медицина не считалась без нее полноценной!), накопле­ние знаний наших предков о звездном небе стимулировалось по меньшей мере еще двумя факторами: очевидной пользой точного календаря и навигацией, в первую очередь морской. Известна также легенда, согласно которой Фалес Милетский, один из семи греческих мудрецов, предсказал солнечное зат­мение, которое и случилось как раз во время битвы между ар­миями двух греческих полисов. Приняв совет Фалеса не всту­пать в войну ни на чьей стороне, милетяне без труда пленили обе охваченные ужасом армии. Несмотря на явную сказоч­ность этой истории, в ней содержится очевидный намек: и от астрономии бывает польза (ну, во всяком случае, для граждан Милета).

Задолго до Фалеса предсказывать солнечные (также и лун­ные) затмения умели египетские жрецы, а еще ранее — халдей­ские. Как они умудрялись это делать?

Им помогал сарос — промежуток времени, равный 18 годам

11 с третью суткам, по прошествии которого затмения Луны и Солнца повторяются в прежнем порядке. Соответствующие затмения в каждом саросе наступают при одинаковом удале­нии Луны от Земли и имеют ту же длительность. Более того: через тройной сарос центральная полоса затмения проходит довольно близко от тех мест, где она проходила 56 лет 34 дня назад. Через следующий тройной сарос она вновь сместится на ту же относительно небольшую «поправку». Достаточно знать ее величину, вести учет времени — и предсказание дня, часа и места затмения не вызовет особых трудностей. Гораздо труднее пронаблюдать все затмения в саросе (что невозможно

16

— Чем и как изучают Вселенную —

в одной точке земного шара за один сарос) и уловить законо­мерность повторения затмений. На это могли уйти столетия, но древние жрецы, не в пример людям нашей эпохи, никуда не торопились.

С навигацией было одновременно проще и сложнее. Компаса античные моряки не знали, приходилось ориентироваться по звездам. Географическая широта места определялась довольно точно, долгота — очень приближенно. И все же такая навигация была намного лучше, чем никакая. Кормчий, не знающий ри­сунков созвездий, оказался бы для мореходов древности таким же посмешищем, как для нас математик, не знающий четырех действий арифметики.

Звезды считались неподвижными — за исключением пяти. Их назвали планетами, что переводится как «блуждающие» или попросту «бродяги». Они не стояли на месте, а выписывали какие-то странные зигзаги и петли. Обожествление данных не­бесных тел (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн — имена древнеримских богов) ничего не объясняло. Не умея понять фи­зическую природу планет, наиболее пытливые умы древности стали изучать хотя бы их движение.

Древнегреческий астроном Гиппарх составил первый звезд­ный каталог. Угломерные инструменты (типа астролябии) были уже известны. С целью увеличить точность измерений астроно­мы стали увеличивать размеры инструментов. В Средние века на Востоке их возводили из камня — в частности, такими инстру­ментами пользовался в Хиве замечательный астроном и неудач­ливый правитель Улугбек, последний, по-видимому, великий ученый средневекового мусульманского мира. Каменные инстру­менты огромных размеров строились в Индии даже в XVIII веке. Некоторые из них сохранились в неприкосновенности (рис. 4) и до сих пор удивляют туристов.

Великий датчанин Тихо Браге (1546-1601) пользовался куда более скромными инструментами — и тем не менее точность его определения координат звезд и планет была поистине фено­менальной для того времени: почти на два порядка выше, чем

17

у предшественников. На основании этих наблюдений Иоганн Кеплер (1571-1630) вывел три закона небесной механики, на­зываемые ныне законами Кеплера, — правда, он не мог указать, какая сила движет планетами, и предполагал наличие у каждой планеты специального ангела, ответственного за ее движение. История науки полна таких курьезов.

Рис. 4. Каменные астрономические инструменты

18

— Чем и как изучают Вселенную —

Вопреки распространенному мифу, Галилео Галилей (1564- 1642) не изобретал телескопа. Узнав в 1609 году о том, что в Венецию попал экземпляр «голландской трубы», Галилей за­интересовался ею, и ему потребовались всего одни сутки, чтобы догадаться об ее устройстве и даже построить свой первый теле­скоп со всего-навсего трехкратным увеличением. Голландские же мастера Иоганн Липперсгей, Захарий Янсен и Якоб Метциус долго вели между собой спор о приоритете, пока наконец не вы­яснилось существование некой итальянской зрительной трубы 1590 года, по образцу которой были выполнены голландские модели. Таким образом, «следы» первого телескопа вернулись в Италию, но нельзя с полной достоверностью утверждать, что этот телескоп был первым. Оптическая схема его настолько про­ста, что могла быть реализована в глубокой древности, причем неоднократно и независимо. Еще древние римляне корректиро­вали свою близорукость или дальнозоркость линзами из хруста­ля или даже изумруда. Они же освоили производство довольно прозрачного стекла. Ничуть не отставал Восток, не испытавший в раннем Средневековье варваризации, отбросившей культу­ру Европы на столетия назад. В конце концов примитивная зрительная трубка в руках мавра из кинофильма «Робин Гуд — принц воров» может оказаться не такой уж фантастикой...

Но, как бы то ни было, Галилей первым направил зрительную трубу на небо — или, во всяком случае, оставил первые дошед­шие до нас записи о телескопических наблюдениях небесных светил, что, в общем-то, сводится к тому же. Крупнейший из по­строенных им инструментов имел объектив диаметром 4,5 см и давал зо-кратное увеличение. Сделанные Галилеем открытия (лунные горы, спутники Юпитера, пятна на Солнце, звездная природа Млечного Пути) поразили современников, вдохновив многочисленных последователей. С этого момента астрономия, занимавшаяся прежде изучением движения небесных тел, пере­шла к изучению их природы. Прежние умозрительные построе­ния стало возможно проверить наблюдениями, если не сейчас, то в будущем.

19

— Часть I —

Телескоп Галилея был построен по принципу трубки теа­трального бинокля — объектив из несильной положительной линзы собирал свет в фокус, перед которым в качестве окуляра была установлена короткофокусная отрицательная (рассеива­ющая) линза. Поле зрения такого телескопа было крайне мало, и вскоре Кеплер предложил заменить отрицательную окулярную линзу положительной, установленной за фокусом. Изображение получилось перевернутым, но астрономов это обстоятельство не смутило и не смущает до сих пор. В космосе нет ни верха, ни низа, а привычка рассматривать перевернутое изображение без чувства дискомфорта приобретается очень быстро.

Линзовые телескопы называются рефракторами. Как вам должно быть известно из курса физики для средней школы, по­казатель преломления стекла для световых волн разной длины различен: синие лучи преломляются сильнее красных. Для на­блюдения монохроматического источника света в этом нет боль­шой беды — проблема, однако, состоит в том, что космические источники посылают нам целый спектр всевозможных длин волн. В результате свет звезды фокусируется в радужный кружок вместо точки, а изображения протяженных объектов приобрета­ют неприятный цветной ореол — следствие хроматической абер­рации. Последняя чрезвычайно вредна для астрономических наблюдений — в частности, благодаря хроматизму своей трубы (вкупе с посредственным качеством линз) Галилей не сумел от­крыть кольца Сатурна, разглядев лишь какие-то «придатки» по бокам планетного диска и составив анаграмму: «Высочайшую планету тройною наблюдал».

В рефракторах, особенно однолинзовых, хроматизм неустра­ним в принципе. На первых порах относительно разумный вы­ход состоял лишь в удлинении трубы. Телескоп Яна Гевелия при очень скромном однолинзовом объективе диаметром всего 150 мм имел фокусное расстояние в 49 м! Ни о какой трубе не могло идти и речи — объектив помещался на верхушке высокой мачты и поворачивался при помощи длинных веревок, а наблю­

20

— Чем и как изучают Вселенную —

датель с окуляром в руках «ловил» изображение небесного тела. Как ни удивительно, при помощи таких инструментов в XVII веке были получены выдающиеся результаты.

Впоследствии, когда развитие оптического стекловарения позволило создавать вполне удовлетворительное стекло с за­данными свойствами, появился ахроматический рефрактор. Его объектив состоит из двух линз — положительной и отрица­тельной, выполненных из разных сортов стекла с различными показателями преломления. При этом хроматизм линз взаимно уничтожается — к сожалению, не полностью. Тем не менее ах­роматические рефракторы уже не столь чудовищно длинны, как их однолинзовые предшественники. Нормальным считается от­носительное фокусное расстояние (отношение диаметра объек­тива к его фокусному расстоянию), равное 1:15 или даже немного больше.

Однако еще в 1616 году французский математик Н. Цукки предложил заменить собирающую линзу объектива на во­гнутое зеркало. В 1663 году Джеймс Грегори придумал схему зеркального телескопа-рефлектора, названную впоследствии его именем. В 1668 году Исаак Ньютон изготовил зеркальный телескоп своей собственной системы, а в 1672 году была пред­ложена оптическая система Кассегрена. Последние две си­стемы остаются популярными и в наши дни, а модификация телескопа Кассегрена, известная под именем системы Ричи- Кретьена, оказалась настолько удачной, что крупнейшие со­временные телескопы, например два телескопа им. Кека с 9,8-м зеркалом каждый, построены именно по этой оптиче­ской схеме (рис. 5).

В телескопе Ньютона главное зеркало параболическое (при малом относительном отверстии годится и сфера), а вторич­ное, отбрасывающее пучок света за пределы трубы, — плоское. В телескопе Грегори вторичное зеркало имеет форму вогнутого эллипсоида вращения, а в телескопе Кассегрена — выпуклого ги­перболоида. В телескопе Ричи-Кретьена оба зеркала — гипербо­лические.

21

— Часть I —

Сейчас для зеркал используют стекло или, еще лучше, ситалл, на оптически точную поверхность которого напыляют тонкий слой алюминия. Но так было не всегда. Технология напыления и даже более ранняя технология химического серебрения зер­кал появились относительно (по сравнению с веками истории наблюдательной астрономии) недавно. Первоначально зеркала изготавливались из особой астрономической бронзы. Рецепт ее держался мастерами в секрете. Выдающийся астроном и телеско- построитель Уильям Гершель (1738-1822) произвел сотни опы­тов, прежде чем выплавил подходящую бронзу, пригодную для шлифовки и полировки астрономических зеркал. Крупнейший из построенных им телескопов был для того времени настоящим монстром: диаметр зеркала 1,25 м, фокусное расстояние 12 м, масса главного зеркала свыше 1,2 т.

А что же рефракторы? Наибольший из них имеет диаметр объектива 102 см. «Звездный час» рефракторов пришелся на конец XIX века, после чего они «сдали» нишу крупнейших

22

— Чем и как изучают Вселенную —

инструментов рефлекторам. Уж очень рефракторы длинны! Пулковский рефрактор при 75-см объективе имеет длину около 13 м. При объективе диаметром 5 м, вполне рядовом для круп­ных современных рефлекторов, рефрактор имел бы длину трубы под юо м! Нечего и говорить, что купол для такого телескопа, не говоря уже о монтировке, никогда не будет построен. Кроме того, прогиб стекла под собственным весом превысил бы допустимую величину, а скомпенсировать его оказалось бы технически не­возможно.

Кстати о прогибах. Идеальная, с точки зрения астронома, поверхность оптики должна иметь уровень возможных откло­нений не более 1/8 длины световой волны (критерий Рэлея). Для волны длиной 555 нм, соответствующей максимальной чувствительности сетчатки человеческого глаза, отклонение реальной оптической поверхности от идеальной не должно превышать 0,07 мкм. Для телескопов, работающих в ультра­фиолетовом диапазоне, допуск еще строже. Получить поверх­ность такой точности само по себе не просто, однако надо еще добиться, чтобы прогиб главного зеркала телескопа под собственным весом укладывался в эту величину. Приходится конструировать схемы его «разгрузки» на множество точек. Даже скромное 150-мм зеркало любительского телескопа для разгрузки на 3 равноудаленные от центра точки должно иметь толщину не менее 20 мм — в противном случае придется ис­пользовать разгрузку на 6 или 9 точек. Что уж говорить о мно­готонных крупных зеркалах! В 6-м 40-т зеркале БТА со време­нем проявился еще один неприятнейший дефект: изменение фигуры зеркала из-за текучести стекла, которое, как известно, материал аморфный и может «течь», подобно жидкости, осо­бенно под действием больших нагрузок. В крупных телеско­пах более поздней постройки применяют значительно более легкие и тонкие зеркала, лежащие на подвижных штырях, управляемых компьютером (адаптивная оптика). Самые же крупные телескопы, уже существующие или только проектиру­емые, нередко имеют составные зеркала по типу пчелиных сот

23

из десятков сравнительно небольших шестиугольных зеркал, причем вся система управляется, естественно, тоже компьюте­ром. Такое техническое решение снимает целый ряд проблем, включая финансовую: дело в том, что стоимость изготовления сплошного зеркала пропорциональна примерно кубу его диа­метра...

Нельзя ли, однако, соединить достоинства рефракторов (от­сутствие вредных токов воздуха в закрытой трубе) и рефлекто­ров (большая светосила) в одной оптической системе, а заодно побороться с искажениями света (аберрациями) в оптических системах, вынуждающими ограничивать поле зрения телеско­пов? Первым эту задачу решил Шмидт, разместивший в центре кривизны главного сферического зеркала диафрагму с коррек­тирующей пластинкой сложной формы. Получилась система с большим полем зрения, светосильная и очень удобная в каче­стве астрографа (фотографического телескопа). Знаменитый Паломарский атлас неба представляет собой набор фотопласти­нок, полученных на обсерватории Маунт-Паломар с помощью 124-см телескопа системы Шмидта. Крупнейший из ныне суще­ствующих телескопов Шмидта имеет апертуру¹1,34 м.

В 1941 году Д.Д. Максутов предложил схему менискового телескопа, в котором аберрации главного зеркала компен­сируются выпукло-вогнутым стеклом — мениском, и вскоре построил первый телескоп такого рода — Грегори с мениско­вым корректором. При этом удалось чрезвычайно уменьшить длину инструмента, а качество изображения только возросло. Вносимый мениском хроматизм ничтожен, а прочие абер­рации (кома, астигматизм, кривизна поля, дисторсия) ском­пенсированы при правильном расчете схемы вполне удовлет­

¹ То же, что входное отверстие телескопа. В простых системах аперту­ра равна диаметру объектива (линзового у рефракторов и зеркального у рефлекторов); в катадиоптрических системах Шмидта и Максутова апертура равна диаметру корректирующей пластинки и мениска соот­ветственно. — Примеч. авт.

24

— Чем и как изучают Вселенную —

ворительно. Однако более перспективной оказалась система Максутова-Кассегрена. В настоящее время построено очень много телескопов Шмидта и Максутова различных модифи­каций.

Желание сделать телескоп более технологичным в произ­водстве, с одной стороны, и еще больше уменьшить аберра­ции — с другой, привело к созданию систем Аргунова, Волосова, Клевцова, Чуриловского, Рихтера-Слефогта и др. Вообще чис­ло возможных телескопических систем очень велико, и любой оптик-расчетчик может увековечить свое имя, предложив совер­шенно новую схему.

Часто в магазинах, торгующих среди прочей оптики телескопа- ми, можно слышать вопрос покупателя: «А каково увеличение этого телескопа?» Нет ничего ошибочнее такого вопроса — по нему тор­говцы моментально идентифицируют неспециалиста, а дальше уж дело зависит от степени их добросовестности. Вопрос этот прежде всего лишен смысла: ведь увеличение телескопа равно частному от деления фокусного расстояния объектива¹ на фокусное расстояние окуляра. Окуляры у телескопов сменные — короткофокусные на­зываются сильными, а длиннофокусные — слабыми окулярами. Смена окуляра меняет увеличение всей оптической системы.

Существует, правда, понятие минимального и максимально­го полезного увеличения. Минимальное полезное увеличение приблизительно равно апертуре телескопа, выраженной в мил­лиметрах, деленной на 6. Максимальное полезное увеличение примерно равно апертуре, умноженной на 1,5-2. Следовательно, если вы увидите в продаже телескоп с объективом шо-мм диа­метра и надписью «увеличение до 400 крат», не сомневайтесь — вас пытаются обмануть. «Разогнать» увеличение сверх макси­мального полезного в принципе нетрудно, но смысла в этом нет ни малейшего: масштабы изображения увеличатся, но никаких новых подробностей рассмотреть не удастся.

Какие характеристики оптической системы телескопа сле­дует считать важнейшими? Их две: проницающая способность и предельное разрешение (совсем как у радиоприемника — чув­ствительность и избирательность). И то и другое определяется апертурой телескопа. Чем больше света соберет объектив теле­скопа, тем выше будет его чувствительность (именно поэтому наши зрачки в темноте расширяются). Что до разрешающей способности, то любому фотографу известно: если сильно за- диафрагмировать объектив, уменьшив тем самым его апертуру,

¹ Или эквивалентного фокусного расстояния для систем Кассегрена

и Грегори. — Примеч. авт.

26

— Чем и как изучают Вселенную —

сразу «полезет зерно». Зависимость разрешающей способности от апертуры здесь очень наглядна.

Итак, чем телескоп крупнее, тем он лучше? Да, но с рядом оговорок. Великолепная оптическая система, установленная на негодной монтировке, превратит телескоп в груду бесполезного металла и стекла. Колоссальное значение имеет место установки крупного инструмента. О световом загрязнении мы уже говори­ли, но и его отсутствие еще не решает всех проблем.

Атмосфера Земли, благодаря которой мы дышим и существу­ем, — страшный враг астронома. Она поглощает и рассеивает свет, в ней блуждают турбулентные потоки, портящие изобра­жение. Диск небесного светила (реальный для планеты и фик­тивный для звезды) размазывается в некую «медузу», пребыва­ющую в беспрестанном раздражающем колыхании. Серьезные наблюдения в таких условиях невозможны.

Чем крупнее телескоп, тем большие требования предъявляет он к астроклимату. Чтобы выжать из инструмента максимум того, на что он способен, площадку для строительства обсерватории приходится выбирать на высоте по меньшей мере 1500-2000 м над уровнем моря (лучше — больше), причем в таких местах, где атмосферная турбуленция минимальна. Например, плохое реше­ние — построить башню большого телескопа на южном склоне горы, если в данной местности преобладают ветры с севера.

Возможно, это звучит издевательски, но превосходным астро­климатом отличаются центральные районы Антарктиды. На американской антарктической станции Амундсен-Скотг, нахо­дящейся на Южном географическом полюсе, имеется телескоп средних размеров — «всего» с полутораметровым зеркалом. К со­жалению, он может обозревать лишь южное полушарие неба.

Этого недостатка лишены инструменты, установленные бли­же к экватору, например уже упоминавшиеся VLT (Чили) и им, Кека (Мауна-Кеа), 8,2-м японский «Субару» (там же), 9,1-м теле­скоп им. Хобби-Эберли с составным главным зеркалом (Техас) и др. Некогда крупнейший в мире российский 6-м телескоп БТА теперь, увы, находится во втором десятке среди крупнейших оптических инструментов.

27

Постройка столь крупных наземных инструментов стала альтернативой Космическому телескопу им. Хаббла (рис. 6) с зеркалом 2,4 м. Выведенный на орбиту в 1990 г. и вышедший на полную «мощность» в 1994 году после устранения дефек­тов, этот инструмент за долгие годы работы вне атмосферы, так мешающей наблюдениям, показал выдающиеся результаты. Правда, и стоимость его, по мнению американцев, оказалась че­ресчур высока. В настоящее время на замену старичку «Хабблу» готовится космический телескоп им. Джеймса Уэбба с 7-м зер­калом.

А что же на Земле? «Забьет» ли новый космический телескоп наземные инструменты по всем статьям? В этом нет уверенно­сти. Всерьез обсуждается вопрос о постройке в Европе телескопа с 40-м зеркалом — разумеется, составным и адаптивным. И это еще паллиатив — существует проект юо-м телескопа!

4. НЕ ТОЛЬКО ОПТИЧЕСКИЕ

Во время немецкого «воздушного наступления» на Англию британцы, буквально «только что» создавшие и разместившие на юго-восточном побережье новейшие средства обнаружения са­молетов противника — радиолокаторы, были озадачены. Каждое утро начиналось с ложной тревоги. В определенном положении приемной антенны экраны показывали сплошную засветку, как будто к Британии приближалась немецкая воздушная армада, чего на самом деле не было. «Виновник» паразитной засветки нашелся скоро — Солнце. То, что видимый свет составляет лишь часть спектра излучения нашего светила, было, разумеется, из­вестно задолго до Второй мировой войны, но знать это в теории и обнаружить на практике — разные вещи.

Первыми радиоастрономами оказались, пусть случайно, офи­церы радиолокационной службы. После войны, когда некоторые из них пришли в науку, а чувствительность приемных устройств была увеличена, открытия космических источников радиоизлу­чения посыпались, как из рога изобилия.

Человеку, разбирающемуся в радиотехнике, схема радиотеле­скопа кажется простой до отвращения. Параболическая «тарел­ка» вроде спутниковой, только побольше, приемное устройство, усилитель сигнала да анализатор спектра (заурядный радиотех­нический прибор, в качестве которого можно использовать до­работанный осциллограф) — вот и все. Но это только на первый взгляд. Если за дело возьмется любитель со спутниковой «тарел­кой», анализатором спектра и грудой радиодеталей, то резуль­татом, надо полагать, станет разочарование. Почти наверняка любителю удастся зафиксировать радиоизлучение Солнца, но и только. Стоило городить огород ради того, чтобы узнать, что Солнце существует!

Прежде всего: насколько велика должна быть приемная ан­тенна (та самая параболическая тарелка)? Ее диаметру следует

29

намного превышать длину волны принимаемого излучения, и чем он больше, тем выше (в потенциале) чувствительность и разрешающая способность инструмента — совсем как у оптиче­ских телескопов. Чувствительность зависит еще от уровня соб­ственных шумов приемного устройства — если он велик, то по­лезный сигнал «утонет» в шуме и не будет замечен. Основной шум аппаратуры — тепловой, вызываемый хаотичными движе­ниями заряженных частиц. Ясно, что чем выше температура, тем интенсивнее эти движения и тем выше уровень теплового шума. На практике входные контуры приемных устройств радиотеле­скопов охлаждают жидким гелием, добиваясь шумовой темпера­туры в единицы кельвинов.

Наконец, точное наведение огромной параболической чаши (прикиньте хотя бы ветровую нагрузку!) на небесный объект — само по себе непростая инженерная задача. Результаты наблю­дений, полученные на первых радиотелескопах, не отличающих­ся ни высокой точностью наведения, ни хорошей разрешающей способностью, не раз ставили астрономов в тупик. Обнаружен новый источник радиоизлучения, но где прикажете его искать? Площадь, в пределах которой он мог находиться, зачастую со­ставляла десятки квадратных градусов! Хорошо, если в пределах этой области находился объект, сразу бросающийся в глаза в оптическом диапазоне, ну а если нет? Как назло, многие источ­ники радиоизлучения (например, квазары) выглядят в оптиче­ских лучах, мягко говоря, невыразительно. Отождествление не­которых космических источников радиоизлучения растянулось на годы...

Однако детский возраст той или иной научной дисципли­ны тем и хорош, что свойственные ему болезни проходят вме­сте с ним, а открытия, сделанные с помощью пока еще весь­ма несовершенных инструментов, поражают воображение. Радиоастрономия резко расширила границы познаваемости мира. В самом деле, наблюдая Вселенную в ничтожно узком диапазоне видимых длин волн (400-800 нм), не уподобляем­ся ли мы тому слепцу из индийской притчи, который трогал

30

— Чем и как изучают Вселенную —

слона за хвост, после чего объявлял, что слон похож на ве­ревку?

Существующие в наше время радиотелескопы работают в диа­пазоне длин волн от миллиметров до метров. Они бывают полно­стью подвижными, полуподвижными и неподвижными. Широко известен неподвижный радиотелескоп в Аресибо (Пуэрто-Рико), введенный в эксплуатацию еще в 1963 году и честно служащий науке до сих пор (рис. 7). Неподвижная 305-м чаша этого радио­телескопа построена в естественном карстовом провале. Над ча­шей на высоте 135 м находится конструкция с приемной и пере­дающей аппаратурой, подвешенная с помощью системы тросов к трем вертикальным колоннам. Немного смещая эту конструкцию ^в ту или иную сторону, можно расширить полосу неба, доступ­ную для наблюдений, до 40 градусов. Дважды пережив серьез­ные реконструкции, «Аресибо» теперь позволяет вести наблюде­ния в диапазоне длин радиоволн от 3 см до 1 м с очень хорошей

31

— Часть I —

чувствительностью. Он способен уловить сигнал от мобильного телефона, находящегося на Венере, или послать сигнал, который может быть зафиксирован на другом краю Галактики. В «актив» этого инструмента можно записать точное определение периода вращения Меркурия, проведение радиолокационных наблюде­ний Венеры, первое открытие планеты у пульсара, исследование двойного радиопульсара, приведшее к подтверждению суще­ствования гравитационных волн...

Чувствительность радиотелескопов (определяемая как ми­нимальная регистрируемая плотность потока излучения) выше, чем у оптических инструментов, спектральное разрешение — также выше, зато с угловым разрешением одиночного радиоте­лескопа дело обстоит куда хуже, поскольку угловое разрешение пропорционально отношению длины волны к апертуре инстру­мента. Если на практике разрешение крупного оптического теле­скопа, установленного в месте с хорошим астроклиматом, может (иногда) достигать 0,3 с дуги¹, то у радиотелескопов эта величина исчисляется минутами дуги.

Казалось бы, при таких условиях можно сразу забыть о по­строении радиоизображений космических объектов — однако нет. На помощь приходит радиоинтерферометрия. Если мы будем наблюдать один и тот же объект одновременно с двух радиотелескопов, связанных между собой и разнесенных на расстояние, называемое базой интерферометра, то угловое разрешение будет определяться уже не диаметром чаши теле­скопа, а базой. Почти ничего не выиграв в чувствительности инструмента, мы колоссально повысим угловое разрешение! Например, американская система VLA состоит из 27 парабо­лических антенн 25-м диаметра, расположенных в виде буквы Y, и имеет базу в 47 км. Разрешающая способность этой си­стемы на волне 6 см составляет 0,3 с дуги, что равно разреше­нию крупнейших оптических телескопов в условиях лучшего

¹ Теоретически она выше, но влияние атмосферы при наземных наблюде­ниях резко ухудшает ситуацию. — Примеч. авт.

32

— Чем и как изучают Вселенную —

астроклимата (не говоря уже о таком «мелком удобстве», как возможность использовать радиотелескоп круглосуточно, а не только ночью). Если требуется еще большее разрешение, не­обходимо удлинить базу. Интерферометрические наблюдения со сверхдлинными — межконтинентальными и даже космиче­скими — базами давно уже перестали быть чем-то из ряда вон выходящим.

Между прочим без радиоастрономии мы вряд ли сумели бы понять процессы, связанные с рождением звезд, не говоря уже о пульсарах, квазарах, межзвездной среде... Но об этом — ниже.

Возникает вопрос: можно ли осуществить интерферометрию не в радиодиапазоне с длинами волн от миллиметров до метров, а в иных диапазонах электромагнитных колебаний, скажем, в оптическом, где длины волн — доли микрон? Задача оказалась крайне сложной, но решаемой. Четыре 8,2-м зеркала оптическо­го телескопа VLT (рис. 8) могут работать в режиме интерферо­метра.

2 Вселен

33

— Часть I —

Предел мечтаний для астронома-наблюдателя — вести непре­рывные наблюдения всего неба с высокой чувствительностью, хорошим разрешением и во всех диапазонах электромагнитных волн. Но мечты мечтами, а практика, как известно, вещь жесто­кая. Если мы захотим вести наблюдение неба в инфракрасном (ИК) или ультрафиолетовом (УФ) диапазоне, то сразу столкнем­ся с проблемой: поглощение волн определенных частот моле­кулами атмосферы столь велико, что обычно говорят об «окнах прозрачности» вне этих «провалов». Еще хуже в рентгеновском и гамма-диапазонах. Наземные наблюдения тут вообще невоз­можны. А между тем наблюдения вне оптического диапазона крайне полезны — например, ИК-излучение практически без помех проходит сквозь облака галактической пыли, делающие объекты, находящиеся в них или за ними, ненаблюдаемыми в оптическом диапазоне. Еще один пример: открытие с помо­щью международного астрономического спутника IRAS кольца или диска из твердых частиц, окружающего одну из ярчайших звезд — Вегу.

Начиная с 70-х годов прошлого века на околоземную орбиту выведено уже немало автоматических обсерваторий, оснащен­ных телескопами соответствующего диапазона. Срок их службы, как правило, невелик (несколько лет), и случается, что старый аппарат выходит из строя раньше, чем ему на смену будет за­пущен новый, более совершенный. Что поделать, даже NASA сплошь и рядом вынуждено выбирать из нескольких перспек­тивных проектов один-два, откладывая остальные в долгий ящик...

В качестве примера остановимся на рентгеновской обсерва­тории «Чандра», выведенной в 1999 году на высокую орбиту с помощью злосчастного шаттла «Колумбия». Обладая спо­собностью получать рентгеновские изображения в диапазоне энергий квантов 0,1-10 кэВ, она превосходит по чувствитель­ности своих предшественников («Эйнштейн» и ROSAT) в де­сятки раз, а разрешающая способность лишь в 5 раз хуже, чем у Космического телескопа им. Хаббла. Любопытна конструкция

34

— Чем и как изучают Вселенную —

рентгеновского телескопа. Поскольку рентгеновское излуче­ние достаточно эффективно отражается лишь при падении под очень малым углом к поверхности, рентгеновские телескопы состоят из двух стоящих друг за другом зеркал почти цилин­дрической формы (точнее, фрагментов параболического и ги­перболического зеркал). Их собирающая поверхность весьма мала, но, поскольку угол между лучом и поверхностью также крайне мал, ее увеличивают, вкладывая друг в друга несколь­ко пар зеркал на манер «матрешки». «Чандра» имеет 4 пары зеркал из специального стекла, покрытых слоем иридия. Собирающая площадь зеркал составляет «скромную» вели­чину в lioo см². Изображение фиксируется на ПЗС-матрицы. Кроме собственно телескопа, «Чандра» несет дифракционные решетки высокой и низкой энергии, датчик электронов, про­тонов и альфа-частиц.

Гамма-телескопы не имеют зеркал — нет такой поверх­ности, которая могла бы отражать и фокусировать гамма- лучи. Приемниками очень жестких квантов обычно служат сцинтилляционные датчики и трековые детекторы,

Отдельная тема — нейтринная астрономия. Нейтрино — ча­стица, предсказанная в 1930 году Вольфгангом Паули, — обла­дает чрезвычайно неприятным, с точки зрения наблюдателя, свойством: она практически не взаимодействует с материей. В одну секунду через каждый квадратный сантиметр поверх­ности, перпендикулярной солнечным лучам, проходит порядка 6о млрд нейтрино, чего мы совершенно не замечаем. К счастью, выражение «практически не взаимодействует» означает, что иногда, крайне редко, взаимодействие нейтрино с веществом все же происходит и его можно зафиксировать. Обычный ней­тринный телескоп (который правильнее назвать нейтринным Детектором) представляет собой бассейн с дистиллированной водой объемом в сотни или даже тысячи кубометров, располо­женный глубоко под землей для экранирования от наземных помех и космических частиц иной природы. Каждое взаимо- Деиствие нейтрино с электроном, входящим в молекулу воды,

35

или с ядром дейтерия (для тяжелой воды) сопровождается вспышкой черенковского излучения, фиксируемой многочис­ленными датчиками. Например, в 1987 году во время вспышки Сверхновой звезды в Большом Магеллановом Облаке детектор LSD зафиксировал 5 событий взаимодействия нейтрино с веще­ством, детектор «Камиоканде» — и событий и детектор IMB — 8 событий.

Важно понять: исследования, проводимые в различных диа­пазонах длин электромагнитных волн, не копируют, а дополняют друг друга. И здесь как нельзя уместнее вновь вспомнить притчу

о слоне и пяти слепцах. Ведь если каждый из них поверит сло­вам другого (а по необходимости и проверит их лично), то объект «слон» уже не будет напоминать им ни веревку, ни колонну, ни стену, а сложится во что-то слоноподобное...

Завершая наш по необходимости краткий обзор, мы обязаны рассказать о совершенно новой области наблюдательной астро­номии — обнаружении гравитационных волн. Согласно Общей теории относительности (ОТО), гравитационные волны долж­ны свободно распространяться в пространстве, подобно элек­тромагнитному излучению. В сущности, любой движущийся предмет испускает гравитационные волны — ничтожно слабые для земных объектов, более сильные, хотя все равно недоступ­ные наблюдениям для системы «звезда — планета» или «звез­да — звезда» и резкие всплески в случае слияния компактных объектов звездной массы, например нейтронных звезд и черных дыр. Существование гравитационных волн удалось подтвердить экспериментально, хотя и косвенным путем — по медленному уменьшению периода взаимного обращения двойных нейтрон­ных звезд. В данном случае уменьшение кинетической энергии системы можно объяснить только излучением гравитационных волн.

Согласно ОТО, есть взаимосвязь между действием гравита­ционного поля и изменением кривизны пространства-времени. Следовательно, при прохождении гравитационной волны будут меняться (пусть и на ничтожно малую величину) линейные раз­

36

— Чем и как изучают Вселенную —

меры протяженных тел. Проекты гравитационных телескопов представляют собой просто-напросто отрезки (обычно взаимно перпендикулярные), длина которых измеряется с высокой точ­ностью при помощи лазерной интерферометрии. К сожалению, чувствительность аппаратуры пока недостаточна для уверенного обнаружения гравитационных волн. Или, может быть, нам про­сто не везет — ведь события типа слияния черных дыр проис­ходят поблизости от нас нечасто...

Рассказав немного об астрономах и их инструментарии, мы те­перь перейдем к главной и наверняка наиболее интересной теме книги — Вселенной во всем ее удивительном разнообразии.

Тем читателям, кому знакомо преобразование Фурье, незачем объяснять, что такое спектр (например, радиотехнического сигна­ла). Но если вы не имеете высшего технического образования, то уж во всяком случае наверняка слышали о солнечном спектре, весьма красочно проявляющемся в радуге или в более редких солнечных или лунных гало. Зрелище увлекательное, что и говорить. Однако мало кто из далеких от астрономии людей способен представить себе, какую революцию в астрономии произвела спектроскопия и какие данные о Вселенной удалось получить с ее помощью!

Однажды сэр Исаак Ньютон приобрел у шлифовщика линз ненужную тому безделушку — треугольную призму. У себя дома великий англичанин пустил луч света из маленького отверстия, проделанного в оконном ставне, сквозь призму и убедился: сол­нечный свет, кажущийся нам белым или желтоватым, на деле содержит в себе семь основных цветов, плавно переходящих друг в друга, а призма просто-напросто отклоняет лучи соответству­ющих цветов на различные углы. Теперь Ньютону стал понятен хроматизм телескопов-рефракторов: источник его находится не в стекле, а в преломляемом стеклом свете!

В начале XIX века молодой мастер-оптик Йозеф фон Фраун­гофер изготовил спектроскоп, с помощью которого заметил, что в солнечном спектре помимо семи основных цветов присутству­ют таинственные темные линии. Таковых линий Фраунгофер на­считал 574. Сжигая или прокаливая в пламени различные хими­ческие элементы, Фраунгофер заметил, что разным элементам соответствуют разные темные линии спектра. Не было ничего естественнее, чем объяснить соответствующие темные линии солнечного спектра присутствием на Солнце соответствующих химических элементов.

Кстати, второй по распространенности во Вселенной элемент назван гелием (солнечным) как раз из-за того, что впервые он

38

— Чем и как изучают Вселенную — был обнаружен на Солнце — разумеется, спектроскопическим

методом.

В дальнейшем ученые принялись за спектрографию планет, комет и все более слабых звезд и туманностей — это было лишь вопросом чувствительности аппаратуры. Спектры стали фото­графировать и калибровать. Оказалось, что все темные линии обычно бывают сдвинуты либо в красную, либо в фиолетовую сторону. Объяснение пришло с открытием эффекта Доплера — увеличение длины волны излучения при удалении объекта от наблюдателя (красное смещение) и уменьшение длины волны при приближении объекта к наблюдателю (фиолетовое смеще­ние). Таким образом, стало возможно точно определять скорость небесного объекта относительно Земли — точнее, радиальную составляющую вектора скорости, но и это уже много. К примеру, оценка расстояния до самых удаленных галактик производится только по их красному смещению и связи между ним и расстоя­нием до галактики, ибо более надежных методов пока не суще­ствует...

Но как поведут себя темные линии спектра, если объект — до­пустим, звезда — не просто летит куда-то, но еще и вращается во­круг своей оси? В этом случае часть объекта будет приближаться к нам, что вызовет фиолетовое смещение, а другая часть — уда­ляться от нас, из-за чего смещение будут красным. В сумме это приведет к размытию спектральных линий, и по степени размы­тия можно будет судить о скорости вращения объекта. Именно так измеряются, например, скорости вращения звезд. В наше время все это для астрономов более чем тривиально, на уровне студенческих лабораторных работ.

Итак, химический состав (включая ионы и изотопы) косми­ческих объектов и среды, радиальная скорость, скорость враще­ния... что еще?

Еще природа излучения. Распределение его спектральной плотности по диапазону частот покажет нам, имеем ли мы дело ^с Шиловым излучением или с каким-нибудь иным. Например, излучение расширяющихся оболочек Сверхновых звезд (типа

39

Крабовидной туманности) преимущественно не тепловое, а син- хротронное, вызванное движением заряженных релятивистских частиц в магнитном поле. Радиоспектр Крабовидной туманности показывает это как нельзя лучше. Имеются и другие источни- ки нетеплового излучения, скажем, космические мазеры, легко идентифицируемые опять-таки по спектрам.

И еще простой пример. Допустим, звезда или группа звезд погружена в светлую туманность. Как узнать природу светимо­сти этой туманности? Является ли ее свечение результатом воз­буждения атомов или же наблюдается простое отражение ту­манностью света звезд? Такая ситуация имеет место в Плеядах. Умозрительно было понятно, что ярчайшие звезды Плеяд недо­статочно горячи для первого предположения, но известно, сколь часто умозрительные предположения приводят к ошибкам. Зато спектр туманности раскрыл ее природу «на раз» — он оказался звездным, конечно, с наложением линий поглощения, опреде­ляемым туманностью. Вывод: это не эмиссионная, а чисто отра­жательная туманность, да еще не имеющая с Плеядами ничего общего, кроме того, что туманность и скопление случайно встре­тились в пространстве.

Можно привести еще много примеров чрезвычайной полез­ности спектральных исследований, но лучше мы перейдем от описаний инструментария к астрономической конкретике.

ЧАСТЬ II

БЛИЖАЙШИЕ

ОКРЕСТНОСТИ

Нравится это нам или нет, но мы живем среди отходов — от­ходов «производства» звезд и даже сами из них состоим. По со­временным представлениям, наше Солнце — весьма типичная звезда — образовалось чуть менее 5 млрд лет назад из газопы­левой материи. Сжатие исходного протозвездного облака под действием собственной гравитации не было равномерным — центральные области газово-пылевого сгустка сжимались бы­стрее периферии. Когда в центре сгустка загорелась протозвезда, давление света сначала уравняло силу тяготения для падающей материи, а затем начало выталкивать периферийные газ и пыль, которым «не повезло» попасть в звезду. Под действием выталки­вающей силы легкие элементы мигрировали дальше от Солнца и образовали газовые планеты-гиганты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, а также великое множество преимущественно ледя­ных тел; тяжелые же элементы остались во внутренних обла­стях Солнечной системы и после ряда драматических коллизий слиплись в планеты земной группы: Меркурий, Венеру, Землю, Марс и Главный пояс астероидов. К началу формирования пла­нет остатки газово-пылевого сгустка превратились вследствие вращения в протопланетный диск. Именно поэтому орбиты пла­нет лежат более или менее в одной плоскости.

Вот так — в упрощенном до предела изложении, пока нам до­статочно и такого — выглядит сценарий рождения Солнечной системы. Но хоть наш обыденный мир состоит из отходов звез­дообразования, это весьма ценные отходы! Кроме того, Земле повезло в одном очень существенном отношении — условия на ее поверхности были столь благоприятны для возникновения белковой жизни, что жизнь не замедлила появиться уже в пер­вые 600-700 млн лет существования Земли как космического тела. Во всяком случае, древнейшие горные породы с изменен­ным изотопным соотношением углерода, что однозначно ука­

42

— Ближайшие окрестности —

зывает на существование фотосинтеза, имеют возраст порядка 3 85 млрд лет. Учитывая колоссальную сложность задачи нала­живания «производственного процесса» по самосборке нуклео­тидных последовательностей из простейших химических соеди­нений — великолепный результат!

Из непрерывности биологической эволюции на Земле сле­дует, что Солнце никогда не позволяло себе глупых шуток, свя­занных с резким (в разы) увеличением либо уменьшением своей светимости. Наше главное светило — стабильная, очень спокой­ная звезда не преклонного еще возраста. Масса Солнца в 750 раз больше суммарной массы всех остальных тел Солнечной систе­мы. Солнце — одиночная звезда, в то время как более полови­ны всех звезд Галактики образует двойные и кратные системы. Расстояние до Проксимы Центавра — ближайшей к Солнцу звез­ды — составляет 4,3 св. года. Отсюда ясен ответ на вопрос о гра­ницах Солнечной системы: они проходят там, где гравитацион­ное притяжение соседних звезд равно притяжению Солнца.

Внутри Солнечной системы принято (да и удобно) мерить расстояния в астрономических единицах (а.е.). Одна астрономи­ческая единица соответствует среднему расстоянию от Земли до Солнца, равному 149,6 млн км. Юпитер, к примеру, обращается на среднем расстоянии 5,2 а.е., Нептун — 30 а.е., а некоторые ко­меты могут удаляться от Солнца на юо тыс. а.е. и более, что уже близко к границам Солнечной системы.

Нам неизвестно, родилось ли Солнце в составе рассеянного звездного скопления, как большинство звезд Галактики, или воз­никло в результате коллапса (сжатия) одиночной глобулы — так называют небольшие темные газово-пылевые облака необыч­но высокой для межзвездной среды плотности. Скорее первое, чем второе. Если так, то не стоит удивляться изолированности Солнца: 5 млрд лет — более чем достаточный срок для разруше­ния рассеянного скопления, в котором гравитационные связи Между звездами сравнительно невелики и не могут долго про­тивостоять гравитационным возмущениям со стороны «посто­ронних» звезд. Для примера сравним всем известное рассеянное

43

скопление Плеяды с Гиадами. Возраст Плеяд около юо млн лет, и они довольно компактны. Возраст Гиад — около 1 млрд лет, и они разбросаны по довольно большой площади неба. По сути звезды Гиад уже не связаны гравитационным взаимодействием, а просто движутся по Галактике более-менее в одном направле­нии. Через несколько сот миллионов лет скопление рассыплется окончательно, и каждая его звезда будет двигаться вокруг цен­тра Галактики самостоятельно.

По-видимому, с Солнцем произошло то же самое, причем очень давно — еще в архее. Обращаясь вокруг центра Галактики примерно за 200 млн лет, Солнце успело сделать не более 25 пол­ных оборотов. Возможно, оно много раз проходило через спи­ральные рукава, несколько изменяющие ее орбиту¹, проходило сквозь области звездообразования, оказывалось в сравнитель­ной близости от расширяющихся оболочек Сверхновых, но мож­но сказать почти с полной уверенностью: Солнечная система не испытала последствий масштабных космических катастроф. Случайные сближения Солнца с другими звездами, видимо, про- исходили не раз, но они не были слишком тесными: об этом го- « ворят орбиты планет. А уж вероятность столкновения Солнца с другой звездой и вовсе исчезающе мала. Звездная плотность в окрестностях Солнца ничтожна, и это несмотря на то что мы сей­час находимся в ответвлении спирального рукава, т. е. в области с довольно высокой звездной плотностью по сравнению с меж- рукавьем. Если за время существования Галактики вне галакти­ческого ядра и происходили столкновения звезд, то такие слу­чаи можно пересчитать по пальцам. Нет ничего удивительного в том, что с Солнцем за 5 млрд лет его существования не случилось ничего подобного, — это нормально.

¹ Впрочем, наше Солнце находится в так называемой зоне коротации, т. е. на таком расстоянии от центра Галактики, где скорость обращения вокруг центра равна скорости вращения спирального узора. Таким обра­зом, Солнце могло и не заходить в спиральные рукава — и данное обсто­ятельство вполне годится на роль одного из важнейших благоприятных факторов для развития жизни на Земле. — Примеч. авт.

44

Не раз высказывались гипотезы о галактических причинах вымирания тех или иных групп видов живых существ на Земле. Публику почему-то особенно интригует вымирание динозавров. Предполагалось, например, что жесткое излучение от оболоч­ки вспыхнувшей неподалеку от нас Сверхновой может сделать проблематичным существование животных с большим сроком жизни. Характерно, что подобные гипотезы чаще всего выска­зываются людьми, мало смыслящими в биологии. Биологи же обычно ищут причины вымирания в чисто земных, экосистем- ных кризисах — и находят. Во всяком случае, их объяснения при­чин вымираний, не связанные с космическими катаклизмами, часто более убедительны для тех, кто возьмет на себя труд вник­нуть в вопрос.

Короче говоря, на планете Земля никогда не происходили ка­тастрофы космических масштабов — это опять-таки следует из непрерывности биологической эволюции на Земле. Катаклизмы меньших масштабов (например, активная бомбардировка моло­дой Земли астероидами более з млрд лет назад) — происходи­ли, но ведь это совершенно нормально! Очень трудно придумать мало-мальски реалистичный сценарий эволюции Земли, начи­сто лишенный неприятностей. То же можно сказать и о любой другой планете.

Мы обязаны жизнью и другому обстоятельству: Солнце — звезда второго поколения, возникшая из материи, обогащен­ной тяжелыми элементами. Когда 12-13 млрд лет формирова­лись первые звезды нашей Галактики, материя, послужившая «строительным материалом» для них, состояла лишь из водоро­да, дейтерия, гелия и небольшого количества лития. И только. Разумеется, никакой жизни на столь скудной основе возникнуть не могло, да и твердых планет тоже. Углерод, являющийся осно­вой белковой жизни, а также совершенно необходимые ей кис­лород _и азот рождались в недрах массивных звезд в результате ^ЯДеРных реакций и обогащали межзвездную среду после сбро- ^{Са ста}Р^Ь1МИ звездами своих оболочек. Более тяжелые элементы получались при катастрофических процессах в ядрах еще более

45

массивных звезд. В ту пору рождалось много массивных звезд чье короткое существование обрывалось взрывом Сверхновой. Расширяясь с большой скоростью, оболочки Сверхновых обо­гащали межзвездную среду полным набором необходимых для жизни элементов. Если бы Солнце образовалось не в гигантской Галактике, каков наш Млечный Путь, а в карликовой, где эво­люция вещества идет медленнее, еще неизвестно, хватило бы в нашу эпоху тяжелых элементов для возникновения жизни или пока нет. Каждый атом Солнца, Земли и тела любого человека в среднем трижды побывал в недрах звезды. Но разве у кого- нибудь повернется язык сказать, что эти звездные отходы ни на что не годны?

И здесь возникает любопытнейший вопрос, сколь биологиче­ский, столь же философский о неизбежности (или нет?) появле­ния жизни и разума во Вселенной. Существует красивое, хотя и чисто идеалистическое мнение: Вселенная создала человека как инструмент познания самой себя. Если на минуту предположить, что так оно и есть, приходится с неудовольствием признать, что Вселенная могла бы изобрести инструмент и получше человече­ского мозга. Об этом свидетельствует вся история науки, полная заблуждений и движения вперед ощупью впотьмах. «Мы очень редко упускали возможность впасть в ошибку», — заметил как- то замечательный немецкий астрофизик К. Шварцшильд и был совершенно прав.

Правда, и с тем несовершенным мозгом, что дала нам приро­да, мы все-таки кое-что можем. Пусть наши знания о Вселенной даже сейчас пополняются гораздо медленнее, чем нам хотелось бы, но и в топтании на месте нас никто не обвинит. Чего стоит лишь один выход человека в космос!

Теоретически разрешающая способность телескопа определя­ется дифракционным пределом, напрямую зависящим от апер­туры, — и тем не менее даже самый крупный наземный телескоп не покажет нам детали на поверхности тел Солнечной системы с увеличением более нескольких сот крат. «Разогнать» увеличение до дифракционного предела легче легкого, но атмосфера портит

46

47

и умозрительная, в одночасье стала проверяемой. Зато каким сюрпризом стало открытие Америки для тех, кто пользовался глобусом Бехайма! Что и понятно: никакой Америки из Европы не увидишь.

Аналогичную по значению информацию приносят космиче­ские аппараты, подчас удивляя ученых до крайности. Пересмотр прежних воззрений — обычное для астрономии дело. Критерием истины является опыт, а факты — упрямая вещь. Казалось бы, Солнечная система изучена довольно хорошо, но если кто-то со­мневается, что она еще преподнесет сюрпризы, то уж точно не астрономы.

Еще недавно на вопрос о количестве планет Солнечной систе­мы любой мало-мальски грамотный человек уверенно отвечал, что их девять: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Так было до 13 сентября 2006 года, ког­да решением Международного астрономического союза (MAC) Плутон был выведен (так и хочется добавить: с позором) из класса планет и причислен к телам пояса Койпера — транснеп- туновым астероидам, состоящим преимущественно из разных льдов. Об этих телах мы поговорим позже, а пока констатируем: в Солнечной системе ВОСЕМЬ планет¹.

Они делятся ровно пополам на две группы: внутренние пла­неты земного типа и планеты внешние — газовые. Крупнейшей планетой первой группы является Земля, второй — Юпитер. Если бы мы взялись изложить все то, что на сегодняшний день известно науке о планетах Солнечной системы, то эти сведения заняли бы как минимум весь объем этой книги. Будем кратки, помня, что планеты суть весьма малая часть Вселенной, о кото­рой мы здесь ведем речь.

Как говорилось выше, древние знали лишь пять планет, на­блюдаемых невооруженным глазом. Труднее всего наблюдать Меркурий из-за его близости к Солнцу. Утверждают, например, что Николай Коперник так и умер, ни разу не увидев этой пла­неты. (А вы, читатель, ее видели?) Наблюдения Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна никакой сложности не представляют — если, конечно, в данный момент планета не находится в соединении с Солнцем.

Впрочем, решение MAC было принято отнюдь не единогласно — более ^того> Д° сих разделяется далеко не всеми учеными. В число «несоглас- ^ных», кстати, входит и один из авторов этой книги. — Примеч. авт.

49

Уран был открыт Уильямом Гершелем в 1781 году во время рутинного обзора звездного неба при помощи самодельного рефлектора Ньютона с диаметром зеркала всего-навсего 150 мм. Строго говоря, Уран виден и невооруженным глазом как слабая звезда 6-й величины, но, конечно, неотличим от звезд. Гершелю удалось рассмотреть в телескоп крохотный желто-зеленый диск, каковой он принял за комету. Первое официальное сооб­щение Гершеля 26 апреля 1781 года так и было озаглавлено — «Сообщение о комете». Однако новая «комета» почти не меняла яркости и не обнаруживала признаков приближения к Солнцу. Хуже того: для «кометы» не удавалось вычислить параболиче­скую орбиту. Последующие наблюдения и вычисления показа­ли, что орбита нового небесного тела — чисто планетная, почти круговая, а значит, речь идет о новой планете. Это была науч­ная сенсация! Как ни странно, мысль о наличии в Солнечной системе неизвестных планет до той поры не посещала головы астрономов. Впоследствии выяснилось, что Уран наблюдался до Гершеля по меньшей мере 20 раз, и впервые это произошло еще в 1690 году, но всякий раз планета неизменно принималась за звезду. Мы увидим, что это скорее не исключение, а правило в астрономическом поиске.

Имя Уран было присвоено планете по предложению немец­кого астронома Иоганна Боде, а в целом планета поначалу ка­залась довольно заурядной, разве что далекой — вдвое дальше Сатурна. Но прошло совсем немного времени, и Уран преподнес первые сюрпризы.

К концу XVIII века средняя точность наблюдений звезд и пла­нет повысилась уже до трех угловых секунд. Поэтому не состави­ло труда выяснить, что движение Урана не вполне подчиняется классическим законам движения планет. Точная (казалось бы!) эллиптическая орбита Урана была вычислена Фикслмилнером в 1784 году. Однако уже в 1788 году расхождение между вычислен­ным и реальным положением планеты оказалось столь велико, что объяснить его неточностью прежних наблюдений и, соот­ветственно, внести поправки в элементы эллиптической орбиты

50

— Ближайшие окрестности —

уже не удавалось. Было очевидно, что Уран катастрофически бы­стро уходит вперед по сравнению с расчетным движением, как ни корректируй эллиптическую орбиту.

Уже тогда было совершенно понятно, что орбита оставалась бы строго эллиптической лишь в том случае, если бы на плане­ту действовала всего одна сила — тяготение Солнца. В случае с Ураном пришлось учитывать гравитационные возмущения со стороны планет, в первую очередь Юпитера и Сатурна. Задача казалась сложной, но не единственной в своем роде — ведь и Луна движется вокруг Земли по не совсем кеплеровской орбите, и объяснение ее движения долгое время являлось труднейшей проблемой небесной механики. Впрочем, уже имелись кое-какие наработки. Леонард Эйлер разработал новый метод теоретиче­ского анализа движений небесных тел, известный как метод оскулирующих элементов. Дальнейшее его развитие связано с именами Лагранжа, Клеро, Даламбера, Лапласа. Применение разработанных ими методов к Луне дало обнадеживающие ре­зультаты, хотя Луна, по правде говоря, оказалась сложным объ­ектом. Настолько сложным, что высказывались сомнения в стро­гости закона Ньютона — и далеко не в последний раз, как мы увидим.

Естественно было применить эти методы к движению Урана. В 1790 году Ж. Б. Деламбр составил новые таблицы движений Урана с учетом гравитационных возмущений от Юпитера и Сатурна. Эти таблицы отвечали с достаточной точностью и ста­рым наблюдениям, начиная с 1690 года.

Казалось бы, проблема Урана была решена. Конечно, не оста­валось сомнений в том, что теория его движения может быть уточнена с учетом возмущений от планет земной группы и даже астероидов, но «в общем и целом» задача считалась решенной. Во всяком случае, казалось, что существенные поправки придет­ся вносить еще очень не скоро. На Уран стали обращать гораз­до меньше внимания. К тому же по Европе прокатилась волна наполеоновских войн, а войны, если только они не «звездные», мало способствуют развитию наблюдательной астрономии...

51

После того как неугомонный корсиканец был наконец спро­важен англичанами на остров Св. Елены и европейские астроно­мы возобновили активную научную деятельность, выяснилось, что Уран опять «выкинул фортель» и движется не так, как пред­писывал ему Клеро. Сначала, что вполне естественно, казалось, что в предыдущие расчеты вкралась ошибка. Расчеты были про­деланы заново, причем по возможности с учетом всех возмуще­ний со стороны Юпитера и Сатурна. Что до остальных планет, то их влияние было справедливо признано пренебрежимо малым по сравнению с наблюдаемой ошибкой.

Эту работу закончил в 1820 году французский астроном А. Бувар. Пожалуй, нелишним будет подчеркнуть, что все работы такого рода были в те времена колоссально громоздкими, кро­потливыми и на редкость рутинными, так как требовали громад­ного числа вычислений, проводящихся вручную. Современный исследователь построил бы компьютерную модель и насладился бы результатом максимум через день, а не через годы напряжен­ного труда.

Бувар отказался от старых наблюдений Урана, без достаточ­ных оснований заподозрив их в неточности. Вместе с тем он видел, что решение проблемы Урана может быть совершенно иным, и писал, что странности движения планеты могут быть обусловлены «некоторым внешним и неизвестным влиянием». Каким же? Сопротивлением газово-пылевой среды? Влиянием не открытого еще спутника? Столкновением с кометой незадолго до открытия Урана Гершелем? Поправками к закону Ньютона, которые надо вносить при больших расстояниях между телами? Или все-таки новой планетой, пока еще не открытой?

К 1832 году теория Бувара окончательно рухнула. Уран уже отставал от вычисленного положения на 30 угловых секунд, и это отставание увеличивалось на 6-7 с в год, что не лезло ни в ка­кие ворота. Из перечисленных гипотез после «проверки на проч­ность» вскоре остались две: несовершенство закона Ньютона и наличие неизвестной планеты. Где искать ее? Вычисления ее по­ложения на небе, по словам Бувара, не столько трудны, сколько

52

— Ближайшие окрестности —

громоздки. Но, как мы знаем, отсутствие компьютеров и даже механических счетных устройств не останавливало в те времена людей, ищущих истину.

Вокруг открытия Нептуна «на кончике пера» разыгрались нешуточные страсти, каковые с еще большей силой бушуют и теперь, когда речь заходит о приоритете. Первым за поиск не­известной планеты (точнее, за вычисление места, где ее следует искать) взялся немецкий астроном Фридрих Бессель, но смерть помешала ему закончить вычисления. Успех сопутствовал ан­гличанину Джону Адамсу и французу Урбену Леверье.

Адамс закончил вычисления раньше. С 1843 по 1845 год он получил шесть решений, из которых каждое следующее он счи­тал точнее предыдущего. Но осенью 1845 года английские астро­номы не откликнулись на призыв молодого и еще мало кому известного Адамса искать планету в вычисленном им «теорети­ческом квадрате». Объясняется это как неверием в новую плане­ту директора Гринвичской обсерватории Д. Эри, весьма автори­тетного астронома, так и личными качествами Адамса, человека скромного до робости и напрочь лишенного «пробивной силы». Адамс отлично понимал, что его расчеты не вполне совершенны, и не настаивал. Позднее Эри, признавший свою ошибку, заметил по этому поводу: «В некоторых случаях полезно для прогресса, чтобы публикация теорий, которые не оставляют сомнения в своей корректности в целом, не задерживалась до их наиболь­шей мыслимой степени совершенства». Заметим в скобках, что в наше время подчас так и происходит, только осторожные вы­ражения «в некоторых случаях» и «которые не оставляют сомне­ния в своей корректности», увы, прочно позабыты.

Спустя почти год после Адамса и независимо от него свои расчеты закончил Леверье. Опубликованные им статьи впол­не убедили Эри (и в Англии, оказывается, нет пророка в своем отечестве!), и он обратился к английскому астроному Чэллису с просьбой начать поиски новой планеты. Чэллис занимался этим до тех пор, пока планета не была открыта И.Г. Галле, асси­стентом Берлинской обсерватории, и студентом Г.Л. д’Аррестом

53

в ночь 23 сентября 1846 года. Можно представить себе досаду Чэллиса, обнаружившего после этого, что он уже дважды — 4ц

12 августа — наблюдал неизвестную планету и не отождествил ее! Как ни удивительно, опытный наблюдатель Чэллис занимал­ся кропотливым трудом по сравнению положений звезд, наблю­даемых в разные ночи, в то время как гораздо проще было найти планету по видимому диску либо использовать уже имеющиеся звездные карты (Галле и д’Аррест так и сделали, что привело к знаменитому восклицанию д’Арреста: «Этой звезды нет на кар­те!»). Таким образом, приоритет открытия Нептуна «на кончике пера» англичанам пришлось разделить с французами, да и то с перевесом в пользу последних, так как расчеты Леверье оказа­лись точнее, а приоритет открытия Нептуна на небе англичане потеряли совсем.

История эта имеет еще немало почти детективных подробно­стей, если коснуться ее более глубоко. Но мы привели ее лишь для того, чтобы показать, какими странными путями подчас движется наука и какую роль играет в ней случай.

Надо еще заметить, что если бы не было планет, то их стоило бы выдумать. Именно вопросы небесной механики вдохновили Гаусса, Лагранжа, Эйлера, Даламбера, Лапласа, Адамса и других математиков к разработке новых методов вычислений, широко применяемых и поныне, причем нередко в областях, совершен­но не связанных с астрономией. Уж таково свойство инструмен­тов, будь то простая отвертка или математический метод.

Новый сюрприз, однако, не заставил себя долго ждать. Построенная Леверье наиточнейшая теория движения Урана и Нептуна спустя несколько лет стала «традиционно» расходить­ся с наблюдениями. А ведь массы Урана и Нептуна были значи­тельно уточнены после открытия у них спутников!

Расхождения были небольшими, но все-таки носили систе­матический характер. На рубеже XIX-XX веков возник вопрос о существовании в Солнечной системе еще одной большой плане' ты. А если так, то ее орбиту и текущее положение на небе можно было вычислить в принципе точно так же, как это было сделано

54

— Ближайшие окрестности —

ддя Нептуна. Хотя в данном случае работа предстояла куда бо­лее трудная — ведь расхождения в движении Нептуна с теорией были раз в 15 меньше, чем аналогичные расхождения для Урана _и едва превышали погрешность наблюдений.

Тем не менее такие расчеты были проделаны. Если под неиз­вестной «большой» планетой понимать Плутон, то расхождение между теорией и действительным положением Плутона на небе превысило 20 градусов...

Американский астроном и меценат Персиваль Ловелл проде­лал громадную работу по вычислению элементов орбиты неиз­вестной планеты и получил довольно много вариантов оконча­тельного решения. Они группировались в два типа решений, для которых теоретическое положение планеты на небе отличалось примерно на 180 градусов. Построив и оснастив обсерваторию в местечке Флагстафф, Ловелл организовал поиск транснептуно- вой планеты. Фотографируя один за другим участки неба вблизи вычисленных им точек, он искал планету по ее перемещению, так как искать ее на дальних задворках Солнечной системы по види­мому диску было, пожалуй, чересчур самонадеянно. В 1916 году Ловелл умер, и поиски Планеты Икс на время прекратились.

Ловелл не был одинок в поисках Планеты Икс. В 1919 году на обсерватории Маунт-Вильсон предпринимались ее поиски на основании расчетов, сделанных У. Пиккерингом, — увы, безре­зультатные. Нечего и говорить, что впоследствии выяснилось: Плутон тогда попал на фотопластинки, но не был отождест­влен, поскольку астрономы ожидали найти планету-гигант, а не какую-то мелочь...

В конце концов Планета Икс была открыта 23-летним Клайдом Томбо на Ловелловской обсерватории. Получив в свое распоря­жение 13-дюймовый фотографический рефрактор с необычай­но большим полем зрения, охватывающим площадь в 160 ква­дратных градусов, Томбо дважды фотографировал участки неба, после чего сравнивал снимки при помощи блинк-компаратора. Искомая планета была найдена 18 февраля 1930 года как звездо­образный объект 14,5^т. Планету назвали Плутоном, что не слу­

55

чайно: первые две буквы ее названия совпадают с инициалами Персиваля Ловелла.

Оказалось, что Плутон имеет странную орбиту. Мало того что ее наклон к эклиптике превышает 17 градусов, что совершенно не характерно для планет, так еще и орбита оказалась вытяну­той. В перигелии Плутон подбирается к Солнцу на расстояние в 30 а.е., заходя внутрь орбиты Нептуна, а в афелии удаляется на 49 а.е. от Солнца. Однако орбитальные периоды Нептуна и Плутона находятся в своеобразном резонансе, поэтому тесных их сближений не происходит.

Далее. Первоначально Плутон казался планетой более или менее земного типа, во всяком случае небесным телом сходных с Землей размеров. Позднее диаметр Плутона и его масса все время «девальвировались», пока не остановились на следующих значениях: 2390 км и 0,0025 массы Земли.

Как будто маловато для планеты. Вдобавок спектроскопиче­ские наблюдения выявили состав поверхностного слоя Плутона: азотный лед со следами метана и моноокиси углерода — также в виде льда. Впрочем, вблизи перигелия лед на поверхности Плутона понемногу испаряется, создавая подобие атмосферы, но по мере удаления от Солнца газы вновь вымерзают. Нет со­мнения, что в состав Плутона входят и каменные породы, но, по- видимому, значительная их часть сосредоточена в ядре.

Статус Плутона вновь поднялся в 1978 году с открытием Харона — крупного спутника Плутона диаметром 1200 км. Тогда еще не были известны спутники астероидов и казалось, что толь­ко планеты могут иметь их. Позднее у Плутона были открыты еще два небольших спутника — Никта и Гидра. Но самое главное: поиски трансплутоновых планет — нередко весьма тщательные — долгое время не приносили никаких результатов, если не считать таковыми попутное открытие комет, астероидов и галактик.

В 199² году за орбитой Нептуна был открыт объект попереч­ником около 280 км, а десятилетием позже их количество исчис­лялось уже сотнями. Сейчас таких объектов известно более юоо. Пояс транснептуновых астероидов назвали поясом Койпера (или

56

— Ближайшие окрестности —

Эджворса-Койпера). Закономерно возник вопрос, чем является Плутон — все-таки планетой или просто наиболее крупным те­лом пояса Койпера? Достоин ли Плутон по-прежнему числиться в «клубе избранных»?

Клайд Томбо до самой своей смерти, последовавшей в 1997 году, весьма болезненно относился к идее «разжаловать» Плутон из планет в астероиды. Может быть, этого и не случилось бы, если бы не открытие нескольких весьма крупных тел пояса Койпера.

Наиболее удивительное из них — Седна. Она сильно отлича­ется от обычных транснептуновых астероидов, имея чрезвычай­но вытянутую орбиту се - 0,8506. В 2076 году Седна окажется на перигелийном расстоянии, равном 76,1 а.е., в то время как в афелии она удаляется от Солнца на 942 а.е. Орбитальный пери­од этого тела равен и 487 годам — пока рекорд! Диаметр Седны оценивается в пределах 1180-1800 км, т. е. при «оптимистиче­ской» оценке Седна лишь немного меньше Плутона.

Хуже того: Плутон уже не является наиболее массивным транснешуновым телом. В 2003 году была открыта Эрида, ока­завшаяся чуточку крупнее и массивнее Плутона. Орбита Эриды сильно вытянута, хотя и не так сильно, как у Седны: перигелий- ное расстояние составляет чуть более 38 а.е., в то время как афе- лийное — более 98 а.е., период обращения — 559 лет, наклон ор­биты к эклиптике большой — 44 градуса. Сейчас Эрида находится почти точно в афелии. Уточнить массу этой планетки удалось по орбитальному движению ее спутника Дисномии. На сегодняш­ний день считается, что Эрида на 27% массивнее Плутона, а ее диаметр составляет 2400 км.

Удивителен необычайно высокий блеск Эриды. Ее альбедо оценено в 86% — больше только у Энцелада, спутника Сатурна. Странен и цвет — серый, в то время как большинство транснеп­туновых тел красные с желтым или коричневым оттенком.

Нет сомнений в том, что подобные объекты будут открывать­ся и впредь. Совсем не исключено, что среди них окажутся более массивные тела, чем Плутон и Эрида.

57

Так планета ли Плутон? Если да, то почему же не назвать пла­нетой также и Эриду?

На эти вопросы разумнее всего ответить контрвопросом: а что такое планета вообще?

Ответ здесь может быть только один: планета — это то, что мы договорились называть планетой.

Как ни странно, четкого определения не существовало до

2006 года, когда MAC сформулировал з главных условия для объекта, претендующего на статус планеты Солнечной системы. Вот они.

1. Объект должен обращаться вокруг Солнца.

2. Он должен быть достаточно массивным, чтобы принять форму гидростатического равновесия (сферическую) под действием своих гравитационных сил.

3. Он должен расчистить окрестности своей орбиты, иными словами, он должен быть гравитационной доминантой, и рядом не должно быть других тел сравнимого размера, кроме его собственных спутников и тел, находящихся под его гравитационным воздействием.

Молчаливо подразумевается, что объект не должен быть так­же звездой. Для Солнца, не входящего в состав кратной системы, эта поправка не актуальна.

Плутон — и тем хуже для него — не удовлетворяет третьему условию, поскольку его масса составляет всего лишь 7% мас­сы всех объектов на его орбите. Для сравнения: масса Земли в 1,7 млн раз больше массы всех остальных тел на ее орбите.

MAC отнес Плутон сразу к двум категориям небесных тел: малым планетам (астероидам) и так называемым плутино, т. е. транснептуновым объектам, сходным с Плутоном по орбиталь­ным параметрам и составу. В 2008 году такие объекты стали на­зывать плутоидами. В качестве астероида Плутону был присвоен обидно большой номер 134340, хотя на сегодняшний день он яв­ляется вторым по величине твердым телом Солнечной системы, не имеющим статуса планеты, и, казалось бы, должен по праву но­сить номер хотя бы из первой десятки. Увы, астероиды нумеруют­

58

— Ближайшие окрестности —

ся в порядке отождествления. К счастью, Плутон не способен оби­деться на такое решение — обижаться можем лишь мы, но с какой стати? Во-первых, как объект ни назови, его свойства от этого не изменятся, а во-вторых, на статус Земли MAC не покушается...

Но довольно о Плутоне. Нет ли планет «с другой стороны», т. е. внутри орбиты Меркурия? Никаких теоретических запретов на ее существование не просматривалось, и были энтузиасты, посвятившие многие годы поиску ближайшей к Солнцу гипоте­тической планеты, заранее нареченной Вулканом. (Напомним: Вулкан, он же Гефест, единственный труженик среди богов- олимпийцев, работал в кузне в условиях ужасающей жары, поэтому назвать так поджаренную Солнцем планету были все основания.) Мы уже знаем, как трудно наблюдать объекты вбли­зи Солнца. Удачу скорее могли принести не телескопические на­блюдения на рассвете и закате, а фиксация прохождения неиз­вестного тела по диску Солнца. Прохождения Меркурия и Венеры по диску Солнца действительно наблюдаются, поэтому, казалось бы, должны наблюдаться и прохождения Вулкана — даже чаще, если только его орбита не сильно наклонена к эклиптике.

Действительно, сообщения о прохождении по диску Солнца неизвестного тела поступали — и оказались ошибочными. Человеческий глаз и человеческая психика так устроены, что на­блюдатель, особенно переутомившийся, подчас видит то, чего нет. Несуществующий спутник Венеры, знаменитые, но столь же несуществующие каналы Марса — из той же серии. Скиапарелли и Ловелл напрасно составляли карты «марсианских каналов» — есть версия, что на самом деле они зарисовывали паутину капил­ляров на собственном глазном дне!

Теперь считается, что внутри орбиты Меркурия нет постоян­но находящихся там тел, чей поперечник превышает несколь­ко километров. Но вернемся к «клубу избранных», насчитыва­ющему ныне всего-навсего 8 членов — 4 планеты земной группы и 4 газовых гиганта.

В общем и целом имеются две тенденции: плотность плане­ты тем выше, чем ближе она к Солнцу, и тем выше (в пределах

59

своей группы), чем планета крупнее. Исключение — Сатурн. Эта вторая по диаметру и массе планета Солнечной системы имеет плотность всего 0,7 г/см³ — меньше, чем у воды.

Что наиболее примечательно в планетах земной группы?

Пожалуй, это необычайно плотная атмосфера Венеры, орби­та Меркурия, особенности вращения Меркурия и Венеры, а так­же Луна. С нее и начнем.

Луна — единственный крупный спутник у планет земной группы. У Меркурия и Венеры спутников нет. Спутники Марса Фобос и Деймос малы, имеют форму неправильных картофе­лин и представляют собой довольно заурядные астероиды, за­хваченные притяжением Марса очень давно. Луна — иное дело. Это довольно крупный спутник диаметром более 1/4 земного, объемом в 49 раз и массой в 81 раз меньше, чем у Земли. Средняя плотность Луны равна 3,34 г/см³, что характерно для базальтов. Поскольку средняя плотность Земли равна 5,515 г/см³, что мно­го выше плотности земной коры и объясняется наличием в цен­тре Земли железно-никелевого ядра, приходится считать, что железо-никелевое ядро Луны либо отсутствует, либо крайне не­велико.

Механизм разогрева лунных недр тот же, что на Земле: во-первых, гравитационная дифференциация вещества, а во- вторых, тепловыделение при распаде радиоактивных изотопов, прежде всего калия-40. Оба эти источника тепла действуют го­раздо слабее, чем на Земле, поскольку Луна меньше Земли. На ранних этапах существования Луны заметный вклад в ее разо­грев могла вносить бомбардировка крупными астероидами, имевшимися тогда в изобилии.

Лунная кора вдвое-втрое толще материковой земной коры. Коры, подобной тонкой базальтовой коре земных океанов, на Луне нет. Лунные «моря», легко наблюдаемые невооружен­ным глазом как обширные темные области на лунном диске, являются результатом колоссальных излияний базальтовых лав, случившихся около 3 млрд лет назад — вполне вероятно, в результате астероидных ударов. Ныне сейсмика Луны слаба.

60

Зафиксировано несколько слабых «лунотрясений», найдены многочисленные «горячие» пятна, имеются лавовые купола, на­поминающие лакколиты близ Минеральных Вод, тектонические сбросы, многократно фиксировались нестационарные явления в виде светлых и темных пятен, дымок и свечений, трактуемых как газовые выбросы, — вот, кажется, и все. Магнитное поле Луны крайне незначительно и, как считается, объясняется остаточной намагниченностью лунных пород. Изучая Луну, можно понять, какой в тектоническом смысле станет Земля спустя 2-3 млрд лет, когда все тяжелые элементы опустятся в ядро и мантийная кон­векция сильно замедлится.

Есть ли на Луне вода — вопрос из вопросов. Ясно, что для функционирования постоянно действующей лунной базы мест­ная вода крайне желательна. Ясно также, что страна, которая первой освоит лунные ресурсы, получит в дальнейшем колос­сальные преимущества. Недаром важной целью космических ап­паратов разных стран, запускаемых к Луне, является поиск воды, особенно на лунных полюсах.

Похоже, что она там есть — конечно, преимущественно в свя­занном виде. Не составляет большого труда высвободить эту воду, имея под рукой источник практически даровой солнечной энергии. Не исключено, что в лунном реголите вблизи полюсов могут содержаться мелкие частицы водяного льда — тогда задача еще более упрощается. А еще на поверхности Луны очень много окислов железа, теоретически пригодного для будущей лунной индустрии, и гелия-з, нанесенного туда солнечным ветром. Если бы нашелся относительно дешевый способ добычи и транспорти­ровки этого изотопа, то осталось бы решить чисто технические, вполне посильные задачи ядерного синтеза — и энергии, причем безопасной, хватило бы не только будущим лунным поселкам, но и всему человечеству на несколько столетий вперед.

Вопрос происхождения Луны далек от ясности. Анализ лун­ных пород дал основания считать, что Луна на несколько десят­ков миллионов лет (называют цифру 6о млн лет) моложе Земли. В последнее время научно-популярные издания и телепередачи

61

утверждают следующее: некогда очень молодая Земля, раска­ленная, только-только покрывшаяся тонкой коркой остывших пород, испытала столкновение с планетоидом размером с Марс. Энергия удара, во-первых, вновь привела Землю в жидкое состоя­ние, а во-вторых, выбила из нее огромное количество материи, из которой со временем сформировалась Луна. Первоначально она находилась гораздо ближе к Земле, но за миллиарды лет под действием приливных сил мало-помалу переместилась на свою теперешнюю орбиту.

Из всего этого доказано только одно: Луна действительно по­немногу удаляется от Земли — примерно на з см в год, — и вино­вны в этом действительно приливные силы. Происхождение же Луны по-прежнему остается туманным. Пока еще нельзя с абсо­лютной достоверностью утверждать, что Луна сформировалась из вещества, выбитого из Земли ударом, как не доказано и обратное, а именно то, что Луна с самого начала формировалась подобно всем «порядочным» планетоидам из пылевой субстанции.

Кстати. Тот факт, что Луна постепенно удаляется от Земли, может вызвать недоумение читателя, знакомого с физикой. Ведь чтобы перевести объект с низкой орбиты на высокую, требуется затратить энергию. Откуда в данном случае она берется?

Ответ прост. Суммарная энергия системы «Земля—Луна» не меняется. Луна понемногу удаляется от Земли, а в качестве ком­пенсации вращение Земли постепенно замедляется. Не удив­ляйтесь, если прочтете где-нибудь, что в мезозое в сутках было всего 22 часа, — так оно и есть. Разумеется, в первом приближе­нии, поскольку мезозой — довольно протяженная геологическая эра, и популяризаторам следовало бы уточнить, о каком именно периоде мезозоя идет речь. (В действительности — о начале этой эры.) Но качественную сторону картины сказанное отражает верно: вращение Земли действительно замедляется.

За счет чего? Приливные силы — это механизм процесса. Но как он действует?

Из курса физической географии для средней школы всякий должен знать о приливах, причем не только морских. Земная

62

поверхность также вспучивается горбом, направленным в сто­рону Луны, хотя, конечно, твердый горб намного ниже жидко­го. Земля не может мгновенно менять свою форму, а движение Луны отстает от вращения Земли. Из-за этого наивысшая точ­ка приливного горба опережает Луну примерно на з часа. Как следствие, вектор тяготения, действующий на Луну, направлен не точно к центру Земли, а слегка смещен в сторону приливно­го горба. Составляющая вектора тяготения, вызванная горбом, действует в направлении движения Луны, мало-помалу застав­ляя наш естественный спутник двигаться по все более высокой орбите. Составляющая эта очень мала, но ведь природа распола­гает временем. На протяжении миллиардов лет Луна существен­но удалилась от Земли и будет продолжать удаляться впредь. Продлится это до тех пор, пока продолжительность суток не сравняется с продолжительностью лунного месяца. Луна в то время удалится от Земли примерно вдвое дальше, чем ныне, и будет все время находиться над одной точкой земной поверхно­сти. На дальнейшую эволюцию орбитального движения системы «Земля-Луна» будут влиять только солнечные приливы, более слабые, нежели лунные.

Часть своей работы взаимные приливные силы уже выпол­нили — Луна повернута к нам одной стороной. Неверно, одна­ко, думать, что без помощи космических средств мы можем на­блюдать только 50% лунной поверхности. На самом деле из-за эллиптичности лунной орбиты и небольшого наклона экватора Луны к плоскости собственной орбиты Луна как бы покачивает­ся, подставляя Земле еще ю% своей поверхности. Это явление называется либрациями (качаниями) Луны. Благодаря ему мы можем наблюдать с Земли 6о% лунной поверхности, но, разуме­ется, не одновременно.

Вопрос, давно занимающий умы ученых: почему Венера, лишь немного уступающая Земле по массе, не имеет естествен­ного спутника? И почему Меркурий движется по орбите с ре­кордным для планет эксцентриситетом, равным 0,206? И поче­му наклон его орбиты к эклиптике (7 градусов) также великоват?

63

И, возможно, главное: по какой причине собственное вращение этих планет разительно отличается от того, что демонстрируют нам Земля и Марс? Ведь Марс в смысле собственного вращения вполне «добропорядочен»: марсианские сутки лишь на полчаса длиннее земных, а наклон экватора к орбите тоже немногим от­личается от земного. В то время как для Венеры наклон эквато­ра к орбите составляет 177,4 градусов, т. е. Венера вращается в обратную сторону, противоположную своему движению по ор­бите.

С чем связаны эти обстоятельства? Не с тем ли, что первона­чально Меркурий был спутником Венеры, а потом «сбежал» от нее в результате какой-либо космической катастрофы или сум­марного действия приливных сил Венеры и Солнца? Или же обе эти планеты формировались независимо более или менее на своих нынешних орбитах и обе на заре своей жизни испытали столкновение с крупными планетоидами? Вопрос пока далек от ясности.

Что не должно нас сильно удивлять, так это беспрецедентно горячая и плотная атмосфера Венеры. Высокая температура (до 735 К) объясняется парниковым эффектом. Казалось бы, чем выше температура, тем быстрее молекулы и тем труднее планете удержать их, не позволив диссипировать (улетучиться) в косми­ческое пространство. Однако гравитации Венеры на это хватает. На Венере, как и на Земле, атмосфера — продукт дегазации маг­мы. Вулканические газы на Земле на три четверти состоят из во­дяных паров, и, соответственно, громадная часть вулканических газов осела на Земле в виде воды — отсюда наши океаны и жизнь, включая нас с вами. Если мы (умозрительно, конечно) прибли­зим Землю к Солнцу настолько, что земные океаны выкипят, то Землю окутает атмосфера большей массы, чем на Венере. Часть ее будет потеряна, но остатка хватит, чтобы образовать вокруг Земли газовую оболочку плотностью того же порядка, что на Венере. Разумеется, земная и венерианская атмосферы будут от­личаться химическим составом (на Венере почти нет воды, кото­рую, по-видимому, вымело излучением протосолнца за пределы

64

— Ближайшие окрестности —

венерианской орбиты еще до формирования планет, зато очень много углекислого газа), но это уже частности.

Иное дело Марс. Нет никаких сомнений в том, что тектониче­ские процессы там шли еще в относительно недавнем прошлом, о чем свидетельствует, например, самый крупный вулканический конус в Солнечной системе, и дегазация магмы происходила там точно так же, как на Земле и Венере. Но Марс слишком легок, чтобы удержать вокруг себя плотную атмосферу. Ее давление у поверхности Марса в 170 раз меньше атмосферного давления у поверхности Земли на уровне моря. Возможно и даже вероятно, что в прошлом марсианская атмосфера была несколько плотнее и допускала существование жидкой воды, заполнявшей доволь­но протяженные водоемы. На эту мысль наталкивают рельефы, похожие на береговые линии, и извилистые линии, трактуемые как глубоко врезанные русла водотоков. Хотя, возможно, по­следние образовались сравнительно недавно вследствие таяния подпочвенных льдов.

Вода на Марсе есть, это не вызывает сомнений. Полярные шапки Марса состоят преимущественно из водяного льда, «при­пудренного» твердой углекислотой. Это не что иное, как газы, вымороженные из атмосферы и осевшие на поверхность в виде снега и инея. Толщина полярных шапок очень незначительна и во всяком случае не превосходит толщины сезонного снежного покрова в какой-либо засушливой области Земли. Особенно ве­лика и красива южная полярная шапка, в противостоянии легко наблюдаемая в самый скромный телескоп. Когда в южном полу­шарии наступает весна, полярная шапка быстро тает, а ее грани­ца отодвигается к полюсу со скоростью бегущего человека.

Вопрос о жизни на Марсе еще и теперь остается актуальным, но теперь ее ищут на микроуровне, и даже не столько ищут жи­вые микроорганизмы, сколько следы их жизнедеятельности в да­леком прошлом. А сколько беллетристики, научно-популярной и даже научной литературы было написано с уверенностью: на Марсе непременно есть жизнь! Господствовавшее в XIX веке убеждение, что Солнце понемногу гаснет, приводило к логично­

65

му выводу: в далеком прошлом на Земле было чересчур жарко, зато Марс тогда находился на комфортном для жизни удалении от Солнца, следовательно, жизнь на нем должна была развиться раньше, чем на Земле. Воображению рисовалась старая и мудрая цивилизация, бедствующая, однако, по причине постепенного угасания Солнца. Ведь только в экваториальной зоне дневная температура на Марсе достигает комфортных плюс двадцати по Цельсию и даже выше. Ночью же, а в умеренных широтах и днем температура поверхности Марса держится на очень низком, ма­лопригодном для живых организмов уровне. Гипотетической марсианской цивилизации пришлось бы очень постараться, что­бы попросту выжить. Периодические изменения цвета отдель­ных участков поверхности Марса, вызванные сменой сезонов и пылевыми бурями, трактовались как сознательная деятель­ность марсиан, связанная, например, с культивированием по­лезных марсианских растений для нужд местной цивилизации. Пресловутые каналы, оказавшиеся в конце концов оптической иллюзией, и подавно наводили мысль о развитой цивилизации. Позднее, с развитием наблюдательной астрономии, людям при­шлось отказаться от надежды встретить братьев по разуму столь близко. Некоторое время оптимисты еще верили в то, что на Марсе может существовать если не цивилизация, то уж во вся­ком случае достаточно высокоорганизованная жизнь — сосуди­стые растения и питающиеся ими животные.

Увы и ах, спускаемые космические аппараты вдребезги раз­били эти надежды. Что ж, иногда приходится расставаться с меч­тами.

Через несколько лет после миссии американских АМС «Викинг», не давшей однозначного ответа, автор этих строк не без глумливого удивления прочитал в одном журнале: американцам-де надо было искать марсианскую жизнь не на микро-, а на макроуровне. Иными словами, следовало не поли­вать образцы грунта питательным бульоном в специальных кап­сулах, а просто-напросто поставить широкоугольные телекаме­ры и фиксировать пробегающих мимо животных. Может быть,

66

— Ближайшие окрестности —

в качестве журналистской «хохмы» это было и неплохо, а что до содержания самой гипотезы, то мы предлагаем читателю само­стоятельно поразмыслить на тему, почему макроорганизмы не могут существовать без микроорганизмов.

Строго говоря, абсолютно исключить вероятность существова­ния на Марсе простейшей жизни нельзя и сейчас — можно лишь утверждать, что эта вероятность мала. Но почему бы жизнь не могла существовать на Марсе в прошлом, скажем, 1-2 млрд лет назад, когда условия для нее были более благоприятны? Ведь Марс, судя по всему, терял атмосферу и жидкую воду постепен­но, на протяжении огромного времени.

В этом направлении сейчас и идет научный поиск. Благодаря СМИ стали широко известны микрогранулы, найденные в упав­шем в Антарктиде метеорите марсианского происхождения. Здесь нам придется сделать небольшое отступление.

Очень крупный метеорит или небольшой астероид, врезав­шись в поверхность планеты, спутника или другого астероида, естественно, выбивает из нее осколки. Если их скорость доста­точно высока для того, чтобы покинуть сферу притяжения «ро­дительского» космического тела, они начинают собственное дви­жение по тем или иным околосолнечным орбитам. Некоторые из этих обломков могут быть захвачены Землей и миллионы лет об­ращаться вокруг нее. Различные факторы, в первую очередь све­товое давление, приводят к тому, что в конце концов обломки — в нашем случае «марсиане» — выпадают на Землю. Отличить их от обычных каменных метеоритов можно по химическому и изотопному составу. Выявлено около 30 «марсиан», несколько «лунников», осколки Меркурия и Весты. С Венеры — ничего, что и неудивительно при ее атмосфере.

Отступим от темы еще немного и зададимся вопросом: не летают ли в космосе «земляне». Может ли удар космического тела, нанесенный Земле, выбить из нее осколки, которые навсег­да покинут ее и могут со временем выпасть на другую планету, скажем, на тот же Марс? Некоторые бактерии крайне живучи, теоретически они могут вынести подобное путешествие. Если

67

возможен обмен «зародышами жизни» между планетами зем­ной группы и если микрогранулы, найденные в осколке Марса, действительно являются окаменевшими бактериями, то где же первоначально возникла жизнь: на Земле или на Марсе?

Вопрос интереснейший, а ответ мы можем дать лишь непол­ный: если на Марсе действительно была жизнь, то Земля здесь скорее всего ни при чем. Осколки Земли, выбитые ударами асте­роидов, — точно ни при чем.

И вот почему. С какой бы скоростью ни вонзился астероид в поверхность планеты, скорость разлета осколков не может пре­высить скорости распространения продольной ударной волны в горных породах. Чем выше плотность породы, тем выше ско­рость ударной волны. Для базальтов — самых плотных пород, имеющихся на поверхности Земли, эта скорость немного меньше параболической (второй космической), равной 11,2 км/с. Даже если бы Земля была лишена атмосферы, выбитые при соударе­нии осколки остались бы на околоземной орбите, чтобы спустя миллионы лет вернуться обратно. Атмосфера почти наверняка лишит их даже шанса выхода в ближний космос. Что до более распространенных на земной поверхности гранитов, то скорость распространения продольной волны в них еще ниже.

Являются ли микрогранулы, найденные в марсианском об­ломке, останками неведомых нам бактерий — пока неясно. Разные группы исследователей пришли к диаметрально проти­воположным выводам. Согласно некоторым выводам, структу­ры, похожие на упомянутые гранулы, должны были образовать­ся при температуре не ниже 650 °С, что исключает возможность существования какой-либо формы белковой жизни, в то время как другие ученые допускают образование гранул при значи­тельно более низких температурах и т. д. На 28-й Конференции по изучению Луны и планет различные группы ученых обменя­лись результатами своих исследований. Консенсус, увы, достиг­нут не был...