Подразделы категории "Гордон": Жизнь звездных систем
Расшифровка передачиАлександр Гордон. Меня больше всего с точки зре- ния драматургического построения передачи заинте- ресовала та часть ваших рассуждений, где вы утвер- ждаете, что мы нашу Галактику знаем гораздо хуже, чем многие остальные. Это тот же принцип, что описан однажды поэтом: «Лицом к лицу – лица не увидать», или какие-то другие причины здесь? Владимир Сурдин. Отчасти – да. Но в большей сте- пени – другие. Тут важна не близость к своей Галакти- ке, хотя она и затрудняет её оценку в целом: слишком приближает к нам звёзды околосолнечные, удаляет те, которые хотелось бы увидеть поближе. Но главная причина в другом, она вполне техническая. Мы, к со- жалению, сидим в самом неудобном месте Галактики, с точки зрения её изучения, – это галактическая плос- кость. Наша Галактика симметрична, и именно в её экваториальной плоскости собралось то вещество, из которого возникают звёзды. Это газ и пыль. Ну, газ про- зрачен, и он не мешает наблюдать, а вот пыль… Она немногочисленна: по массе её всего один процент от межзвёздного газа, но именно она, пыль, очень силь- но поглощает излучение звёзд и, к сожалению, именно в этом тонком пылевом слое оказалось наше Солнце вместе с планетами. Это уж такое невезение, просто чудовищное. Мы сидим в тонком слое пыли, и когда хо- тим заглянуть далеко, например, в межгалактическое пространство, то смотрим перпендикулярно пылевому слою, легко «протыкаем» его взглядом, но при этом сразу попадаем в межгалактические глубины и ухо- дим в космологию. Как только мы разворачиваем свой взгляд, чтобы увидеть собственную, довольно плоскую звёздную систему, мы упираемся в околосолнечные пылевые облака, и на этом вся астрономия заканчива- ется, точнее говоря, заканчивается оптическая астро- номия. Начинаются варианты. Например, инфракрас- ная астрономия. Инфракрасные лучи довольно легко проходят сквозь пыль, но телескопов инфракрасного диапазона не было долгое время, и только сейчас их начали создавать. В общем, эта технология сложная. И это сильно портит жизнь астрономам, об этом они стараются не говорить, это внутренняя проблема. Но постоянно имеют её в виду, когда указывают специали- стам других профессий, что не следует слишком силь- но доверять нашему сегодняшнему знанию о Галакти- ке: оно ещё очень ущербное, очень мозаичное. Осо- бенно жалко, когда специалисты иных наук, например, геологи или математики, пытаются вынести из науч- но-популярных астрономических книг некое закончен- ное знание о Галактике в целом, пытаются строить тео- рии её рождения и эволюции и не замечают, что теории эти «стоят на песке». Мы ещё не можем дать им пол- ный портрет Галактики, а они уже пытаются на основе наших неполных данных строить свои сложные геоло- гические гипотезы, например, о периодичности галак- тического года, о влиянии Галактики на земные про- цессы, о связи земных катастроф и геологических пер- турбаций с космосом. А астрономы их предупрежда- ют: рано строить такие гипотезы, подождите, пока мы выясним более детально строение Галактики. Уж если об этом зашла речь, наверное, не уйти от разговора о том, что мы даже размеров не знаем своей звёздной системы. Скажем, Солнце расположено на периферии звёздной системы, и нам очень важно знать расстоя- ние от Солнечной системы до центра Галактики, пото- му что система круглая, и этот радиус – как мерная линейка, которая потом все остальные масштабы нам определит. Это проблема, над которой мы с Алексеем Сергеевичем работаем уже лет 15; и до сих пор ещё, хотя наши рабочие столы стоят рядом, в одной комна- те, мы не сошлись во взглядах. Я думаю, он расскажет об этом более подробно. Алексей Расторгуев. Совершенно верно. Вообще, эта проблема имеет гораздо более общий характер, и она чрезвычайно серьёзна. Речь идёт об измерении всех расстояний во Вселенной, о построении «шкалы расстояний». Что такое шкала расстояний? Грубо го- воря, нам необходимо построить такую «линейку», с помощью которой равным образом хорошо, надёжно можно будет измерять расстояния как в Солнечной си- стеме, так и в Галактике, и даже за её пределами, во Вселенной. Измерять расстояния до других, самых далёких галактик. Эта шкала расстояний оказывается очень сложной. Давайте представим себе, хотя бы по- верхностно, как она строится. Расстояние в Солнеч- ной системе можно измерять, например, с помощью радиолокационных методов: посылая к объекту радио- волну и принимая отражённый от него сигнал. По вре- мени прохождения сигнала легко вычислить расстоя- ние до любой планеты. А как быть дальше? Мы знаем, что звёзды далеки, и радиолокация здесь не годится. Следующий этап построения шкалы расстояния – это научиться измерять расстояния до звёзд. Их измеря- ют методом тригонометрических параллаксов. Земля, двигаясь по орбите вокруг Солнца, занимает относи- тельно звёзды, расстояние до которой мы хотим изме- рить, разные положения. И если в течение года наблю- дать за звездой, то будет видно, как она на фоне более далёких звёзд описывает небольшой эллипс, совер- шенно крохотный. Даже для ближайших звёзд он имеет ничтожные размеры – меньше одной угловой секунды. Это в 100 раз меньше, чем минимальный угол, мини- мальная деталь, различимая невооружённым глазом. Владимир Сурдин. Толщина спички с расстояния в километр. Александр Расторгуев. Да-да, примерно так. И можно только удивиться, что астрономы уже более сотни лет умеют измерять такие небольшие смещения звёзд. Александр Гордон. А с какой ошибкой, интересно? Александр Расторгуев. При использовании наземных средств эта ошиб- ка составляет сейчас примерно одну сотую угловой се- кунды. То есть, в сто раз меньше измеряемого угла. Это означает, что мы можем измерять расстояния с Зе- мли, не обращаясь к космическим аппаратам, пример- но до удалений в 50 парсек. Один парсек – это при- нятая в астрономии единица расстояния, которая при- мерно в двести тысяч раз больше, чем расстояние от Земли до Солнца. Астрономы измеряют расстояние в парсеках, килопарсеках и мегапарсеках. Владимир Сурдин. Ну, может быть, для телезрителей понятнее бу- дут световые годы. Три с небольшим световых года – это один парсек. Вообще же, пресловутая астрономи- ческая точность при измерении расстояний ограниче- на только влиянием нашей атмосферы. Мы сидим на дне океана, воздушного океана, который постоянно ко- лышется, поэтому изображения в телескопе размыты. И поэтому точно локализовать звезду мы не можем, пока не выйдем за пределы атмосферы. Можно ска- зать, что на некотором этапе атмосфера остановила прогресс астрономии, и мы не могли измерять рассто- яния до звёзд, удалённых более чем на 20–30 свето- вых лет. Александр Расторгуев. Ну, по крайней мере, измерять надёжно. Гру- бые оценки, конечно, всегда можно сделать. Но дру- гое дело, что они не очень хороши, не практичны. Сле- дующий шаг в создании космической шкалы расстоя- ний связан с очень интересными объектами. Вблизи Солнца, на расстоянии в десятки парсек существуют совершенно уникальные объекты – рассеянные звёзд- ные скопления, о которых мы ещё будем говорить осо- бо. Это звёздные коллективы, в которых звёзды друг с другом связывает гравитационная сила. Такие скопле- ния живут достаточно долго, не распадаясь. И звёзды находятся поблизости друг от друга. Всем, кто имел дело со статистикой, понятно, что измерить расстоя- ние до группы звёзд проще, чем до одиночной звез- ды. Закон статистики: среднее расстояние оказывает- ся более точным. В качестве примеров звёздных ско- плений можно привести хорошо всем известное ско- пление Гиады, которое находится на расстоянии при- мерно 45 парсек от Солнца; или скопление Плеяды – 120 парсек от Солнца. Владимир Сурдин. Плеяда – это Стожары, в народе их знают до- вольно хорошо. А вот Гиады – малоизвестное скопле- ние. Александр Расторгуев. Да, Гиады мало кто знает, но это скопление как раз, как ни странно, сыграло решающую роль в постро- ении шкалы расстояний. По крайней мере, на протя- жении многих десятков лет оно фактически лежало в основе этой шкалы. Всё, что мы знали о внегалакти- ческих расстояниях, так или иначе, опиралось на Гиа- ды. В чём же особая роль звёздных скоплений? В них присутствуют звёзды разной массы. А поскольку зако- ны физики в Галактике и за её пределами едины, то понятно, что звёзды одинакового типа должны иметь одинаковую светимость – светимостью астрономы на- зывают абсолютный блеск звезды, полную мощность её светового излучения, выраженную в единицах по- тока энергии от Солнца. Если две звезды одинаково- го типа, а значит, и одинаковой светимости располо- жить на разных расстояниях от нас, то та из них, ко- торая дальше, естественно, будет казаться более сла- бой. Её блеск будет меньше. Легко сообразить, как свя- зан блеск с расстоянием и таким образом, зная рассто- яние до близкой звезды, мы можем по видимому блес- ку более далёкой звезды определить расстояние и до неё. Александр Гордон. Если мы знаем, что это звезда того же типа. Александр Расторгуев. Естественно, того же типа. Установить это до- статочно просто. На это указывают тип спектра или да- же цвет звезды, определить которые довольно легко. Владимир Сурдин. Но надо помнить о пыли. Хорошо известно, что если вы в туманную погоду пытаетесь оценить рассто- яние до далёких фонарей, то именно туман мешает вам это сделать. Александр Расторгуев. Да, туман мешает – он ослабляет блеск фонаря. Владимир Сурдин. Фактически, астрономы именно в таких услови- ях вынуждены определять расстояния до звёзд. Александр Расторгуев. Хорошо ещё, что у астрономов есть возможно- сти учитывать влияние поглощения света в межзвёзд- ном веществе при помощи фотометрических методов, измеряя цвет звёзд и их блеск. Здесь много всяких тон- ких эффектов, которые, тем не менее, мы умеем учи- тывать. Что же дальше? Звёздных скоплений на самом деле много. Гиады и Плеяды – это всего лишь ближай- шие скопления. Вплоть до расстояний примерно 3–4 килопарсека находится несколько сотен других рассе- янных скоплений. В них тоже есть звёзды тех же ти- пов, что и в Гиадах и Плеядах. И мы можем, посколь- ку это скопления, то есть коллективы звёзд, мы можем измерять расстояния до них достаточно точно. Одна- ко это всего лишь ближайшая окрестность Солнца. Что делать дальше? А дальше поступаем так. В некоторых рассеянных скоплениях есть совершенно уникальные объекты – цефеиды, это переменные звёзды, перио- дически меняющие свой блеск. Вообще, переменных звёзд обнаружено очень много: сейчас известно почти 40 тысяч таких звёзд. Среди них выделяются разные типы. Так вот, цефеиды можно назвать королями сре- ди переменных звёзд, хотя бы по той причине, что они помогают нам измерять расстояния в космосе. Цефе- иды – это жёлтые сверхгиганты: огромные звёзды с очень высокой светимостью, в десятки и сотни тысяч раз более высокой, чем у Солнца. Поэтому они вид- ны на огромных расстояниях. С другой стороны – это газовые шары. А мы знаем, что газовые шары могут колебаться. У них есть период собственных колеба- ний. Чем более разрежен газовый шар, тем больше пе- риод его колебаний. То есть, существует связь между размером, массой, плотностью звезды и периодом её пульсаций. Эти переменные звёзды тем хороши, что их трудно спутать с любым другим объектом. И поэто- му они отлично играют роль «стандартной свечи», то есть объекта с известным абсолютным блеском. Владимир Сурдин. За это их называют «маяками Вселенной». На- блюдая некоторое время за цефеидой и измерив пе- риод её пульсаций, мы точно определяем светимость этой звезды, сравнивая которую с её видимым блес- ком, легко можно вычислить расстояние до неё. Александр Расторгуев. Да, цефеиды – настоящие маяки Вселенной: они пульсируют с потрясающей периодичностью. Я ду- маю, что им могут позавидовать даже швейцарские ча- сы. На протяжении сотен лет они очень мало изменяют свои периоды пульсаций. Однако чтобы пользоваться зависимостью между периодом и светимостью такой звезды, эту зависимость нужно откалибровать, то есть независимым способом определить расстояние хотя бы до нескольких цефеид. К счастью, в некоторых рас- сеянных скоплениях обнаружены цефеиды, поэтому, зная расстояния до этих скоплений, мы можем опре- делить и расстояние до цефеид, а далее уже исполь- зовать их самих как индикаторы расстояния. Цефеид в Галактике очень много. Известно их уже около тысячи, а на самом деле их, по-видимому, десятки тысяч. Владимир Сурдин. И не только в нашей Галактике. Александр Расторгуев. Да, их очень много и в других галактиках. В бли- жайших галактиках – Магеллановых Облаках – их уже обнаружено несколько тысяч. В Туманности Андроме- ды их около сотни тысяч. Есть они и в самых далёких галактиках. Раз мы знаем их светимость, то можем по их видимому блеску оценивать расстояние до других галактик. В этом, собственно говоря, и состоит суть по- строения той последовательности, которую называют шкалой расстояний. Владимир Сурдин. В общем, один метод цепляется за другой, и продолжается эта «лестница расстояний» до края Все- ленной. Александр Расторгуев. Сначала расстояние от Земли до Солнца, затем – до ближайших звёзд, потом – расстояния до рассе- янных звёздных скоплений, затем – цефеиды и другие галактики. Владимир Сурдин. Но на каждой ступеньке мы имеем ошибки, ко- торые накапливаются. И в конце концов получается, к сожалению, что масштабы Вселенной известны не так уж хорошо. Александр Расторгуев. И ещё я хочу сказать о том, почему, собствен- но говоря, проблема шкалы расстояний очень важ- на. Существует два подхода к шкале расстояний или две шкалы расстояний – короткая и длинная. Я явля- юсь приверженцем короткой шкалы расстояний, Вла- димир Георгиевич – длинной. Различаются они при- мерно на 20 процентов. То есть все расстояния на- до либо уменьшить, либо увеличить, соответственно, максимум на 20 процентов. Владимир Сурдин. Моя Галактика на 20 процентов больше. Александр Расторгуев. А моя меньше. Александр Гордон. А моя? Александр Расторгуев. Казалось бы, ну что тут особенного? Надо как- то прийти к соглашению. Истина где-то рядом. Но де- ло в том, что в последнее время всё больше и боль- ше наблюдательных фактов говорит о том, что шкала расстояний скорее короткая. А это приводит к очень серьёзным противоречиям, на которые нельзя закры- вать глаза. И эти противоречия возникают совершен- но неожиданно, во-первых, в космологии, во-вторых, в теории звёздной эволюции. Я могу кратко объяснить, в чём тут суть, причём тут космология и звёздная эво- люция, хотя мы говорим всего лишь о методах измере- ния расстояний во Вселенной. Оказывается, очень да- же причём. Дело в том, что один из фундаментальных параметров космологии – это постоянная Хаббла, ко- торая характеризует скорость расширения Вселенной. Через значение постоянной Хаббла выражается воз- раст Вселенной. Если мы берём короткую шкалу рас- стояний, то постоянная Хаббла будет большой, а воз- раст Вселенной при этом оказывается сравнительно маленьким, порядка 10–12 миллиардов лет. Владимир Сурдин. Раз шкала расстояний короткая, то и масштабы Вселенной становятся меньше, и ей меньше времени требуется для расширения. Александр Расторгуев. Итак, с одной стороны – космология. А с дру- гой – звёздная эволюция. Если шкала расстояний ко- роткая, то все звёзды немного ближе к нам, чем счи- талось ранее, а значит, их светимость не так велика, как мы думали. А это означает, что возраст звёзд, кото- рый вычисляется по теории их эволюции и опирается на их светимость, оказывается больше, чем казалось. Так короткая шкала расстояний приводит нас к тому, что возраст самых старых звёзд, населяющих шаро- вые скопления (о них мы ещё расскажем), оказывается больше возраста Вселенной. Это, конечно, совершен- но недопустимая ситуация. Александр Гордон. Недопустимая в той модели Вселенной, которую мы имеем сегодня? Владимир Сурдин. В любой модели Вселенной. Не могут объекты, населяющие Вселенную, быть старше её самой. Александр Гордон. Если они не являются источником возникнове- ния Вселенной. Владимир Сурдин. Это уже философский вопрос. А у нас простой подход: Вселенная была изначально, и в ней рожда- лись объекты. Это нормально. Александр Расторгуев. По этой причине, наверное, большинство астро- номов долгие годы придерживалось, вольно или не- вольно, длинной шкалы расстояний, в которой такой проблемы не существует. Но наблюдательные факты – штука упрямая, и надо как-то их объяснить. И вот решение или, по крайней мере, намёк на решение пришёл совсем недавно, в конце 1998-го года, когда стали известными новые свойства космического ваку- ума, или квинтэссенции. Оказалось, что наша Вселен- ная расширяется с ускорением. Следовательно, посто- янная Хаббла сейчас, в наше время, в нашу эпоху, больше, чем была в прошлом. А среднее значение по- стоянной Хаббла, соответственно, меньше, чем сей- час. А это значит, что возраст Вселенной следует уве- личить. Тогда противоречие между большим возрас- том шаровых скоплений и малым возрастом Вселен- ной снимается. И сейчас, я думаю, это противоречие уже не будет играть такой роли. Похоже, что мы идём потихонечку к… Владимир Сурдин. …благополучному его разрешению. Александр Гордон. Но всё равно получается, что шаровые скопле- ния – одни из самых древних, если не самые древние образования во Вселенной. Владимир Сурдин. И одни из самых интересных. Александр Гордон. Так вот, давайте о них. Что это? Владимир Сурдин. Это, действительно, изумительные объекты, к которым я лично всю жизнь отношусь с большим инте- ресом. Но начать, наверное, надо с того, что звёзды вообще не любят одиночества. Если мы посмотрим на звёздное небо, то первое впечатление будет о звёздах как об одиночных объектах. Они разбросаны совер- шенно хаотично и никогда не группируются в системы. Ну, разве что кто-то заметит Стожары, они же Плеяды, на звёздном небе и скажет, что это небольшая кучка звёзд, и при этом окажется прав. Это действительно физически связанный объект, где наш глаз различает 5–7 звёзд, в зависимости от качества зрения и каче- ства неба. А на самом деле телескоп в этой неболь- шой кучке различает около 300, а самый хороший теле- скоп – даже 500 звёзд. Но и те звёзды, которые кажут- ся нам одиночными, в действительности, как прави- ло, живут коллективом. Скажем, половина всех звёзд при детальном изучении в телескоп оказываются двой- ными. Это очень стабильные системы. И они могут, в принципе, жить вечно. Законы механики позволяют им без всяких проблем обращаться вокруг общего центра масс. Но кроме двойных есть и тройные, четырехкратные, пятикратные звёзды. Правда, частота их встречаемо- сти при этом всё меньше и меньше. Когда мы перехо- дим от двойных звёзд к тройным, то тройных оказыва- ется примерно в 4 раза меньше. Когда переходим к че- тырехкратным системам, то обнаруживаем, что их при- мерно вчетверо меньше, чем тройных. И так распро- странённость всё более сложных систем быстро пада- ет. Казалось бы, очень сложных звёздных систем вооб- ще не должно быть в нашей Галактике. И законы ме- ханики нам на это намекают. Дело в том, что даже 3 звезды не могут стабильно обращаться вокруг общего центра масс. Социологи и психологи могут искать тут какие-то аналогии с человеческими коллективами. Но мы рассуждаем только на языке механики. А он гла- сит, что третье тело возмущает движение каждого из двух оставшихся и, как правило, приводит к распаду тройной системы. При этом третье тело обычно выбра- сывается из системы, а две оставшиеся звезды ста- бильно обращаются долгое время рядом друг с дру- гом. Четыре звезды – ещё более ненадёжный коллек- тив, и он распадается ещё быстрее. Поэтому ожидать сложных систем, казалось бы, нет причин. Но когда мы переходим к системам из 100, 200, 1000 звёзд, то в них ситуация в смысле механического взаимодействия меняется кардинальным образом. Каждая отдельная звезда уже почти не чувствует влияния своих ближай- ших соседей; она чувствует общее поле тяготения, на фоне которого влияние соседей сглаживается. Поэто- му в большом коллективе звезда вновь, как и в двой- ной системе, начинает двигаться достаточно равно- мерно. Такие коллективы из сотен тысяч звёзд мы до- вольно часто встречаем в Галактике. Ещё более инте- ресны чрезвычайно редкие коллективы из миллионов звёзд. Их называют «шаровыми звёздными скоплени- ями». Называют так просто за их форму: очень пра- вильную шарообразную форму с сильной концентра- цией звёзд к центру. Александр Расторгуев. И всё-таки, миллион звёзд – это, скорее, исклю- чение. Владимир Сурдин. Да, это исключение. В нашей Галактике всего одно-два таких скопления. В типичном шаровом ско- плении десятки и сотни тысяч звёзд. Но всё же есть скопления и с тремя миллионами звёзд, например, Омега Центавра. Поэтому небольшим преувеличени- ем будет считать их населёнными миллионом звёзд. Иногда хочется представить себе, как житель планеты, обращающейся вокруг одного из этих светил, населяю- щих шаровое скопление, чувствует себя в таком звёзд- ном окружении. Москвичи и жители других крупных го- родов знают, что у нас на ночном безлунном небе вид- ны примерно две-три сотни звёзд. Если мы уедем за город, то увидим несколько тысяч звёзд. В самых луч- ших, идеальных условиях, – на берегу моря или в сте- пи, где абсолютно чёрное бархатное глубокое небо, – наш глаз различает около трех тысяч звёзд, и при этом небо кажется нам усыпанным звёздами. Теперь пред- ставьте себе жизнь на планете в центре шарового ско- пления. Каждая из миллиона звёзд, населяющих это скопление, видна на небосводе вашей планеты; ваш глаз одновременно видит, по крайней мере, сотни ты- сяч или даже полмиллиона звёзд. Конечно, это фан- тастическое зрелище, которое, наверное, стимулирует работу не только тамошних поэтов и философов, но и астрономов. Александр Расторгуев. Причём, тысячи из этих звёзд очень яркие. Владимир Сурдин. Действительно, некоторые светила – красные гиганты – будут сиять лишь чуть слабее нашей полной Луны. И таких ярких светил на небе будут сотни. Фан- тастическое зрелище! Конечно, очень хотелось бы ра- ботать там, а не на планете Земля, где мы окружены пылью, и яркие звёзды встречаются редко. Александр Гордон. Но раз уж вы заговорили о планете Земля, то, прежде чем вы продолжите о звёздных скоплениях, скажите: Солнце – одинокая звезда? Владимир Сурдин. Почти наверняка – да, одиночная. Не совсем, правда, одинокая, ибо Солнце окружают планетная си- стема и мириады мелких тел – астероидов и комет; воз- можно, есть и ещё не обнаруженное околосолнечное население, но крупного светила, сравнимого с Солн- цем, в паре с ним, конечно, не движется. Александр Гордон. И не было никогда. Владимир Сурдин. Тем не менее, не исключено, что у Солнца есть очень маленький звездообразный спутник, намёки на существование которого приходят к нам из геологии. Геологи знают, что были периоды массового вымира- ния животных примерно через каждые 30–35 миллио- нов лет. И одна из гипотез, которая пытается это объ- яснить, связывает эти периоды в жизни Земли с перио- дом обращения небольшой звёздочки-спутника вокруг Солнечной системы. Если эту звезду откроют, то для неё уже и название есть – Немезида; пока условное, поскольку звезда не обнаружена. Это может быть толь- ко крохотная звезда, раз в 10 меньше нашего Солнца по массе. И очень тусклая – красный карлик самого-са- мого низшего класса. И очень трудно различимая на фоне других звёзд. Но пока это лишь гипотеза. Солнце может иметь партнёра, но не сравнимого с ним во всех отношениях. Итак, возвращаемся к шаровым скоплениям. Мы уже несколько раз упоминали здесь рассеянные ско- пления и шаровые. Эти названия отражают внешний вид звёздных скоплений. Рассеянные скопления, как правило, слабо концентрированы, содержат несколько сотен, от силы – тысяч звёзд. А шаровые – это плот- ные, хорошо упакованные скопления из сотен тысяч и до миллиона звёзд. Но принципиальная разница не в этом. Они совсем по-разному населяют нашу Галакти- ку. Рассеянные скопления живут в галактическом дис- ке, где сегодня на наших глазах формируются звёзды. И мы можем проследить, как рождаются такие скопле- ния, как они живут и что с ними происходит в конце их эволюции. Нет сомнений, что рассеянные скопления – это группы звёзд, которые рождаются в недрах ги- гантских тёмных межзвёздных облаков. Межзвёздная материя, очень разреженная в среднем, в некоторых местах сконцентрирована в плотные облака. Там хо- лодно, туда не проникает звёздный свет, температура там около абсолютного нуля, примерно минус 270 гра- дусов. При таких «морозильных» условиях газ, лишён- ный давления, сжимается гравитацией и превращает- ся в отдельные звёздочки и звёздные коллективы. Ро- дившись в недрах массивного облака, скопление звёзд тут же начинает его разрушать. Звёзды разгораются, в них вспыхивают термоядерные источники энергии. Го- рячие звёзды разогревают окружающий их газ, его да- вление повышается, и он начинает распирать и в конце концов разрывает родительское облако, разбрасывая его остатки во все стороны. После этого новорождён- ный звёздный коллектив оказывается лишённым окру- жающего вещества. Какова его судьба? Сравнительно недавно мы это поняли. Оказалось, что многие годы астрономы не совсем верно представляли себе этот процесс. Дело в том, что наблюдать рождение звёзд в недрах облака невозмож- но, облако непрозрачно. Это абсолютно тёмный поле- вой мешок. Заглянуть туда с помощью обычного те- лескопа нет возможности. Недавно созданные инфра- красные телескопы помогли это сделать, мы впервые увидели процесс формирования и зарождения звёзд. До этого астрономы считали, что звёзды каким-то не- понятным образом, может быть, непонятной, связан- ной с иной физикой, силой, выбрасываются из газового облака. А теперь мы понимаем, что процесс имеет про- стое объяснение в рамках самой обыкновенной фи- зики. Звёзды разогревают газ, он разлетается, и вме- сте с ним уходит львиная доля массы, которая своей гравитацией сдерживала звёзды рядом друг с другом. Лишённые этого притяжения, звёзды, обладающие не- малыми скоростями, как пушечные ядра, разлетают- ся от места своего рождения, и уже через несколь- ко миллионов лет, а это очень короткий интервал по астрономическим меркам, они образуют расширяюще- еся облако новорождённых звёзд, которое мы называ- ем «звёздной ассоциацией». Теперь загадки в расши- рении таких ассоциаций нет. Но, скажем, в 1940-е и 50- е годы многие астрономы спорили и не соглашались друг с другом относительно источника энергии, разбра- сывающего молодые звёзды. Александр Гордон. А это единственный способ образования звёзд, или существуют другие? Владимир Сурдин. Этот главный. Существуют варианты, когда ро- ждается одиночная звезда. Но это второстепенный способ: может быть, один-два процента всех светил рождается уединённо. Как правило, они рождаются группами, очень плотными группами и затем расширя- ются. Быстрые звёзды разлетаются, а те, которые не обладали большими скоростями, остаются жить в ви- де компактного звёздного рассеянного скопления. Александр Расторгуев. Иногда на месте ассоциаций видно несколько молодых рассеянных скоплений. Владимир Сурдин. Тех ядер, которые не смогли расшириться. Ка- кова их судьба? Им уготована тоже недолгая жизнь, потому что в диске Галактики много причин, которые стремятся разрушить звёздное скопление. Физику это- го процесса можно представить себе очень просто, вспомнив, как живут молекулы воды в стакане. Там то- же происходит хаотическое движение атомов и моле- кул; время от времени некоторые из них покидают ста- кан с водой, испаряются, и количество жидкости в ста- кане уменьшается. В принципе, так же взаимодейству- ют друг с другом звёзды. Своим гравитационным по- лем они возмущают движение соседей и время от вре- мени заставляют их разгоняться до таких скоростей, что звезда покидает скопление, свой звёздный дом и уже никогда в него не возвращается. Можно назвать это «испарением звёздных скоплений». Так, одна за другой, звёзды уходят из своих скоплений, и каждое скопление становится всё меньше и меньше. В конце концов скопление полностью испаряется, и на его ме- сте остаётся, вероятно, одна двойная система. Александр Расторгуев. Или иерархическая система. Владимир Сурдин. Или иерархическая – с двумя, тремя, четырь- мя компонентами. Есть причины, которые «подогрева- ют» движение звёзд в скоплении, как, например, мож- но подогреть стакан с водой и заставить испаряться его ещё быстрее. Скажем, пролетая мимо массивного облака газа, скопление испытывает приливное возму- щение: как Луна вызывает прилив на поверхности Зе- мли и заставляет колебаться уровень океана, так же и пролетающее массивное тело заставляет изгибать- ся траектории звёзд в скоплении, заставляет их более интенсивно двигаться, а следовательно, более часто покидать такое скопление. Сегодня мы видим, что рас- сеянные скопления живут от силы 100 миллионов лет. Александр Расторгуев. Всё-таки, пожалуй, побольше. Несколько оборо- тов вокруг центра Галактики они вполне могут сделать. Владимир Сурдин. Некоторые могут. Но, как правило… Александр Расторгуев. Это зависит, конечно, оттого, насколько массив- но скопление. Чем массивнее скопление, тем относи- тельно медленнее оно теряет звёзды, и тем дольше живёт. Владимир Сурдин. Звёзды уходят в диск галактики, пополняют его население, а молодые скопления быстро гибнут. Александр Расторгуев. Кстати, о рассеянных скоплениях я бы вот ещё что хотел сказать: они распадаются, но звёзды, кото- рые из них уходят, движутся относительно центра ско- пления с малой скоростью. Скопление обращается по орбите, а за ним долгое время движется звёздный рой. Владимир Сурдин. Эта ситуация напоминает распад кометы в Сол- нечной системе. Когда комета распадается, пыль идёт за ней, и Земля время от времени проходит через эти пылевые конденсации. Александр Расторгуев. И даже в окрестностях Солнца есть следы бли- жайших скоплений. До Гиады 45 парсек, само скопле- ние Гиады – довольно компактное, порядка 10 парсек размером. А рядом с Солнцем есть несколько десят- ков звёзд, которые движутся точно с той же скоростью и точно в том же направлении, что и Гиады. Владимир Сурдин. Они когда-то покинули скопление Гиады. Александр Расторгуев. И таких потоков существует несколько десятков. То есть, это следы тех скоплений, которые либо распа- лись, либо уже ушли далеко от нас, но, тем не менее, они таким образом проявляются. Александр Гордон. У меня глупый вопрос есть. Зная траекторию движения Солнца или предполагая, что мы её знаем, нельзя ли найти какое-нибудь звёздное скопление, ко- торое являлось бы родиной, собственно, нашего све- тила? Владимир Сурдин. А вот не факт, что Солнце когда-то было членом звёздного скопления. Александр Гордон. Почему я и задаю этот вопрос. Есть ли другие механизмы образования звёзд? Владимир Сурдин. Существуют довольно ясные указания, что Солнце – не выходец из скопления. Живя в скоплении, звёзды тесно взаимодействуют друг с другом. Время от времени они сближаются, и если у звезды есть планет- ная система, то её соседки нарушают движение пла- нет, а порой и разрушают планетные системы друг у друга. Наша Солнечная система имеет огромный раз- мер. За орбитой Плутона мы видим астероиды, это так называемый Пояс Койпера, открытый недавно. За пре- делом этой области мы подозреваем существование огромного Облака Оорта, населённого кометами. Сол- нечная система имеет колоссальный размер. И сохра- нить всех своих «подчинённых» Солнце могло только в том случае, если оно никогда не входило в состав звёздного скопления. Вполне возможно, что Солнце – это вот такая особенная, редкая звезда, рождённая за пределами звёздного скопления. Во всяком случае, я в этом уверен. Александр Расторгуев. В этом что-то может быть. Александр Гордон. Тогда попытки искать сигналы, которые исходи- ли бы от звёзд, входящих в звёздную ассоциацию (я имею в виду тех людей, которые ищут сигналы, радио- астрономов), искать сигналы от разумной жизни, кото- рая там может существовать, бессмысленны, потому что у этих звёзд по определению не может быть пла- нетной системы. Александр Расторгуев. Во-первых, они молодые. Там жизнь просто не успела… Владимир Сурдин. Позвольте с вами не согласиться. Позвольте не согласиться, и вот почему. Если бы наша Солнеч- ная система была лишена Облака Оорта, была лише- на далёких планет – Плутона, Нептуна, даже Юпитера и Сатурна, хотя они очень красивые, а ограничивалась бы только Солнцем и околосолнечными планетами – Венерой, Землёй и Марсом, то биосфера, и жизнь, и разум на Земле развивались бы точно так же, как это происходило в истории Земли на самом деле. Александр Расторгуев. На это время нужно, на то, чтобы это всё разви- лось. Существуют старые рассеянные скопления, ведь самые старые рассеянные скопления имеют возраст 10 миллиардов лет, они старше Солнца. Там может быть. Владимир Сурдин. Я имею в виду, что маленькая Солнечная си- стема всё равно может быть прибежищем жизни. Лишь небольшой коридор температуры вокруг Солнца – от орбиты Венеры до орбиты Марса – позволяет развить- ся жизни в жидкой воде и так далее. Поэтому не нуж- но искать обширные солнечные системы, надо искать компактные. И в этом смысле привлекательны шаро- вые звёздные скопления, где миллион звёзд упакован в очень компактный объём. Их солнечные системы, имеющие скромный размер, ничем не худшее прибе- жище жизни, чем наша собственная Солнечная систе- ма. Более того, если говорить о связи с внеземными цивилизациями, то я предпочёл бы именно шаровые скопления. Почему? Александр Гордон. Понятно. Владимир Сурдин. У нас практически нет шансов ожидать пере- дачу, точно направленную в сторону Земли. Кто мы такие на фоне миллиардов других звёзд Галактики? Единственный шанс для нас услышать радиопереда- чу иного разума – это случайно подслушать её. А от- куда мы можем ожидать сигнал для подслушивания? Оттуда, где идут интенсивные радиопереговоры ме- жду звёздами. Так вот, шаровое звёздное скопление – прекрасное место для межзвёздной связи. Если рас- стояние от Солнца до Альфы Центавры – ближайшей к нам звезды – световые годы, то межзвёздные рас- стояния в шаровом скоплении – световые недели. За- дав вопрос, вы через неделю получаете ответ. Имен- но так можно наладить по настоящему активный диа- лог. Моя идея в том, что именно внутри шаровых ско- плений, где среди миллионов звёзд наверняка долж- ны найтись миры, населённые разумными существа- ми, именно там идёт интенсивный радиообмен. Поэто- му, направляя антенны именно на шаровые скопления, надо пытаться получить разумный сигнал. Может быть, мы слишком сильно забежали вперёд? Александр Гордон. Давайте вернёмся назад. Владимир Сурдин. Давайте вернёмся назад, чтобы обсудить ша- ровые скопления, как совершенно необычные объек- ты на фоне других звёздных скоплений. Представьте себе, диск Галактики населён десятками тысяч рассе- янных скоплений, которые на наших глазах рождают- ся и почти на наших глазах же умирают через какие-то сотни миллионов лет. И вот, на фоне этих быстро ро- ждающихся и умирающих звёздных скоплений астро- номы уже давно заметили около полутора сотен – все- го около полутора сотен! – очень старых шаровых ско- плений, населяющих не только галактический диск, но и весь объём Галактики, который гораздо больше, чем её газопылевой диск. По многим свойствам шаровые скопления отличаются от современных звёздных ско- плений. Прежде всего – возраст. Шаровые скопления даже на первый взгляд столь же стары, как наша Га- лактика в целом, но не исключено, что они ещё старше. Есть указание на то, что шаровые скопления родились до формирования Галактики. Александр Расторгуев. Мы с тобой пытались найти наблюдательные факты против этой гипотезы. И ничего не нашли. Владимир Сурдин. Да, не удалось, и это очень интересно. То есть, в составе нашей Галактики, кажется, есть звёздные си- стемы, которые должны помнить о том, как Галактика рождалась, и не только наша, но и соседние. В этом на- правлении мы проводим сейчас большую работу, пы- таясь выявить эти воспоминания, вытащить их из ди- намики движения, из «памяти», которая осталась у ша- ровых скоплений. Да и сама по себе эволюция шарово- го скопления – замечательная астрономическая про- блема. Дело в том, что с возрастом скопление стано- вится всё более центрально концентрированным. Об- мениваясь энергиями, одни звёзды получают большие скорости и уходят на периферию скопления, а другие – тормозятся и падают к его центру. Постепенно у ско- пления всё более и более возрастает плотность ядра. В конце концов, как показывают расчёты, происходит катастрофа. Кстати, впервые это заметил наш петер- бургский астроном Вадим Антонов, который теорети- чески показал, что ядро звёздного скопления долж- но приобрести за конечное время бесконечную плот- ность. Это чисто математический результат, который, конечно, нельзя воспринимать буквально… Александр Расторгуев. Он верен в теоретическом приближении, когда звёзды рассматриваются как тяготеющие материаль- ные точки. Владимир Сурдин. Конечно, это идеализация. Бесконечных плот- ностей не бывает в физической Вселенной. Значит, ка- кой-то процесс должен привести к чему-то особенно- му в центре шарового скопления. Многие годы астро- номы считали, что звёзды станут так близко, контакт- но подходить друг к другу, что начнут сливаться и пре- вращаться в одну «сверхзвезду». Были попытки найти в центрах шаровых скоплений гигантские звездообраз- ные ядра. Они не увенчались успехом. Тогда идея эво- люционировала на следующую стадию: сверхзвезда должна сколлапсировать и стать чёрной дырой. Давле- ние действительно может привести к её сильному сжа- тию. Эта идея, кажется, получила первое подтвержде- ние буквально в конце прошлого года, когда в ядре од- ного шарового скопления нашей Галактики и второго скопления в Туманности Андромеды – это соседняя с нами спиральная галактика – были найдены, если не сами чёрные дыры, то очень ясные индикаторы при- сутствия массивных чёрных дыр. Возможно, это очень редкий этап, редкий эпизод в жизни скопления, потому что в других мы чёрных дыр не находим. Но, во всяком случае, в этих двух, скорее всего, они есть. Причём, это не рядовые чёрные дыры: их масса в тысячи раз больше, чем масса нашего Солнца. Это сверхмассив- ные чёрные дыры, рядом с ними должны наблюдаться удивительные процессы. Но оказалось, что у большинства шаровых скопле- ний эволюция, дойдя до определённого этапа, как бы начинает прокручивать плёнку назад. Ядро скопления, достигнув определённой критической плотности, вдруг начинает вновь расширяться и редеть. В чём дело, разве могут звёзды отталкиваться друг от друга, ведь работает только притяжение. Оказывается, могут, и довольно эффективно. Дело в том, что при близком пролёте двух звёзд они могут образовать двойную си- стему. Приливные силы заставляют звёзды связывать- ся друг с другом и образовывать очень плотные двой- ные системы. А когда мимо такой двойной звезды про- летает третья звезда, между ними происходит актив- ное взаимодействие. Третье светило, пролетая мимо двух звёзд, объединённых в систему, получает боль- шую скорость и «выстреливается», как из рогатки, по- кидая место встречи с удвоенной, иногда – с утроен- ной скоростью. Порой происходят обмены: когда к си- стеме из двух лёгких звёзд подлетает более массивная звезда, двойная система может «поменять партнёра». Она выбрасывает из своего состава лёгкую звезду, а на её место захватывает более тяжёлую. Естествен- но, лёгкая звезда получает большую скорость, исполь- зуя ту энергию, которая принесла с собой подлетевшая тяжёлая звезда. Таким образом, в центре шарового скопления возникает своеобразный источник энергии. Звёзды, пролетая через плотное ядро, вылетают отту- да с большими скоростями. И этот источник энергии заставляет расширяться ядро, то есть, коллапс сменя- ется расширением. Похоже, что такая судьба ожидает большинство шаровых скоплений; быть может, через этот этап эволюции уже прошли многие скопления… Александр Расторгуев. Но он может быть и повторяющимся. Такие ци- клы сжатия и расширения. По крайней мере, расчёты это дают. Александр Гордон. Пульсация такая, да? Владимир Сурдин. Это интересный вопрос. Скажу два слова о рас- чётах, потому что здесь в последние годы произошёл большой прогресс. Ещё недавно исследовать динами- ку миллиона взаимодействующих тел было невозмож- но, наши компьютеры не позволяли это делать. Бу- квально в конце 1990-х годов астрономы Токийского университета создали специальный компьютер, кото- рый не умеет почти ничего: на нём нельзя играть в электронные игры, скажем, в шахматы. Он умеет толь- ко изучать взаимодействия звёзд друг с другом. Но это он делает с колоссальной скоростью и с высокой эф- фективностью. Это специализированная машина, на ней можно смоделировать миллиарднолетнюю эволю- цию скопления из миллиона звёзд, причём, не идеали- зируя их как математические точки, а приписав им раз- мер, массу, вращение, и посмотрев, как они физически общаются друг с другом, обмениваются массой, объ- единяются в двойные системы. Чрезвычайно интерес- но наблюдать, как этот компьютер прокручивает перед нами жизнь звёздного скопления, упаковав в несколь- ко часов расчётного времени миллиарды лет от рожде- ния до полного развала этой системы. И вот как раз в этих расчётах проявляется нестабильность ядра. Ядро шарового скопления может сжаться, потом расширить- ся, затем опять сжаться. И так происходит несколько раз, может быть, даже десятки раз в его жизни. Таким образом, мы его видим то похожим на молодое скопле- ние, то состарившимся, то, через несколько миллиар- дов лет, опять как бы омолодившимися. В этом смысле возраст скопления трудно понять, трудно измерить. Александр Гордон. Есть гипотезы возникновения шаровых звёзд- ных скоплений? Владимир Сурдин. О, к сожалению, их много. Александр Гордон. Но вы каких придерживаетесь? Владимир Сурдин. Мы пытаемся понять, какие из них более соот- ветствуют действительности. Дело в том, что на самом раннем этапе эволюции Вселенная была чрезвычайно однородна. Это не гипотеза. Это абсолютно надёжный факт, который следует из наблюдения реликтового из- лучения, а оно приходит к нам с колоссального рассто- яния, а значит, с огромным запаздыванием во време- ни. При красных смещениях около тысячи, то есть, ско- ростях удаления от нас, очень близких к скорости све- та, Вселенная была чрезвычайно однородна. Сегодня она очень неоднородна. Всё вещество Вселенной раз- делено на галактики, скопления галактик, внутри себя галактики разделены на звёзды, и так далее. Как про- изошло это деление вещества на отдельные фрагмен- ты – до сих пор загадка. Теория показывает, что первы- ми должны были рождаться объекты, чрезвычайно по- хожие на шаровые скопления. Именно в этом и состо- ит одна из гипотез их происхождения. Она утвержда- ет, что первый этап деления космического вещества, разбиения его на части, привёл к рождению объектов, похожих на шаровые скопления. Затем они, как изю- минки в тесте, рассеялись в довольно однородном ве- ществе, которое продолжало дробиться на всё более и более крупные фрагменты. И как хозяйка делает бу- лочки из теста с изюмом, так же природа делала из вещества Вселенной галактики, в состав которых уже входили «изюминки» – звёздные скопления. Казалось бы, чем больше получилась булочка, тем больше изю- минок должно в неё попасть. Чем больше галактика, тем больше должно быть в ней шаровых скоплений. Если это подтвердится, то гипотеза исходного рожде- ния шаровых скоплений получит право на жизнь. Александр Расторгуев. Не исключено, что это действительно так. В гигантских эллиптических галактиках – десятки тысяч шаровых скоплений. Владимир Сурдин. Но есть галактики, почти полностью лишён- ные шаровых скоплений, и в этом заключена большая проблема: куда делись шаровые скопления, которые должны были быть исходно в этих системах? Иссле- дуя этот вопрос, мы выяснили, что шаровые скопле- ния гибнут, сегодня мы об этом уже говорили, гибнут по разным причинам. Причём, гибнут с разной скоро- стью в зависимости оттого, в какую галактику они по- пали. Некоторые галактики, например, эллиптические, лишены плотного диска, поэтому они довольно бла- гополучны в смысле продолжительности жизни шаро- вых скоплений, которым уготована длительная жизнь, поскольку мало причин для их разрушения. А галак- тики вроде нашей – с плотным диском, населённым массивными газовыми облаками, – не лучшее место для жизни шаровых скоплений. В такой галактике ско- пление довольно быстро гибнет: пролетая мимо мас- сивных облаков газа или проходя сквозь плотный диск галактики, скопление испытывает мощный приливный удар и теряет свои звёзды. Иногда случаются столкновения звёздных скопле- ний друг с другом. Представьте себе: два шара по мил- лиону звёзд в каждом, встречаясь со скоростью 300– 400 километров в секунду, сталкиваются. Как вы дума- ете, что при этом происходит? Александр Расторгуев. Ничего! Они просто не чувствуют друг друга. Владимир Сурдин. Да, звёздные скопления – это «видимое ничто». Они пролетают друг сквозь друга, практически не за- мечая этого. Как раз такие столкновения не приводят к их разрушению. Но всё-таки время от времени звёзды внутри скоплений сталкиваются друг с другом, и это мы тоже исследуем в своей работе. В окрестностях Солнца звёзды очень редко сближаются друг с дру- гом, и нашему Солнцу в этом смысле ничего не грозит. Но в недрах шаровых скоплений, где расстояния ме- жду звёздами в сотни раз меньше – там столкновение звёзд довольно обычное дело, и астрономы пытаются это наблюдать. Столкновение двух гигантских газовых шаров со скоростью 300–400 километров в секунду – это должно быть грандиозное явление! В конце концов, не исключено, что и Солнце ко- гда-нибудь испытает такое столкновение. Кстати, мо- жет быть ситуация достаточно неожиданная в том смы- сле, что все обычные звёзды в околосолнечном про- странстве мы контролируем: знаем их траектории, зна- ем, когда они подойдут к Солнцу, и не ожидаем поэтому ничего катастрофического. А вот маленькие звёздоч- ки, уже прожившие свою жизнь, – белые карлики, ней- тронные звёзды – сжавшиеся, потерявшие свою све- тимость, – трудно контролировать, и они могут неожи- данно вынырнуть из темноты… Александр Гордон. Подобно астероиду… Владимир Сурдин. Да. И накануне такого столкновения, конечно, уже ничего нельзя будет предпринять. А катастрофа при этом может произойти весьма впечатляющая. Ска- жем, крохотный белый карлик, имеющий массу обыч- ной звезды, подлетев к Солнцу, будет играть роль за- пала, который воткнули в огромную массу динамита. Ведь Солнце само по себе – это огромный резервуар горючего, которое медленно, миллиард за миллиар- дом лет, сгорает и только поэтому не причиняет Земле никакого вреда. Но когда маленький карлик с огром- ной силой тяжести на своей поверхности, внедрится в Солнце, на его поверхности термоядерные реакции из богатого водородом солнечного вещества приобретут колоссальную эффективность, и Солнце взорвётся из- нутри. Я отнюдь не пугаю телезрителей, а просто рас- сказываю об одном из сценариев, который возможен не обязательно для нашего Солнца, но для одной из звёзд, на него похожих. И такие явления происходят, по крайней мере, в самых плотных из известных нам скоплений, которые расположены в ядрах галактик. Ак- тивные ядра галактик – это такие, где звёзды наиболее плотно упакованы и наиболее часто встречаются друг с другом. Александр Гордон. В этом смысле нам всё-таки повезло, потому что у нашего Солнца вероятность умереть естественной смертью выше, чем у любой звезды в центре звёздно- го скопления. Владимир Сурдин. Она стопроцентная. Но для астрономов всё-та- ки интереснее изучать звёзды в движении и в столк- новении. Только так мы можем увидеть, что же у них внутри, как работает та термоядерная фабрика, кото- рую пока нет возможности наблюдать. В этом смысле, мы радуемся, когда находим места, где звёзды стал- киваются, взаимодействуют, рвут друг друга на части. Это интересно, это позволяет понять многое из того, что пока загадка.
|
Специальный репортаж. Картина маслом
National Geographic: Место Жительства - Марс.
Кинохроника Парада Победы 24 июня 1945 г.
Механизмы адаптации у животных
Интеллект-видео. 2010. RSS
|
|