Лев Мухин - В нашей галактике
Размеры ее огромны. Световой луч, идущий из центра Галактики к ее краю, будет путешествовать около 50 тысяч лет, и, следовательно, диаметр Галактики составляет примерно 100 тысяч световых лет. Толщина ее около 10 тысяч световых лет.
Примерно посередине между центральной частью Галактики и ее периферией, между спиральными ветвями, или, как еще говорят, спиральными рукавами, находится наша Солнечная система. Она обращается вокруг центра Галактики с немалой скоростью — около 200 километров в секунду и поэтому полный оборот по «галактической» орбите завершает примерно за 270 миллионов лет.
Нельзя сказать, что наша Солнечная система лежит уж совсем на окраинах Галактики, но, конечно, мы достаточно далеки и от ее центра. Быть может, как раз в этом наше счастье: ядра галактик могут взрываться, так что положение Солнечной системы на почтительном расстоянии от центра Галактики имеет свои преимущества.
Итак, многие миллиарды звезд только в нашей Галактике и миллиарды миллиардов в доступной для наблюдения части Вселенной. И если рождение звезд — процесс более или менее универсальный, хотя отнюдь не понятый до конца, то уж их жизнь, а тем более смерть происходят совсем по-разному. Сегодня с уверенностью говорят о том, что есть звезды-монстры — гравитационные могилы, из которых не может вырваться даже луч света, их называют черными дырами. Есть чудовищные нейтронные звезды диаметром всего лишь с десяток километров, но с плотностью, превосходящей плотность атомных ядер. Нейтронные звезды образуются из взрывающихся сверхновых звезд. Интересно, что теоретики сначала предсказали существование нейтронных звезд, и лишь тридцать лет спустя они были обнаружены с помощью радиотелескопа аспиранткой известного английского радиоастронома профессора А. Хьюиша — Д. Белл.
История науки знает немало примеров, когда работу делает один человек, а лавры достаются другому или другим. Вспомним хотя бы драматическую историю Р. Франклин, связанную с открытием двойной спирали ДНК. Загляните в книгу Д. Уотсона «Двойная спираль», и вам станет ясно, что страсти в мире науки по своему накалу не уступают страстям героев Шекспира.
Итак, Д. Белл открыла вращающиеся нейтронные звезды — пульсары. За это открытие А. Хьюишу присудили Нобелевскую премию, пока единственную за исследование в области астрофизики. Ну а что же мисс Белл? Ее имя известно сегодня любому человеку, интересующемуся астрофизикой.
Теперь два слова о сравнительных размерах звезд.
Мы уже говорили, что диаметр нейтронной звезды около 10 километров, она в тысячу с лишним раз меньше Земли. Черные дыры могут быть еще меньше. Есть звезды и побольше, но и их называют карликами потому, что, скажем, радиус так называемого белого карлика в сотню раз меньше радиуса нашего Солнца. А наряду с карликами существуют гиганты и сверхгиганты, как Бетельгейзе — красный сверхгигант. Звезды такого типа в тысячу раз больше Солнца.
Какое же место среди разнообразного мира звезд занимает Солнце? Наше царственное светило, к сожалению, всего лишь желтый карлик. Да, желтый карлик, небольшая звезда, названная так только из-за своего цвета и размеров, или, пользуясь Гарвардской классификацией, звезда спектрального класса G2. Спектральные классы звезд обозначаются буквами O, В, A, F, G, К, M. Звезды классов O и B большие и горячие. Температура голубых звезд спектрального класса O достигает 50 тысяч градусов, а температура красного карлика класса M — всего лишь 3 тысячи.
Интересно, что английские студенты, чтобы запомнить последовательность букв, обозначающих классы звезд, придумали удобное мнемоническое правило — фразу, в которой первые буквы слов соответствуют спектральной последовательности звезд: «О, be a fine girl, kiss me!» («Будь хорошей девочкой, поцелуй меня»). Ясно, что любой студент легко запомнит такую фразу. Правда, известный советский астроном профессор Б. Воронцов-Вельяминов считает, что легче запоминаются абсурдные, нелепые фразы, например: «Один бритый англичанин финики жевал, как морковь».
Температура нашего Солнца около 6 тысяч градусов в его поверхностных слоях, и именно поэтому на третьей от Солнца планете может существовать жизнь. Будь вместо Солнца в центре нашей системы более горячая звезда, скажем спектрального класса В, ни о каких формах жизни на Земле не могло бы быть и речи. Но давайте проследим за рождением нашей звезды.
Рождение желтого карлика
Сейчас построено множество теоретических моделей рождения звезд, и все-таки к рассказу о «первых минутах творения» светила нужно относиться с известной осторожностью. Сравнительно недавно в Ницце происходила международная конференция, посвященная происхождению Солнечной системы. Там выступили с докладами о рождении Солнца два известных астрофизика — А. Камерон и Р. Ларсон. После доклада Ларсона встал Камерон и заявил, что он «восхищен докладом доктора Ларсона», но что на самом деле в природе, по его мнению, все происходило иначе. Думаю, что по поводу доклада Камерона Ларсон мог бы сказать то же самое.
О смерти звезд науке известно больше, чем об их рождении, и, наверное, это естественно. Недаром издавна рядом со словом «рождение» стоит слово «таинство». Проблема рождения звезд приобрела особенную актуальность после того, как астрономам стало известно, что массивные звезды, к примеру, раз в десять тяжелее Солнца, живут около 10 миллионов лет.
Казалось бы, ничего страшного: 10 миллионов лет — немалый срок!
Все дело в том, что возраст нашей Галактики в тысячу раз больше этого срока — не менее 10 миллиардов лет. А из этого простого сопоставления немедленно вытекает принципиальное следствие: звезды рождаются в Галактике непрерывно. Простые оценки показывают нам следующее. Астрофизикам хорошо известно, что каждый год в нашей Галактике «умирает» как минимум одна звезда. И если бы все звезды образовались одновременно, все они к сегодняшнему дню должны были бы «умереть». Поскольку мы все-таки можем любоваться россыпями звезд на ночном небе, ясно, что в Галактике идут процессы, компенсирующие смерть звезд, — их рождение.
Итак, посмотрим, как ведут себя облака газопылевой материи в Галактике. Почему именно облака? Это достаточно сложный вопрос. Теоретические расчеты показывают, что изначально однородная диффузная материя в конце концов разбивается на отдельные сгущения, которые и получили название газопылевых облаков. Сейчас нам с вами придется говорить о непростых вещах, происходящих в мире звезд. И поэтому мы должны будем обратиться к физике. Эта наука (вспомним мнение Р. Фейнмана) претендует на то, чтобы объяснить все явления, происходящие в природе. Но современной физике немногим больше 200 лет (если приурочить ее рождение к работам великого И. Ньютона), а природа «работает» миллиарды лет. Поэтому нет ничего удивительного в том, что число загадок, оставшихся для физиков к сегодняшнему дню, не создает проблемы безработицы в этой области.
В физике есть такое понятие, как неустойчивость. Самый простой пример неустойчивости: шар на вершине арки. Ясно, что при определенной сноровке мы можем добиться того, чтобы шар остался в верхней точке арки. Но его положение будет неустойчивым. Достаточно легкого прикосновения, и шар покатится вниз, особенно в том случае, если арка крутая.
Наше облако при определенных условиях тоже может стать неустойчивым. Что это значит? Огромное облако размером, скажем, в десять световых лет начнет вдруг сжиматься под влиянием собственной гравитации. Через некоторое время оно разобьется на ряд плотных (конечно, относительно плотных) сгустков. Астрофизики считают, что именно из этих сгустков и рождаются отдельные звезды. Но собственно говоря, почему из холодного облака при сжатии должна образоваться горячая звезда?
Попробуем разобраться в этом вопросе.
Уже сотни лет назад на Зондских островах и в особенности на Калимантане туземцы умели добывать огонь при помощи устройства, позже получившего название пневматической зажигалки. Что это такое? В деревянном цилиндре высверливалось отверстие небольшого диаметра, в котором могла перемещаться палочка, а на конце ее прикреплялся кусочек трута. Зазор между стенками отверстия и палочкой был очень маленький. Когда палочку вставляли в отверстие и быстро опускали, трут загорался. Почему? Да потому, что воздух, находившийся внутри, сжимался, а энергия сжатия превращалась в тепло. Кстати, на этом же принципе — превращения энергии сжатия газа в теплоту — работают дизельные двигатели. Здесь есть еще один тонкий момент. Чтобы получить достаточно высокую температуру, палочку нужно было двигать быстро, иначе тепло успело бы рассеяться.
Законы физики одинаковы и для пневматической зажигалки малайцев, и для двигателя Дизеля, и для огромного межзвездного облака. Вот почему при сжатии облако начнет нагреваться. Вот почему возможно образование горячей звезды из холодного облака. Ну а энергия сжатия облака во многие миллиарды раз больше, чем во всех дизельных двигателях земного шара.
