Калеб Шарф - Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной
Гигантское небесное тело вроде Юпитера отражает свет Солнца и к тому же испускает из своих разогретых недр ровное инфракрасное излучение. Но максимальное количество электромагнитной энергии, исходящее от самой яркой планеты Солнечной системы, составляет всего одну миллиардную от излучения нашего Солнца. И планеты вроде Земли, горячее, но гораздо меньше Юпитера, выглядят так же жалко. Нам кажется, что Луна яркая, а на самом деле это просто оптический обман, вызванный нашим взаимным положением. Поверхность Луны на самом деле отражает всего процентов десять солнечного света, который на нее попадает – примерно столько же, сколько кусок угля. Нам кажется, будто она яркая, просто потому, что она близко, и потому, что солнечный свет на том расстоянии, где мы находимся, еще ярок.
Если бы мы взглянули на Солнечную систему с расстояния, измеряемого световыми годами, то планеты вроде Юпитера и Земли были бы не видны, их затмило бы сияние рассеянного солнечного света, словно пылинки при ослепительной фотовспышке. Чтобы непосредственно увидеть эти миры, нужны очень мощные телескопы и всевозможные оптические ухищрения, а подобные технологии пока что лишь маячат на нашем горизонте. Однако есть и другие способы увидеть иные планеты или ощутить их присутствие, пробившись за слепящую завесу звездных систем.
Об одном из подходов я уже упоминал, о нем подозревал еще Исаак Ньютон. Он отметил, что сами звезды тоже вращаются по орбите вокруг центра масс или точки равновесия системы. В отсутствие планет эта точка совпадает с центром звезды, но если планеты есть, их гравитационное поле смещает всю систему к какой-то другой точке. Более того, сама эта позиция зачастую непостоянна, поскольку планеты скользят по орбитам и оказываются в разных местах, и от этого точка равновесия тоже вынуждена сдвигаться.
Иначе говоря, если у звезды есть планеты, она колеблется, и ее колебания меняются со временем. Возможно, вы даже можете наблюдать это непосредственно – заметить, как звезда еле-еле заметно движется туда-сюда по небу. Однако если вы прибегнете к помощи эффекта Допплера[86], результат будет несколько лучше: о наличии планет вам подскажет изменение частоты – то есть цвета – светового излучения при движении звезды к нам и от нас.
Однако зарегистрировать это по-прежнему трудно, хоть плачь. Планета вроде Земли вызывает движение Солнца всего на десяток-другой сантиметров в секунду, и проявляется это маятникообразное движение лишь за период около года. Юпитер послужил бы нашей цели немного лучше. Он способен смещать Солнце примерно на 12 метров в секунду, однако рисунок этих колебаний размазан по десяти годам, за которые Юпитер совершает оборот по орбите. Нужно быть очень упорным и терпеливым наблюдателем, чтобы заметить его.
Мало этих трудностей: поверхность звезды – место очень неспокойное, пылающий и сияющий газ постоянно вздымается и опадает. Местные колебания вполне могут превосходить по силе более плавное и мерное движение, вызванное гравитацией планет, и еще сильнее смазать данные наблюдаемого солнечного света.
Задача эта не для слабонервных. Звездный свет, который улавливают мощные телескопы, нужно расщепить на тысячи составляющих его частот – примерно так свет преломляется в стеклянной призме и получается радуга. Астрономы должны выявить трудноразличимые маркеры – специфические спектральные свойства электронов, скачущих в атомах, которые составляют звезду, и пользоваться полученными величинами как линейкой. Поэтому сами маркеры нужно измерить необычайно точно, тщательно исследовать и на их основании произвести тщательную оценку скорости объекта весом в тысячи триллионов тонн, который движется, быть может, медленнее пешехода.
* * *Искать планеты можно и другими способами, не менее сложными, поскольку опираются они как на умение, так и на везение. Иногда планетные системы ориентированы таким образом, что отсюда, с Земли, видно, как планеты вращаются вокруг родительских звезд, заслоняют их[87] и перегораживают несколько долей процента света звезды, доходящего до нас. Если это заметить – а потом заметить еще раз, при следующем витке по орбите, и при следующем тоже, – можно сделать вывод о наличии этих крошечных пятнышек и даже об их размерах.
Реже признаком наличия планет становятся искажения пространства-времени вокруг звездных систем (к тому же их труднее регистрировать и интерпретировать): гравитационные поля искривляют световые лучи – следствие релятивистской природы Вселенной. Если свет более далекой звезды проходит в нужной точке звездной системы, оказавшейся между нами, он ведет себя так, словно в пространстве подвешена линза. Этот свет ненадолго усиливается и вспыхивает, и вспышку видно несколько дней, а затем оптическая конструкция рассыпается из-за круговорота небесных тел. Гравитационную линзу[88] может создавать и одинокая звезда, но стоит добавить планеты, и характер вспышки меняется, а по его изменениям можно сделать выводы об этих планетах, их орбитах и массах.
Все эти способы изобилуют трудностями, и долгая история попыток обнаружить планеты вокруг звезд полна неудач и обманутых надежд. Однако ко второй половине ХХ века астрономические методы достигли такого уровня, что целый ряд отважных и упорных ученых[89] сочли, что обладают достаточно реалистичной базой для обнаружения крошечных темных крупиц-планет вокруг далеких звезд. То есть было показано, что планеты все-таки существуют – конечно, это и раньше считалось весьма вероятным, однако оставались досадные сомнения. Но вот что интересно: большинство этих ученых пребывали в убеждении, что если они что-то и найдут, это будет что-то донельзя скучное. В сущности, они представляли себе копии нашей Солнечной системы, знакомые разновидности планет в знакомых сочетаниях. Хотя современные писатели-фантасты постоянно изобретали что-то из ряда вон выходящее, ничуть не хуже авторов «Тысячи и одной ночи», а то и куда более сенсационное, исследователи не искали подобные планеты. Гипотетические планеты и орбиты, которые представляли себе астрономы, ничем особым не отличались – все они были более или менее похожими копиями нашего непосредственного окружения.
А достаточно смелые гипотезы держались на периферии – отчасти именно из-за вполне понятного научного консерватизма. К тому же нас довольно долго сбивало с толку неверное толкование принципа Коперника. Раз мы не занимаем никакого особого положения в центре мироздания, разумно предположить, что в других местах все точно так же, как у нас. Если мы всего-навсего заурядная планетная система при заурядной звезде, резонно ожидать, что остальные планетные системы похожи на нас. В итоге к концу ХХ века мы, в сущности, высматривали планеты вроде Юпитера или Сатурна. Это должны были быть массивные небесные тела, медленно вращающиеся по большим орбитам и обеспечивающие очень вялый, но все же заметный танец при движении их звездных родительниц. А найти планеты размером с Землю нечего было и думать – в то время чувствительность оборудования этого не позволяла, хотя не оставалось сомнений, что конечной целью любого ученого, пусть и невысказанной, были именно такие миры.
Кроме того, наша Солнечная система оставалась единственным лекалом для теорий формирования планет. Научные представления о происхождении планет из газа и пыли в межзвездном пространстве, разумеется, менялись с течением веков. Однако ко второй половине ХХ века был выявлен механизм, с которым научный мир в целом согласился. Как я уже писал, налицо были веские физические причины, почему планеты могут формироваться из огромного газово-пылевого диска, окружающего сжимающееся, слипающееся вещество туманности, из которого рождается звезда. А у Солнечной системы весьма определенная структура: мелкие каменистые планеты формируются ближе к горячему Солнцу, а большие газово-ледяные отстоят от него дальше. Таков был и остается образец, по которому теоретически формируются новые миры.
* * *Выйти за рамки этих представлений было очень трудно. Есть даже красивое эмпирическое численное правило, так называемое правило Тициуса-Боде[90], выведенное еще в XVIII веке, которое предсказывает расстояния планет от Солнца на основании всего лишь простой алгебраической последовательности. Это последовательность 0, 3, 6, 12, 24, 48, 96, 192, в которой каждый член после 3 вдвое больше предшествующего. «Волшебная» формула состоит в том, чтобы прибавлять к каждому члену 4, а затем делить на 10 – и получается среднее расстояние от планеты до Солнца в астрономических единицах (одна астрономическая единица – это расстояние от Земли до Солнца). Числа, которые получаются по этой формуле, близки к реальности, но все же не точны. Эта закономерность наводит на мысль о наличии какого-то более глубокого принципа, своего рода фундаментального, возможно, даже универсального закона, по которому формируются и выстраиваются планеты. Так и есть – если не вдумываться.
