Нил Тайсон - Смерть в черной дыре и другие мелкие космические неприятности
Глава семнадцатая
Космос в цвете
Лишь у считанных объектов на ночном небосклоне Земли хватит яркости, чтобы возбудить чувствительные к цвету колбочки – клетки нашей сетчатки. На это способна, например, красная планета Марс. И голубая звезда-сверхгигант Ригель (правое колено Ориона), и красная звезда-сверхгигант Бетельгейзе (левая подмышка Ориона). Однако помимо этих выдающихся светил ничего, пожалуй, и не назовешь. Невооруженному глазу космос предстает темным и бесцветным.
Вселенная являет свои подлинные цвета, лишь если нацелить на нее большие телескопы. Светящиеся объекты вроде звезд бывают трех основных цветов – красные, белые и голубые; наверное, этот факт порадовал бы отцов-основателей. Межзвездные газовые облака могут быть практически любых цветов в зависимости от того, какие в них присутствуют химические элементы, а также от того, как их фотографируют, а вот цвет звезды прямо зависит от температуры на поверхности. Холодные звезды красные. Теплые звезды белые. Горячие звезды голубые. Очень горячие звезды все равно голубые. А очень-очень-очень горячие – ну, вроде центра Солнца, где 15 миллионов градусов? Голубые. Для астрофизика и раскаленная докрасна кочерга, и накаленная добела обстановка – понятия, требующие серьезного уточнения.
Казалось бы, все просто. Но так ли это?
В результате сговора между астрофизическими законами и человеческой физиологией зеленые звезды оказались запрещены. А как же желтые звезды? Некоторые учебники астрономии, многие научно-фантастические романы и рассказы и практически любой прохожий на улице поддерживают движение «За желтое Солнце». Однако профессиональные фотографы руку дадут на отсечение, что Солнце голубое: пленка для съемки «при дневном свете» сбалансирована по цветам с расчетом на то, что источник света – по всей видимости, Солнце – испускает голубой свет. Старомодные фотовспышки в виде кубиков из синих ламп – всего лишь одна из множества попыток воссоздать голубой солнечный свет при съемке в закрытом помещении с использованием пленки для дневного света. А художники-пейзажисты возразят, что Солнце чисто-белое и тем самым позволяет им точно видеть цвета выбранных
красок.
Нет никаких сомнений, что вблизи от пыльного горизонта на восходе и закате Солнце бывает подернуто желто-оранжевой патиной. Однако в полдень, когда атмосферное рассеяние минимально, о желтом мы и не вспоминаем. На самом деле источники подлинно желтого цвета окрашивают белые предметы в желтый. Так что будь Солнце по-настоящему желтым, снег тоже казался бы желтым, даже вдалеке от пожарных гидрантов.
* * *Для астрофизика «холодные» объекты – это объекты с температурой на поверхности между 1000 и 4000 градусов по Кельвину, которые в целом описываются как красные. Однако нити накаливания в высоковольтных лампах редко разогревается больше чем до 3000 градусов по Кельвину (при 3680 К вольфрам уже плавится) – а с виду они белые-белые. Ниже 1000 градусов предметы стремительно теряют яркость в видимой части спектра. Космические тела с такой температурой называются коричневыми карликами. И не потому, что они коричневые, – они вообще почти не испускают видимого света.
Раз уж мы об этом заговорили, черные дыры тоже не совсем черные. На самом деле они очень медленно испаряются, поскольку испускают очень маленькие количества света с края горизонта событий – этот процесс описал физик Стивен Хокинг. В зависимости от массы черной дыры она может испускать свет в любой форме. Чем меньше черные дыры, тем быстрее они испаряются, а потом им приходит конец, что знаменуется бешеной вспышкой энергии, а также видимого света.
* * *Современные иллюстрации к научным и научно-популярным текстам, которые показывают по телевизору и печатают в книгах и журналах, зачастую сделаны с помощью искусственной палитры цветов. Особенно в этом преуспели создатели телевизионных прогнозов погоды – они обозначают, скажем, ливневые дожди одним цветом, а просто дожди – другим. Когда астрофизики создают изображения космических объектов, то обычно приписывают шкале яркостей этих объектов произвольный набор цветов. Например, самые яркие объекты обозначают красным, а самые тусклые – синим. Поэтому те цвета, которые вы видите, не имеют никакого отношения к подлинному цвету объекта. Как и в метеорологии, некоторые из этих изображений окрашены в цвета, имеющие отношение к каким-то другим качествам, например к химическому составу или температуре объекта. И совсем не редкость – изображение спиральной галактики, раскрашенное в соответствии с вращением: то, что движется на зрителя, окрашено разными оттенками синего, то, что движется от него, – разными оттенками красного. В этом случае выбор цветов заставляет вспомнить синий и красный допплеровский сдвиг, выдающий движение объекта.
На карте знаменитого реликтового излучения некоторые области теплее среднего. И, разумеется, некоторые холоднее, как же иначе. Диапазон составляет одну стотысячную градуса. Как отразить этот факт? Сделать теплые участки красными, а холодные синими – или наоборот. Так или иначе, очень маленькие колебания температур на изображении будут бросаться в глаза и казаться очевидными.
Иногда широкая публика видит полноцветное изображение космического объекта, который был сфотографирован в невидимом диапазоне, например в инфракрасном или в радиодиапазоне. Как правило, в таких случаях мы приписываем три цвета – обычно классические красный, зеленый и синий (палитра «RGB») – трем разным участкам спектральной полосы. В результате подобных упражнений полноцветное изображение строится так, словно мы от природы обладаем способностью видеть цвета в этих невидимых частях спектра.
Из всего этого следует, что обычные, обиходные цвета вполне могут значить для ученых совсем не то, что для всех прочих. В тех случаях, когда астрофизики решают говорить прямиком, без метафор, у них есть инструменты и методы, которые позволяют определить, какой именно цвет испускается или отражается от того или иного объекта, и не зависеть от вкусов художника или от капризов человеческого цветовосприятия. Однако подобные методы не делают скидок на неподготовленного зрителя. При построении изображений используются логарифмические отношения интенсивностей испускаемого объектом излучения в разных фильтра, которые выстроены в тщательно продуманную систему, учитывающую, кроме всего прочего, зависимость чувствительности детектора от энергии регистрируемого света. Видите, я же предупреждал, что мы не делаем скидок на неподготовленность. Когда отношение интенсивностей, скажем, уменьшается, объект на компьютерном изображении становится более голубым независимо от того, какого «цвета» он был изначально.
* * *С кем капризы человеческого восприятия сыграли злую шутку – так это с состоятельным американским астрономом-любителем и большим фанатом Марса Персивалем Лоуэллом. На рубеже XIX и XX столетий он сделал очень подробные зарисовки поверхности Марса. Чтобы делать подобные наблюдения, нужно, чтобы воздух в обсерватории был сухой и неподвижный – тогда свет от планеты не исказится и не смажется на пути к твоей сетчатке. Потому-то Лоуэлл в 1894 году и основал Обсерваторию Лоуэлла, крупнейшую частную обсерваторию в США, в засушливой Аризоне, на вершине Марсианского холма. Богатая железом, ржавая поверхность Марса выглядит красной при любом увеличении, однако Лоуэлл заметил на ней еще и много зеленых пятен, а также переплетение каналов – по крайней мере, именно так он описал их и зарисовал: по его мнению, это были искусственные водоводы, предположительно построенные самыми настоящими живыми марсианами, которые стремились доставить драгоценную воду от полярных ледников в свои города, деревни и сельскохозяйственные угодья.
По поводу вуайеристской страсти поглядывать за инопланетянами у Лоуэлла мы сейчас распространяться не будем. Давайте лучше побеседуем о каналах и зеленых пятнах растительности. Персиваль, сам того не ведая, стал жертвой двух широко известных оптических иллюзий. Во-первых, человеческий мозг практически всегда стремится выделить какую-то визуальную закономерность даже там, где никакой закономерности нет. Ярчайший пример – это созвездия в небе: результат игры воображения сонных обывателей, которые искали порядок в случайных группах звезд. Подобным же образом мозг Лоуэлла интерпретировал никак не связанные между собой особенности поверхности и атмосферы Марса и решил, что это осмысленные крупномасштабные конструкции.
Вторая иллюзия состоит в том, что серый цвет рядом с рыжевато-красным кажется сине-зеленым: этот эффект первым заметил французский химик М. Э. Шеврель еще в 1839 году. Поверхность Марса сплошь тускло-красная с отдельными участками серо-коричневого. А сине-зеленый появился в результате физиологического эффекта: область нейтрального цвета по контрасту с рыже-оранжевым кажется глазу синевато-зеленой.
