Жизнь звёзд

    Тема: "Жизнь звёзд".

    Чтобы приготовить яблочный пирог, нужна мука, яблоки, ещё кое—какие мелочи и горячая печь. Все ингредиенты состоят из молекул – сахара, к примеру, или воды. Молекулы, в свою очередь, состоят из атомов: углерода, кислорода, водорода и небольшого количества других. Откуда появились эти атомы? За исключения водорода, все они образовались в звёздах. Звёзды – это своеобразные кухни, где из атомов водорода готовятся более тяжёлые элементы. Звёзды конденсируются из межзвёздного газа и пыли, которые состоят в основном из водорода. А сам водород возник во время Большого Взрыва, положившего начало космосу. Если вы хотите сделать яблочный пирог «с нуля», Вам для начала придётся изобрести Вселенную.
    Предположим, Вы взяли яблочный пирог и разрезали пополам; возьмите один из двух кусков и поделите его; продолжайте в духе Демокрита. Сколько разрезов придётся сделать, прежде чем мы получим отдельный атом? Ответ: примерно девяносто разрезов. Конечно, нет ножа, к тому же пирог будет крошиться, а уж атомы в любом случае слишком мелкие, чтобы их удалось разглядеть невооружённым глазом. М всё же есть один способ. Впервые природа атомов была понята в Кембриджском университете в Англии в 1880—1920—х годах отчасти бомбардировки одних атомов фрагментами других и наблюдения за результатами. Обычный атом обычно окружён облаком электронов. Как подсказывает их название, электроны несут электрический заряд. Более или менее произвольно этот заряд стали считать отрицательным. Электроны определяют химические свойства атома: блеск золота, холод железа, кристаллическую структуру алмаза. Глубоко внутри атома, тщательно укрытое электронным облаком, расположено ядро, состоящее из положительно заряженных протонов и электрически нейтральных нейтронов. Атомы очень малы – сто миллионов штук, выложенные в ряд, займут не больше кончика Вашего мизинца. Но ядро ещё в сто тысяч раз меньше, и в основном, поэтому для их открытия понадобилось столько времени*. Как бы то ни было, б;льшая часть массы атома сосредоточена в его ядре; по сравнению с ядром электроны – это просто облако подвижного пуха. Атомы по большей части пустое пространство. Материя построена в основном из пустоты.

    *Кратко.

    *Первоначально считалось, что протоны равномерно расположены по всему электронному облаку, а не сконцентрированы в положительно заряженном ядре, центре атома. Ядро было открыто в Кембридже Эрнестом Резерфордом, когда он заметил, что некоторые бомбардирующие частицы отскакивают в направлении, обратном тому, откуда они прилетели. Резерфорд признавался: «Это было самое невероятное событие, которое случилось со мной за всю мою жизнь. Оно оказалось столь же немыслимым, если бы Вы выстрелили из 15—дюймового артиллерийского орудия в тонкую бумажную салфетку, а снаряд отскочил бы от неё и попал в Вас».

    Я состою из атомов. Мои локти, опирающиеся на стол, тоже состоят из атомов. И сам стол состоит из атомов. Но если атомы такие маленькие и пустые, а их ядра ещё меньше, то почему стол удерживает меня? Почему так любил спрашивать Артур Эддингтон*, ядра, сосредоточенные в моём локте, не проскользнут без всякого усилия мимо ядер, находящиеся в столе? Почему я не оказываюсь на полу? Почему не проваливаюсь сквозь землю?

   *Кратко.

    *Эддингтон (Eddington), Артур Стенли (1882—1944) – английский астрофизик. Автор по внутреннему строению и эволюции звёзд, теории относительности, релятивистской космологии. Экспериментально подтвердил (1919) отклонение светового луча в поле тяготения Солнца, предсказанное общей теорией относительности Эйнштейна.

    Всё дело в электронных облаках. Снаружи атомы моего локтя имеют отрицательный электрический заряд. То же самое относится и к атомам стола. Но отрицательные заряды отталкиваются, как и положительные. Мои локти не проваливаются сквозь стол потому, что ядра окружены электронами, и потому, что электрическое взаимодействие достаточно сильное. Наша повседневная жизнь зависит от строения атома. Стоит убрать электрические заряды, и всё рассыплется в тончайшую, невидимую пыль. Без электрического взаимодействия в мире не было бы предметов – только диффузные облака электронов, протонов и электронов да гравитирующие шары из элементарных частиц – безликие остатки миров.
    Мысленно продолжая резать яблочный пирог на части меньше атома, мы сталкиваемся с бесконечно малым. Устремляя взгляд в ночное небо, мы сталкиваемся с бесконечно большим. Эти бесконечности представляют собой неограниченное повторения, длящееся не просто долго, но вечно. Если встать между двумя зеркалами, например в парикмахерской, видишь множество собственных изображений, каждое – отражение другого. Вы не сможете увидеть бесконечное число отражений, потому что зеркала не идеально плоские и не строго параллельны друг другу; поэтому, что свет распространяется не бесконечно быстро; а ещё потому, что Вы сами находитесь на его пути. Когда мы говорим о бесконечности, то мы имеем в виду количество, которое превосходит любое наперёд заданное число, независимо от того, насколько оно велико.
    Американский математик Эдвард Кейнсер однажды попросил своего девятилетнего племянника подумать название для одного чрезвычайного числа десять в сотой степени, единицы, за которой следует сто нулей. Мальчик назвал его «гугол» (googol) (кстати, это название современного мощного поискового сервера). Вот оно, это то самое число: 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000. Вы тоже можете свои очень большие числа и назвать их какими—нибудь странными именами. Попробуйте. В этом занятии есть определённая привлекательность, особенно если Вам девять лет.
    Если гугол кажется Вам большим числом, то, что Вы скажете про гугоплекс? Это десть в степени гугол, то есть единица, за которой следует гугол нулей. Для равнения: общее количество атомов в нашем теле – около десяти в двадцать восьмой степени, а полное количество элементарных частиц (протонов, нейтронов и электронов) в наблюдаемой части Вселенной – примерно десять в восьмидесятой степени. Если бы Вселенная была плотно набита*нейтронами, так, чтобы нигде в ней не осталось пустого места, то она вместила бы всего десять в сто двадцать восьмой степени частиц – лишь немногим больше гугола, но ничтожно мало с гугоплексом. Но даже такие числа, как гугол и гугоплекс, не позволяют приблизиться к идее бесконечности. По сравнению с ней они бесконечно малы. Гугоплекс столь же далёк от бесконечности, как единица. Мы можем записать гуголплекс  на бумаге, однако это будет безнадёжная попытка. Лист бумаги, достаточный для выписывания всех нулей гуголплекса, не поместился бы в известной нам Вселенной. Но к счастью, есть более простой и очень короткий способ записи гуголплекса – это десять, возедённое в степень десятую в десятой степени – и даже для бесконечности: [;].

    *Кратко.

    *Идея подобных вычислений очень стара. Вот как начинается книга Архимеда «О числе песчинок»: «Некоторые думают, о, царь Гелон, что количества песка бесконечно в своей множественности. Я имею в виду не тот песок, что можно найти вокруг Сиракуз и на всей остальной Сицилии, но так же тот, что можно найти в любом другом месте, населённом или необитаемом. И опять же есть такие, кто хоть и не считает его бесконечным, всё же думает, что нельзя назвать число, которое было бы достаточно велико, чтобы выразить его множество». Затем Архимед не только называет такое число, но и определяет его значение. Далее он спрашивает, сколько крупинок песка, плотно уложенных одна к другой, поместится в известной ему Вселенной. Оценка Архимеда составляет десять в шестидесяти третьей степени, что соответствует примерно десять в восьмидесяти третьей степени атомов – забавное совпадение с современной оценкой.

    В подгоревшем яблочном пироге пригар состоит в основном из углерода. Девяносто разрезов – и Вы получите атом углерода с шестью протонами и шестью нейтронами в ядре и шестью электронами в облаке. Если мы извлечём из него кусок ядра, состоящий, например, из двух протонов и двух нейтронов, то будет уже не ядро углерода, а ядро атома гелия. Подобный распад, или деление, атомных ядер (хотя и не распад ядер углерода) происходит в ядерном оружии и в обычных атомных электроустановках. Если Вы сделаете девяносто первый разрез пирога и разделите при этом ядро углерода, то получите не два маленьких кусочка углерода, нечто иное – атом с совершенно другими химическими свойствами. Разрезая атом, Вы осуществляете трансмутацию элементов.
    Но предположим, что Вы пошли дальше. Атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов. Можем ли мы разделить протон? Бомбардируя протоны другими элементарными частицами высоких энергий, например, другими протонами, мы начнём замечать, что внутри скрываются ещё более фундаментальными составляющими материи или они же из ещё более мелких, ещё более элементарных частиц? Достигнем ли мы когда—нибудь окончательного понимания материи, или существует бесконечная лестница всё более и более фундаментальных частиц? Это одна из величайших неразрешимых проблем науки.
    В средневековых лабораториях алхимики пытались осуществить транс мутацию элементов. Многие из них верили, что вся материя состоит четырёх субстанций: воды, воздуха, земли и огня, — такова была древнеионийская умозрительная гипотеза. Изменяя пропорции, например, соотношения земли и огня, рассуждали они, вы должны добиться превращения, скажем, меди в золото. На этом поприще подвизалось множество обаятельных плутов и мошенников, вроде Калиостро и графа Сен—Жермена, которые заявляли, что владеют не только трансмутацией элементов, но также рецептом бессмертия. Иногда золото прятали внутри волшебной палочки с «двойным дном», и оно чудесным образом появлялось в тигле в конце сложной экспериментальной демонстрации. Заглотив приманку богатства и бессмертия, европейская знать жертвовала изрядные суммы деятелям, практикующим это сомнительное искусство. Существовали и более серьёзные алхимики, такие как Парацельс* и даже Исаак Ньютон. А значит, не все деньги потеряны зря – были открыты новые химические элементы, например фосфор (P – Phosphorum), сурьма (Sb – Stibium) и ртуть (Hg – Hydrargyrum). Фактически современная химия берёт начало именно от этих экспериментаторов.

    *Кратко.

    *Парацельс (Paracelsus) (Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм, 1493—1541) — врач и естествоиспытатель, один из основателей ятрохимии, которая рассматривала происходящие в организме процессы как химические процессы, а болезни – как результат нарушения химического равновесия. Способствовал внедрению химических препаратов в медицину.

    В природе встречается 111 видов химически различных атомов. Они называются химическими элементами, и до недавнего времени всё на нашей планете состояло из них. В большинстве своём встречаются они в составе молекул. Вода – это молекула, образованная атомами водорода и кислорода. Воздух в основном состоит из атомов азота (N – Nitrogenium), кислорода (O – Oxygenium), углерода (C – Carboneum), водорода (H – Hydrogenium) и аргона (Ar – Argon) в форме молекул N2, O2, CO2, H2O  и Ar. Сама Земля представляет собой очень богатую смесь атомов, преимущественно кремния (Si – Silicium), кислорода, алюминия (Al – Aluminium), магния (Mg – Magnesium) и железа (Fe – Ferrum). Огонь вообще не состоит из химических элементов. Это излучающая плазма, в которой высокая температура отрывает некоторые электроны от их ядер. Ни один из четырёх древнеионийских и алхимических «элементов» не являлся элементом в совершенном познании: один их них представлен молекулой, два других – смесью молекул, четвёртый – плазмой.
    Со времён алхимиков открывали всё новые и новые элементы, и сем позже их обнаруживали, тем более редкими они оказывались. Многие из них – те, из которых в основном состоит Земля, или те, что являются основой жизни, — хорошо нам знакомы. Некоторые из них – твёрдые вещества, некоторые – газы, а два (бром и ртуть) при комнатной температуре представляют собой жидкость. Учёные обычно выстраивают элементы в порядке возрастания сложности. Простейший элемент – водород, имеет номер 1; наиболее сложный рентгений, который числится под номером 111. Другие элементы, с которыми нам не приходится сталкиваться в повседневной жизни, менее известны, например гафрий, эрбий, диспрозий и празеодим. В целом, чем более знаком нам элемент, тем более он распространён. Земля содержит большое количество железа и совсем немного иттрия. Конечно, из этого правила существуют исключения, например, золото или уран, элементы, которые высоко ценятся в силу произвольных экономических соглашений, эстетических оценок или в силу их особой полезности.
    Тот факт, что атомы состоят из трёх типов элементарных частиц: протонов, нейтронов и электронов, — открыт относительно недавно. Нейрон не был известен до 1932 года. Современные физика и химия поразительно упростили картину окружающего мира: объединяя разными способами всего три элементарных блока, можно получить практически всё на свете.
    Нейтроны, как мы уже говорили и как следует из самого названия, не обладают электрическим зарядом. Протоны имеют положительный заряд, а электроны – отрицательный. Притяжение между противоположно заряженными электронами и протонами поддерживает целостность атома. Поскольку каждый атом электрически нейтрален, количество протонов в ядре должно в точности равно числу электронов в электронном облаке. Химические свойств зависят только от числа электронов, равного числу протонов и называемого атомным номером. Химия не более чем числа – идея, которая пришлась бы по душе Пифагору. Если ты атом с одним протоном, значит, ты водород, с двумя – гелий, с тремя – литий, с четырьмя – бериллий, с пятью – бор, с шестью – углерод, с семью – азот, с восемью – кислород – и так далее до 111 протонов, в этом случае твоё имя рентгений.
    Заряжённые частицы с одинаковыми зарядами испытывают сильное отталкивание друг от друга. Можно подумать, что они питают отвращение к себе подобным, как будто весь мир сплошь населён отшельниками и мизантропами. Электроны отталкивают электроны. Протоны отталкивают протоны. Но что же скрепляет атомные ядра? Почему же они не распадается немедленно на части? Да потому, что существует сила иной природы – не гравитация и не электричество, а особая ядерная сила с коротким радиусом действия, которая, подобно цепляющимися друг за друга крючкам, действуют только тогда, когда протоны и нейтроны находятся очень близко друг к другу преодолевая электрическое отклонение между протонами. Нейтроны, которые делают вклад в ядерные силы притяжения и не подвержены действию электрических сил отталкивания, служит в качестве клея, помогающего удерживать части ядра вместе. Алчущие одиночества отшельники прикованы цепями к своим сердитым собратьям и затёрты среди прочих, ввергнутые во власть неразборчивой и бесцеремонной общительности.
    Два протона и два нейтрона составляют ядро гелия, которое является очень стабильным. Три ядра гелия составляют углерод, четыре – кислород, пять – неона, шесть – магния, семь – кремния, восемь – серы и т. д. Каждый раз, добавляя один или более протонов и необходимое для сохранения стабильности ядра число нейтронов, мы получаем новый химический элемент. Если мы удалим один протон и три нейтрона из ртути, то получим золото. Вот оно – мечта всех древних алхимиков. За ураном следуют другие элементы, которые не встречаются на Земле в естественных условиях. Они синтезированы людьми и в большинстве случаев быстро распадаются на части. Один из них, элемент номер 94, называемый плутонием, принадлежит к числу самых ядовитых веществ, известных нам. К сожалению, он распадается довольно медленно.
    Но откуда появились элементы, встречающиеся в естественных условиях? Можно предположить, что каждый вид атомов образовался независимо от других. Однако Вселенная в целом почти везде на 99 процентов состоит из двух простейших элементов – водорода и гелия*. В действительности гелий даже обнаружен был сначала на Солнце, а потом на Земле – отсюда и его название (от Гелиос – один из греческих богов солнца). Могли ли другие химические элементы каким—то образом из водорода и гелия? Для компенсации электрического отталкивания части ядерного вещества необходимо сблизить настолько, чтобы между ними начали действовать ядерные силы. Это может произойти только при очень высоких температурах – в десятки миллионов градусов, — когда частицы движутся столь быстро, что силы отталкивания просто не успевают подействовать. В природе такие высокие температуры и сопутствующие им высокое давление встречаются только в недрах звёзд.

    *Кратко.

    *Земля является исключением, поскольку относительно слабое гравитационное поле нашей планеты не удержало первичный водород и он по большей части улетучился в космос. Юпитер благодаря своему сильному притяжению сохранил значительную часть исходной доли лёгких элементов.

    Мы изучали Солнце, ближайшую к нам звезду, в различных диапазонах длин волн – от радио— до оптического и рентгеновского излучения, но всё это излучение происходит из самых внешних слоёв Солнца. Дневное светило оказалось не совсем таким, как думал Анаксагор, не раскалённым до красна камнем, а огромным водородно—гелиевым шаром, светящимся благодаря своей высокой температуре, как светится кочерга, нагретая до красного каления. И всё же Анаксагор был прав, по крайней мере, отчасти. Катастрофические солнечные бури порождают яркие вспышки, нарушающие радиосвязь на Земле, и колоссальные, выгнутые дугой столбы раскалённого газа, направляемые силами солнечного магнитного поля, — солнечные протуберанцы, рядом с которыми Земля кажется крошечной пылинкой. Солнечные пятна, иногда видимые на закаты, невооруженным лазом, — относительно холодные области повышенной напряжённости магнитного поля. Вся эта непрестанная, беспорядочная, турбулентная активность протекает на сравнительно холодной видимой поверхности. Мы наблюдаем температуру всего лишь около 6 000 градусов. Однако в скрытых от нас недрах Солнца, где генерируется энергия светила, температура достигает 40 миллионов градусов.
    Звёзды и сопровождающие их планеты рождаются в результате гравитационного коллапса* межзвёздного газопыльного облака. Столкновения молекул газа внутри облака нагревают его до состояния, когда водород начинает превращаться в гелий: четыре ядра водорода сливаются, образуя ядро гелия и испуская при этом кванты гамма—излучения. Подвергаясь много кратным поглощениям и переизлучениям в окружающем веществе, постепенно прокладываю путь к поверхности звезды и на каждом шагу теряя энергию, фотон совершает эпическое путешествие длинной в миллион лет, прежде чем превратиться в видимый свет, достигнет поверхности и будет излучён в космос. Итак, звезда зажглась. Гравитационный коллапс прозрачного облака остановился. Вес вышележащих слоёв звезды теперь удерживается высокой температурой и давлением, которые порождаются ядерными реакциями в недрах. Солнце находится в таком стабильном состоянии последние пять миллиардов лет. Термоядерные реакции, подобные тем, что используются в водородной бомбе, обеспечивают выделение солнечной энергии в режиме непрерывного управляемого взрыва, в ходе которого ежесекундно около четырёхсот миллионов тонн водорода превращается в гелий. Когда мы смотрим в ночное небо, на звёзды, всё, что мы видим, светятся благодаря протекающим вдали от нас ядерным реакциям.
    В направлении звезды Денеб в созвездии Лебедя расположен громадный светящийся пузырь, заполненный очень горячем газом, вероятно, выброшенной в результате взрыва сверхновой, в момент смерти звезды, находящейся в центре пузыря. На периферии в межзвёздном веществе, сжатом ударной волной сверхновой, инициирован коллапс нового поколения облаков и новый этап звёздообразования. В этом смысле у звёзд есть родители; и, как это случается у людей, родитель может умереть, произведя на свет ребёнка.
    Звёзды, подобные Солнцу, рождаются группами в больших плотных газопылевых комплексах, каких как туманности Ориона. Снаружи эти облака кажутся тёмными и мрачными. Однако внутри они ярко освещены горячими новорождёнными звёздами. Позднее звёзды покидают свои колыбели, чтобы искать счастья на просторах Млечного Пути. Звёзды—подростки всё ещё окружены следами светящейся туманности – гравитационно связанными остатками амниотического газа (амниотическая жидкость – околоплодные воды). Пример тому – близкое к нам скопление Плеяды. Как это бывает в человеческих семьях, обретшие зрелость светила покидают родной дом и редко встречаются друг с другом. Где—нибудь в Галактике есть звёзды – возможно, десятка звёзд братья и сёстры Солнца, родившиеся вместе с ним в одном газопылевом коллапсе пять миллиардов лет назад. Но мы не знаем, что это за звёзды. Нет причин, почему бы им не оказаться на другой стороне Млечного Пути.
    Превращение водорода в гелий в центре Солнца не только обеспечивает его свечение в видимом диапазоне – оно также порождает излучение более загадочного и прозрачного свойства: Солнце испускает неуловимой нейтрино, которые подобно фотонам, не имеют массы и движутся со скоростью света. Однако нейтрино – это не фотоны. Нейтрино, подобны протонам, электронам и нейтронам, несут внутренний угловой момент, или сплин, тогда как фотоны не имеют сплина (точнее, сплин фотона всегда равен нулю). Вещество прозрачно для нейтрино, которые безо всяких усилий проходит сквозь Землю и сквозь Солнце. Только малую их часть задерживает встречающееся на пути вещество. Когда я смотрю на Солнце, за секунду через мои глазные яблоки проходит миллиард нейтрино. Конечно они не задерживаются сетчаткой, как обычные фотоны, а спокойно выходят сквозь мой затылок. И вот что забавно: если я ночью я погляжу в щемлю, в ту сторону, где было видно Солнце, не заслоняй его Земля, то через мои глаза пролетит практически такое же количество нейтрино, для которых Земля прозрачна, как чисто вымытое стекло – для видимого света.
    Если наши знания солнечных недр настолько полное, как мы думаем, и если мы так же хорошо понимаем ядерную физику, которая приводи к появлению нейтрино, то не составляет труда с высокой точностью вычислить, сколько солнечных нейтрино должно приходиться на заданную площадь (например, на мой глаз) за единицу времени (скажем, за секунду). Проверит эти вычисления можно на опыте значительно труднее. Поскольку нейтрино проходят Землю насквозь, мы не сможем поймать их все. Но из огромного числа нейтрино малая доля всё—таки будет взаимодействовать с веществом, и при подходящих условиях её удаётся зарегистрировать. В редких случаях нейтрино способны вызывать превращение атомов хлора в атомы аргона, с тем же общим числом протонов и нейтронов. Чтобы зарегистрировать предсказанный поток солнечных нейтрино, необходимо очень много хлора, и поэтому американские физики залили огромное количество очищенной жидкости в шахту Хоумстейк в Лиде, Южная Дакота. Хлор был подвергнут микрохимической очистке, а затем фиксировалось образование в нём аргона.  Чем больше найдено аргона, тем больше зарегистрировано нейтрино. Эти эксперименты показали, что нейтринная светимость Солнца меньше, чем предсказывают вычисления.
    Здесь скрывается настоящая неразрешённая загадка. Слабый поток солнечных нейтрино вряд ли ставит под угрозу наши представления о звёздном нуклеосинтезе, но, несомненно, означает что—то несомненное. Предлагаемые объяснения варьируются от гипотезы о распаде нейтрино во время их движения от Солнца к Земли до идеи, что ядерные реакции в солнечных недрах на время замедлилось и солнечное излучение сейчас частично генерируется за счёт медленного гравитационного сжатия. Однако нейтринная астрономия ещё очень молода. Пока не прошло первое изумление от того, что создан инструмент, способный заглянуть прямо в пылающее ядро Солнца. Не исключено, что с повышением чувствительности нейтринных телескопов появится возможность исследовать ядерные реакции в недрах ближайших звёзд*.

    *Кратко.

    *Вторым (после Солнца) космическим объектом, нейтринное излучение которое удалось зарегистрировать, стала сверхновая звезда, вспыхнувшая в 1987 году в Малом Магеллановом облаке. В тот момент на Земле действовало уже несколько нейтринных детекторов, зафиксировавших нейтринный всплеск, заметный на фоне обычной интенсивности счёта солнечных нейтрино. Что касается обнаружения от соседних звёзд, то это лежит далеко за пределами возможностей современных детекторов, прежде всего потому, что пока нет способа определить направление прихода регистрируемых нейтрино, а значит, нельзя выделит слабый поток звёздных нейтрино от солнечных.

    Но ядерные реакции с участием водорода не могут продолжаться вечно: количество водородного топлива в раскалённых недрах Солнца, как и любой другой звезды, хотя и велико, но всё же ограниченно. Судьба звезды, конец её жизненного цикла в значительной степени от её начальной массы. Если после всех потерь вещества, выброшенного в космос, масса звезды остаётся в два—три раза больше солнечной, то завершение её жизненного цикла кардинально отличается от того, что ждёт наше Солнце. Однако и судьба Солнца тоже весьма драматична. Через пять—шесть миллиардов лет, когда весь водород в центре превратится в гелий, область термоядерных реакций станет медленно расширяться, перемещаясь в сторону поверхности, пока не достигнет зоны, где температура составляет менее десяти миллионов градусов. Тогда водородная реакция прекратится. Между тем самогравитация Солнца возобновит сжатие обогащённого гелием ядра и вызовет рост температуры и давления внутри него. Ядра гелия всё более плотно будут прижиматься друг к другу, пока не начнут, несмотря на взаимное электрическое отталкивание, сцепляться крючками короткодействующих ядерных сил. Пепел станет топливом, и на Солнце начнётся новый этап ядерных реакций.
    Этот процесс будет генерировать такие элементы, как углерод и кислород, и на некоторое время обеспечит свечение Солнца. Звезда подобна птице фениксу, который предначертано на время восстать из собственного пепла*. Водородные реакции, протекающие в тонком слое вдали от центра, и высокотемпературные гелиевые реакции в ядре приведут к значительным изменениям на Солнце: снаружи оно существенно изменится в размерах и остынет. Солнце станет красным гигантом. Его видимая поверхность настолько удалится от центра, что тяготение на ней значительно ослабнет и атмосфера начнёт интенсивно улетучиваться в космос в ходе своеобразного звёздного шторма. Когда покрасневшее и разбухшее Солнце сделается красным гигантом, оно поглотит и уничтожит планеты Меркурий и Венеру, а возможно, и Землю. Внутренняя часть Солнечной системы окажется тогда внутри самого Солнца.

    *Кратко.

    *Звёзды, массой превосходящее Солнце, на поздних этапах своей эволюции более высоких центральных температур. Они способны свыше одного раза восставать из собственного пепла, используя углерод и кислород для синтеза более тяжёлых элементов.

    Спустя миллионы лет в жизни Земли наступит последний счастливый день. А затем Солнце начнёт медленно краснеть и раздуваться, нависая над Землёй, задыхающейся от зноя даже на полюсах. Арктические и антарктические ледники растают, заполнив берега континентов. Высокая температура океана заставит воду испаряться интенсивнее, заслоняя Землю от солнечного света облаками и ненадолго оттягивая её конец. Но солнечная эволюции неумолима. В конце концов, океан закипит, атмосфера испарится в космос и катастрофа, колоссальней которой и не представишь, случится на нашей планете*. К тому времени люди наверняка эволюционируют во что—то совершенно иное. Возможно, наши потомки научатся управлять звёздной эволюцией и сдерживать её (хотя, это не возможно). Или, может быть, они просто переберутся жить на Марс, на Европу или на Титан либо, в соответствии с предвидениями Роберта Годдарда, отыщут себе необитаемую планету в какой—нибудь молодой и перспективной планетарной системе.

    *Кратко.

    *Ацтеки предсказали время, «когда Земля устанет, когда Земля кончится». Однажды, верили они, Солнце упадёт с неба, и звёзды осыплются с него.

    Звёздный пепел Солнца может повторно служить в качестве топлива до какого—то предела. В конце концов, наступит время, когда солнечные недра насытятся углеродом и кислородом, дальнейшее протекание ядерных реакций станет невозможно при установившихся температуре и давлении. После того как гелий в центре будет почти полностью выработан, возобновится отложений на время коллапс солнечных недр, температура снова вырастет, запустив последний этап ядерных реакций и ещё немного увеличив атмосферу Солнца. В смертельной агонии Солнце будет медленно пульсировать, расширяясь и сжимаясь с периодом в несколько тысячелетий, извергая свою атмосферу в космос в виде одной или нескольких газовых оболочек. Обнажённые солнечные недра затопят сброшенную оболочку ультрафиолетом, возбуждая в ней восхитительное красное и голубое флуоресцентное свечение, тянущееся за пределы орбиты Плутона. Возможно, на это уйдёт до половины массы Солнца*. Солнечная система наполнится жутковатым свечением, призраком Солнца, покидающим умершее Солнце.

    *Кратко.

    *Согласно современным представлениям, потери массы на этой стадии не могут быть столь велики и составляют не более 10—20% массы звезды.

    Обозревая маленький уголок Млечного Пути вокруг нас, мы видим много звёзд, окружёнными сферическими облаками светящегося газа – планетными туманностями. Они не имеют ничего общего с планетами, но в слабый телескоп некоторые из них отдалённо напоминают голубовато—зелёные диски Урана и Нептуна. Они выглядят как кольца, по той же причине, что и мыльные пузыри: мы видим больше вещества на периферии, чем около центра. Каждая планетарная туманность – это знак умирающей звезды. Вокруг центрального светила может сохраняться свита мёртвых миров – остатки планет, купающихся в призрачном свечении. Остаток Солнца, обнажённое солнечное ядро, поначалу заключённое в кокон планетарной туманности, будет маленькой горячей звездой, остывающей в космосе, сжавшейся до неслыханной на Земле плотности – более тонны в одной чайной ложке. Спустя миллиарды лет Солнце станет вырожденным* белым карликом, остывая, как те светлые точки, что мы видим в центрах планетарных туманностей, от высоких поверхностных температур до конечного состояния, тёмного и мёртвого чёрного карлика.

    *Кратко.

    *Устойчивость белому карлику приводит особое состояние вещества, так называемый вырожденный электронный газ, давление которого определяется квантово—механическими закономерностями и зависит только от плотности вещества, но не от его температуры. Тем не менее и вырожденный электронный газ способен противостоять давлению до известного предела, за которым электроны сливаются с протонами ядер, превращая их в нейтроны. В 1931 году этот предел теоретически обнаружил знаменитый индийский астрофизик Субрахманьян Чандрасекар, доказавший, что не может существовать белых карликов с массой больше 1,4 массы Солнца. Это значение известно как предел Чандрасекара. Спустя более пятидесяти лет, в 1983 году, за свои выдающиеся работы в области астрофизики Чандрасекар был удостоен Нобелевской премии.

    Две звезды с близкими массами будут эволюционировать примерно в одинаковом темпе. Однако более массивная звезда потратит своё ядерное топливо быстрее, раньше станет красным гигантом и первой достигнет финальной стадии белого карлика. Поэтому должно существовать и действительно существует множество двойных звёзд, состоящих из красного гиганта и белого карлика. Некоторые такие пары настолько тесны, что звёзды соприкасаются, и светящаяся атмосфера перетекает с раздувшегося красного гиганта на компактный белый карлик, причём норовит упасть на определённые области поверхности белого карлика. Водород накапливается, сжимается мощным гравитационным полем белого карлика до всё более и более высокого давления и температуры, пока в украденной у красного гиганта атмосфере не начинаются термоядерные реакции, приводящие к кратковременной вспышке белого карлика. Такие двойные звёзды называют новыми, и они по своей принципиальной природе отличаются от сверхновых.  Новые вспыхивают только в двойных системах за счёт энергии водородных реакций; вспышки сверхновых случаются и с одинарными, а их энергию обеспечивают реакции с участием кремния.
     Атомы, синтезированные в недрах звёзд, обычно возвращаются в состав межзвёздного газа. Атмосферы красных гигантов постепенно утекает в космос; планетарные туманности – это конечные стадии эволюции солнцеподобных звёзд, сбрасывающие свои верхние слои. Сверхновые в ходе катастрофических взрывов извергают в космос часть своей массы. В межзвездное пространство возвращаются, конечно, те атомы, что легче возникают при термоядерных реакциях в звёздных недрах: водород превращается в гелий, гелий – в углерод, углерод – в кислород, таким образом в массивных звёздах за счёт последовательного добавления ядер гелия образуется неон, магний, кремний, сера и далее вплоть до железа – два протона и нейтрона за шаг. Реакция, протекающая в кремнии, также приводит к образования железа: пара ядер кремния по двадцать восемь протонов и нейтронов в каждом, сливается при температуре около миллиона градусов, чтобы породить атомы железа с пятьюдесятью шестью протонами и нейтронами.
    Это все знакомые нам химические элементы. Мы узнаём их названия. В этих звёздных ядерных реакциях не возникает эрбий, гафний, диспрозий, празеодим или иттрий, а только элементы, хорошо известные нам из повседневной жизни, элементы, возвращаемые в состав межзвёздного газа, где они вовлекаются в новые стадии коллапса облаков, формирования звёзд и планет. Все элементы на Земле, за исключением водорода и части гелия, породила миллионы лет назад алхимия звёзд, часть которых является ныне неприметными белыми карликами где—то на другой стороне Млечного Пути. Азот наших ДНК, кальций наших зубов, железо нашей крови, углерод наших яблочных пирогов созданы в недрах сжимающихся звёзд. Мы сотворены из звездного вещества.
    Некоторые из более редких элементов вырабатываются непосредственно во время взрывов сверхновых. Золото и уран относительно широко распространены на Земле только потому, что перед самым образованием Солнечной системы произошло множеством взрывов сверхновых. В других планетных системах, распространённость редкоземельных элементов может быть иной. Нет ли таких планет, где с гордостью выставляют напоказ подвески из ниобия или браслеты протактиния, а золото – лабораторная редкость? Не изменилась бы к лучшему наша жизнь, будто золото или уран столь же малоизвестные и незначительны на Земле, как празеодим?
    Происхождение и эволюция жизни глубочайшим образом связаны с происхождением и эволюцией звёзд. Во—первых, само вещество, из которого мы состоим, атомы, делающие возможной жизнь, образовались очень давно и очень далеко в гигантах красных звёзд. Относительная распространённость химических элементов, обнаруженных в космосе, слишком хорошо соответствует относительной распространённости атомов, возникающей в звёздах, чтобы оставалось хотя бы малейшее сомнение, что красные гиганты и сверхновые – это как раз те печи, те тигли, где было выплавлено наше вещество. Солнце – звезда второго или третьего поколения. Всё его вещество, всё вещество вокруг нас прошло уже через один или два цикла звёздной алхимии. Во—вторых, существование на земле некоторых разновидностей тяжёлых атомов, что незадолго до образования Солнечной системы вспыхнула сверхновая. Но вряд ли это было случайным совпадением; гораздо вероятнее, что ударная волна, порождённая взрывом сверхновой, сжала межзвёздный газ и пыль и дала конденсации Солнечной системы. В—третьих, когда Солнце зажглось, его ультрафиолетовое излучение стало интенсивно проникать в атмосферу Земли; его тепло привело, к появлению молний; и эти источники энергии вызывали образование сложных органических молекул, положив зарождению жизни. В—четвёртых, жизнь на Земле существует исключительно солнечному свету. Растения собирают фотоны и трансформируют солнечную энергию в химическую. Животные паразитируют на растениях. Сельское хозяйство – это просто методический сбор урожая солнечного света при вынужденном посредничестве растений. Энергия Солнца питает нас, почти  всех. Наконец, наследственные изменения, называемые мутациями, поставляет сырьё для эволюции. Мутации, из которых природа, выбирает вновь изобретённые формы жизни, отчасти обусловлены космическими лучами – высокоэнергетическими частицами, выбрасываемыми с околосветной скоростью во время взрывов сверхновых. Эволюция жизни на Земле в известной мере приводится в движение эффективной смертью далёких массивных солнц.
    Представьте, что счётчик Гейгера и кусок урановой руды помещены глубоко под землю, например, в золоторудную шахту или лавовую трубу – пещеру, оставленную в земных толщах потоком расплавленной магмы. Чувствительный датчик издаёт щелчок, когда в него попадают гамма—кванты, протоны или ядра гелия высоких энергий. Если его поднести вплотную к урановой руде, испускающие ядра гелия в результате спонтанного радиоактивного распада, скорость счёта (число щелчков в минуту) резко возрастёт. Если мы заключим урановую руду в тяжёлую свинцовую канистру, счёт значительно замедлится, поскольку свинец поглощает урановую радиацию. Но отдельные щелчки всё же будут по—прежнему слышны. Эти отсчёты частично вызваны естественной радиоактивностью стен пещеры. Однако щелчков всё же больше, чем можно объяснить радиоактивностью. Некоторые из них спровоцированы высокоэнергетическими заряженными частицами, проникающими сквозь своды. Мы слышим космические лучи, порождённые в далёкие времена в глубинах космоса. Космические лучи, состоящие в основном электронов и протонов, бомбардируют Землю на протяжении всей истории нашей планеты. Звезда, разрушаясь в тысячах световых лет от нас, испускает космические лучи, которые миллионы лет путешествуют по спирали через Млечный Путь, совершенно попадают на Землю и воздействуют на наше наследственное вещество. Возможно, некоторые шаги в развитии генетического кода, кембрийский взрыв или прямохождение наших предков были вызваны как раз космическими лучами.
    4 июля 1054 года китайские астрономы зарегистрировали в созвездии Тельца появление «звезды—гостьи». Никогда прежде не наблюдавшаяся звезда стала ярче всех других звёзд на небе. На другой стороне земного шара, на юго—западе Америки, в то время существовала высоко развитая культура с богатой астрономической традицией, также отметила вспышку сверкающей новой звезды*. Благодаря радиоуглеродной датировке остатков древнего угля в кострищах нам известно, что в середине XI столетия некоторые индейцы племени анасази, предки сегодняшних хопи, жили в районе современного Нью—Мехико. Кто—то из них, прятавшийся от непогоды под навесом скального навеса, запечатлел на камне изображение вновь появившейся звезды. Её положение относительно ущербной Луны было именно таким, как на рисунке. Рядом виден отпечаток руки, вероятно автограф художника.

    *Кратко.

    *Мусульманские наблюдатели тоже обратили внимание  на неё. Но ни слова о ней нет ни в одной европейской хронике.

    Эта замечательная звезда, находящаяся на расстоянии 5 000 световых лет, сейчас носит название сверхновой Крабовой туманности, поскольку спустя несколько столетий астрономы, изучавшие в телескоп остатки взрыва, усмотрели в них сходство с крабом. Крабовая туманность – остатки взорвавшейся звезды. В течение трёх месяцев взрыв наблюдался с Земли невооруженным глазом. Он был заметен даже днём, а ночью при его свете можно было читать. В среднем в одной галактике сверхновые вспыхивают примерно раз в столетие. За время типичной галактики, составляющее около десяти миллиардов лет*, в ней взрывается примерно сто миллионов звёзд – огромное количество, хотя это всего лишь одна звезда из тысячи. В нашей Галактике после 1054 года вспышки сверхновых наблюдались в 1572 году (описана Тихо Берге) и в 1604—м году (описана Иоганном Кеплером)**. К сожаленью, с момента изобретения телескопа в нашей Галактике не наблюдалось ни одного взрыва сверхновой, и астрономы с нетерпение ждут его уже несколько столетий***.

    *Кратко.

    *Речь идёт о типичном возрасте, чем о времени жизни галактики. С момента своего образования подавляющее его большинство из них ещё не успели достигнуть конечных стадий эволюции.
    **В 1606 году Кеплер опубликовал книгу под названием «De Stella Nova» («О новой звезде»), в которой задался вопросом, не есть ли сверхновая результат случайного объединения атомов в небесах. Он преподносит сказанное не как «своё собственное мнение, а мнение моей жены. Вчера, когда, уставший от писания, я был приглашён к ужину и передо мной поставили салат, о котором я писал, с языка моего слетело: „Сдаётся мне, что, случилось оловянному блюду, листьям салата, крупинкам соли, каплям воды, уксуса и масла и кусочкам яйца целую вечность плавать где—то по воздуху, они могли бы по чистой случайности собраться в салат“. — „Да, — ответила моя красавица, — но он получился бы не таким удачным, как этот“».
    ***В 1987 году сверхновая вспыхнула в Малом Магеллановом облаке. Это самая близкая к нам сверхновая, появившаяся после изобретения телескопа.

    В наше время сверхновые регулярно наблюдаются в других галактиках. Есть много фраз, которые могли бы более всего поразить астронома начала XX века, есть следующая, взятая из статьи Дэвида Хелфанда и Нокса Лрнга в британском журнале «Нейчур» от 6 декабря 1979 года: «5 марта 1979 года девятью межпланетными космическими аппаратами, входящими в сеть регистрации вспышек, был отмечен чрезвычайно мощный всплеск жёсткого рентгеновского и гамма—излучения, который, будучи локализован по задержкам распространения сигнала, совпал по положению с остатком сверхновой N49 в Большом Магеллановом облаке». Большое Магелланово облако, названное так в честь Магеллана, который первым среди обитателей Северного полушария обратил на это внимание, представляет собой небольшую галактику—спутник Млечного Пути, удалённую от нас на 180 000 световых лет. Как Вы могли догадаться, существует Малое Магелланово облако. Однако в том же самом выпуске «Нейчур» Е. П. Мазец с коллегами института имени Иоффе в Ленинграде доказывают, что это была вспышка пульсара, находящегося на расстоянии всего в нескольких сотнях световых лет. Ни наблюдали источник, о котором идёт речь, при помощи детекторов гамма—всплесков на борту космических станций «Венера—11 и —12», находившихся на пути к Венере. Но Хелфанд и Нокс, несмотря на близкое расположение, не настаивает на том, что всплеск гамма—излучения связан с остатком сверхновой. Они тщательнейшим образом рассмотрели множество возможностей, включая том маловероятный вариант, что источник находится в пределах Солнечной системы. Например, это мог быть выхлоп чужого звездолёта, отправившегося в далёкий путь домой. Однако вспышка звёздного пламени N49 остаётся самой простой гипотезой: мы всё же твёрдо знаем, что сверхновые существуют.
    Когда Солнце станет красным гигантом, внутреннею часть Солнечной системы ждёт печальная участь. Но, по крайней мере, планеты никогда не будут расплавлены и сожжены взрывом сверхновой. Эта судьба предначертана планетам вблизи звёзд, массой превосходящих Солнце. Поскольку такие звёзды с высокой температурой и давлением быстро исчёрпывают свои запасы ядерного топлива, и их жизнь оказывается гораздо короче, чем у Солнца. Звезда, которая в десять раз массивнее Солнца, может стабильно перерабатывать водород в гелий всего несколько миллионов лет, а затем быстро переходит на более экзотические ядерные реакции. Этого времени почти наверняка недостаточно для эволюции разных форм жизни на любой из сопутствующих светило планет, и маловероятно, чтобы были где—то существа, знающие, что их звезда станет сверхновой: если они ждут достаточно долго, чтобы понять, что такое сверхновая, значит, то их звезда вряд ли ею станет.
    Важной предпосылкой взрыва сверхновой является образование массивного железного ядра в результате ядерных реакций с участием кремния. Под воздействием огромного давления в звёздных недрах свободные электронные сливаются с протонами в ядрах железа, их равные по величине, но противоположные по знаку электрические заряды взаимно уничтожаются, недра звезды превращаются в одно гигантское атомное ядро, занимающее гораздо меньший объём, чем предшествовавшие ему электроны и ядра железа. Ядро звезды испытывает своего рода катастрофический взрыв внутрь, внешние слои резко сбрасываются наружу, и происходит взрыв сверхновой. По светимости может превзойти совокупное излучение всех звёзд галактике, где она вспыхнула. Все те недавно образовавшиеся массивные бело—голубые сверхгиганты в Орионе обречены в следующие несколько миллионов лет стать сверхновыми, продолжая космический фейерверк в созвездии охотника.
    Грандиозные взрывы сверхновых выбрасывают в космическое пространство б;льшую часть вещества звезды – немного оставшегося водорода и гелия и значительное количество других атомов углерода и кремния, железа и урана. На месте звезды остаётся горячий шар из нейтронов, скреплённых друг с другом ядерными силами*; одно массивное атомное ядро с атомным весом около десяти в пятидесяти шестой степени; солнце поперечником около тридцати километров; крошечный, плотный, усохший и съёжившийся звёздный осколок; быстро вращающаяся нейтронная звезда.

    *Кратко.

    *Конечно, в первую стабильным это ядро делает мощнейшая самогравитация. Не будь её, гигантское нейтронное ядро немедленно рассыпалось.

    При схлопывании ядра массивного красного гиганта в нейтронную звезду его вращение ускоряется. Нейтронная звезда в центре Крабовой туманности – это колоссальное атомное ядро размером с Манхэттен, совершающее тридцать оборотов в секунду. Его мощное магнитное поле, усиленное коллапсом, захватывает заряженные частицы, подобно гораздо более слабому магнитному полю Юпитера. Электроны во вращающемся магнитном поле испускают направленное излучение не только в радиочастотах, но также и в оптическом диапазоне. Всякий раз как Земля попадается на пути луча этого космического маяка, мы видим его вспышку, одну за каждый оборот. По этой причине он получил название пульсара. Мерцающий и тикающий, будто космический метроном, пульсар отсчитывает время намного точнее любых обычных часов. Продолжительный хронометраж интервалов между радиоимпульсов некоторых пульсаров, например PSR 0329+54, говорит о том, что они могут иметь один или несколько небольших планетарных спутников. Весьма вероятно, что планеты могли пережить превращение звезды в пульсар, или, возможно, они могли быть захвачены позднее. Любопытно, как выглядит небо с поверхности такой планеты?
    Плотность вещества нейтронной звезды такова, что чайная ложка его имеет вес небольшой горы. Она настолько велика, что, если Вы возьмёте кусочек подобного вещества и уроните его (вряд ли Вы сможете этого избежать), он пройдёт сквозь Землю с той же лёгкостью, с какой падающий камень пропарывает воздух, и, насквозь пронзив планету, выйдет с противоположной стороны, где—нибудь в Америке. Тамошние жители будут спокойно идти по своим делам, когда крошечный кусочек нейтронной звезды выскочит из—под земли, на мгновение остановится и вновь вернётся под землю, нарушив ход повседневной жизни. Если бы кусочек вещества нейтронной звезды сбросили из космоса на вращающуюся под ним Землю, он раз за разом возвращался бы в совершаемую орбиты планету, проделав в ней тысячи отверстий, пока течение в её недрах не остановило бы его движение. Прежде чем успокоиться в центре нашей планеты, он на короткое время уподобил бы её недра внутренности швейцарского сыра. Правда, подземные потоки расплавленной магмы и металла быстро залечат эти раны. Хорошо, что крупные куски вещества нейтронных звёзд не встречаются на Земле*. Но маленькие есть повсюду. Невероятная мощь нейтронной звезды таится в ядре каждого атома, скрывается в каждой чашке чая и каждом зверьке, в каждом глотке воздуха и каждом яблочном пироге.

    *Кратко.

    *Интересно, что идея подобного ядерного материала, «нейтрида», положена в основу «Чёрные звёзды», написанная советским фантастом В. Савченко ещё в 1958 году.

    Звёзды, похожие на Солнце, как уже говорилось, заканчивают свои дни, становясь красными гигантами, а затем белыми карликами. Коллапсирующая звезда, масса которой вдвое больше солнечной, станет сверхновой, а затем нейтронной звездой. Однако ещё более массивную звезду, которая после взрыва сверхновой осталась, скажем, в пять раз массивнее Солнца, ждёт совершенно невероятная судьба: собственная гравитация превратит её в чёрную дыру. Допустим, что у нас есть фантастическая гравитационная машина – устройство, позволяющее управлять земной гравитацией простым поворотом рукоятки. Для начала установим рукоятку на ускорение свободного падения 1g* в квадрате, при котором все вещи ведут себя самым обычным образом. Земные растения и животные в ходе эволюции адаптировались к ускорению 1g, все конструкции наших зданий рассчитаны на это ускорение. Будь гравитация намного слабее, значительно более высокие и тонкие конструкции могли бы существовать без риска упасть или разрушиться под тяжестью собственного веса. При значительно более сильной гравитации растения, животные и постройки во избежание угрозы разрушения оказались бы низкими, крепкими и приземистыми. Но даже в сильном гравитационном поле распространялся бы по прямой, как это происходит в нашей повседневной жизни.

    *Кратко.

    *1g – это ускорение, с которым движется падающий на землю предмет, равный 9,8 метрам в секунду. За одну секунду камень достигает скорости 9,8 метров в секунду, за две секунды – 19,6 метров в секунду, пока не упадёт на землю или не начнёт тормозить из—за сопротивления воздуха. В мире, где тяготение значительно выше, падающее тело будет набирает скорость быстрее. На планете с ускорением свободного падения 10g камень за первую секунду наберёт скорость 10•9,8м/с, то есть 98м/с; спустя ещё секунду он достигнет скорости 196 м/с и т.д. Малейшее спотыкание может оказаться смертельным. Для записи ускорения свободного падения всегда используют строчную букву g, чтобы отличить его от ньютоновской гравитационной постоянной G, которая характеризует силу гравитационного взаимодействия для всей Вселенной, а не только для какой—то отдельно взятой планеты или звезды. Ньютоновская формула, связывающая эти две величины, выглядят как F=mg=GMm/r2, где F – сила тяготения, M – масса планеты или звезды, m – масса падающего предмета, r2 – расстояние от предмета до центра планеты или звезды.

    Рассмотрим довольно типичную группу земных существ – Алису из Страны Чудес и её сотрапезников по чаепитию у Безумного Шляпника. Когда мы уменьшаем тяготение, вещи теряют свой вес. Около 0g малейшее движение отрывает наших друзей от земли, заставляя их плавать и кувыркаться по воздуху. Пролитый чай – или любая другая жидкость – образует в воздухе дрожащие сферические капли, поскольку поверхностное натяжении жидкости доминирует над тяготением. Повсюду в воздухе плавают чайные шарики. Если сейчас вернуть рукоятку в положение 1g, прольётся чайный дождь. Когда мы немного усилим тяготение – с 1g до, скажем, 3g или 4g, – все присутствующие потеряют способность перемещаться: каждое движение руки будет требовать неимоверных усилий. В виде одолжения выведем наших друзей из—под действия гравитационной машины, прежде чем перевернуть рукоятку на более высокие отметки. При нескольких g, как и при 0g, луч фонаря распространяется строго по прямой (в пределах допустимой нам точности). При 1000g луч остаётся прямым, но деревья расплющиваются и растекаются по земле тонким слоем; при 100 000g камни крошатся под действием собственного веса. Разрушается всё, за исключением Чеширского Кота, которому на то выдано специальное разрешение. Когда гравитация приближается к миллиарду g, происходит нечто более странное. Луч света, который до сих пор уходил прямо в небо, начинает изгибаться. Чрезвычайно сильное гравитационное ускорение воздействует даже на свет. Если мы ещё увеличим тяготение, свет будет притянут вниз, к земле у наших ног. Теперь исчез из виду и космический Чеширский Кот, осталась только его гравитационная улыбка.
    Когда гравитация становится достаточно сильной, ничто, даже свет, не в силах вырваться наружу. Такое место называется чёрная дыра,  Загадочно безразличная к тому, что её окружает, она и есть своего рода Чеширский Кот космоса. Когда плотность и гравитация достигают высоких значений, чёрная дыра меркнет и исчезнет  из нашей Вселенной. Потому она и называется чёрной дырой, что даже свет не способен выйти из неё. Зато внутри, благодаря захваченному в ловушку свету, предметы могут быть довольно неплохо освещены. Хотя чёрная дыра не видна снаружи, её гравитационное присутствие вполне ощутимо. Если Вы, странствую меж звёзд, были беспечны, то вполне можете обнаружить, что безвозвратно затянуты ею, а Ваше тело пренеприятнейшим образом вытягивается в длинную тонкую нить. Однако случись Вам пережить это путешествие, вид собранного в диск вещества вокруг чёрной дыры стал бы для Вас незабываемым зрелищем.
    Термоядерные реакции в солнечных недрах поддерживают внешние слои Солнца и на протяжении миллиардов лет оттягивают катастрофический гравитационный коллапс. Устойчивость белых карликов обеспечивается давлением электронов, оторванных от своих ядер. В нейтронных звёздах гравитации противодействует давление электронов. Но, насколько нам известно, нет силы, способной противостоять коллапсу старой звезды, которая после взрыва сверхновой осталась более чем в несколько раз массивнее Солнца. Такая звезда невероятно сильно сжимается, раскручивается, краснеет и исчезает из виду. Двадцать масс Солнца сжимаются до размеров Большого Лос—Анджелеса; сокрушительная гравитация достигает десять в десятой степени g, и звезда, расколов пространственно—временной континуум, проваливается в ею самой созданную трещину и пропадает из нашей Вселенной.
    О чёрных дырах впервые задумался английский астроном Джон Майкл в 1783 году. Однако эта идея выглядела настолько странной, что до недавнего времени попросту игнорировалась. Затем, к удивлению многих, в том числе и многих астрономов, были обнаружены свидетельства того, что чёрные дыры в космосе действительно существуют. Земная атмосфера непрозрачна для рентгеновского излучения. Чтобы определить, испускает ли астрономический объект это коротко волновое излучение, рентгеновский телескоп необходимо поднять над атмосферой. Первая рентгеновская обсерватория, замечательный пример международного содружества, была выведена на орбиту Соединенными Штатами с итальянской пусковой установки в Индийском океане, у берегов Кении. Её назвали «Ухуру», что на языке суахили означает «свобода». В 1971 году обсерватория «Ухуру» открыла поразительно яркий рентгеновский источник в созвездии Лебедя, вспыхивавший и гаснувший тысячу раз в секунду. Источник, получивший название Лебедь X—1 (Cyg X—1), должен быть очень маленьким. В чём бы ни состояла причина его переменности, информация о том, когда вспыхнуть, а когда погаснуть, может распространяться по Cyg X—1 не быстрее, чем со скоростью света, 300 000 км/ч. Таким образом, Cyg X—1 не может иметь в поперечнике более (300 000 км/ч)•(1/1000)=300 км. Объект размером с астероидом, ярко светящейся и мерцающей в рентгеновском диапазоне, видимый на межзвёздном расстояниях. Что бы это могло быть? Cyg X—1 совпадает на небе с горячим голубым сверхгигантом, который согласно наблюдениям в оптическом диапазоне имеет поблизости массивного, но невидимого компаньона, гравитация которого заставляет смещаться звезду то в одну, то в другую сторону. Масса компаньона составляет около десяти масс Солнца. Сам сверхгигант вряд ли может излучать в рентгеновском диапазоне, гораздо удобнее отожествлять обнаруженный источник рентгеновского излучения с невидимым в оптике компаньоном. Однако невидимый объект с массой, десятикратно превосходящей солнечную, и заключённый в объёме астероида, кроме чёрной дыры. Рентгеновское излучение, вероятно, генерируется в газопылевом диске, образовавшемся вокруг Cyg X—1 из вещества его компаньона–сверхгиганта. Есть и другие звёзды, числящиеся кандидатами в чёрные дыры: V861 Скорпиона, GX339—4, SS433и Циркуль Х—2. Кассиопея А является остатком сверхновой, свет которой должен был достичь Земли в XVII столетии, когда наблюдение велось уже довольно многими астрономами. Однако никто не зарегистрировал взрыва. Возможно, как предположил И. С. Шкловский, там находится чёрная дыра, которая поглотила взорвавшееся ядро звезды и погасила огонь сверхновой. Выводимые в космос телескопы должны проверить фрагментарные данные, и, возможно, они сумеют найти следы легендарных чёрных дыр.
    Хороший путь к пониманию чёрных дыр – представление о кривизне пространства. Представим себе плоскую эластичную натянутую двумерную мембрану, например, лист резины с нанесённой на него клетчатой разметкой. Если мы уроним на мембрану тело небольшой массы, она деформируется, прогнувшись. Мраморные шарики, катаясь по кругу огибают образованную воронку, подобно планетам, обращающимися по орбитам вокруг Солнца. Такая интерпретация, которой мы обязаны Эйнштейну, представляет тяготение деформацией ткани пространства. В приведённом примере мы видим двумерное пространство, Искривлённое под действием массы в третье физическое измерение. Вообразите, что мы живём в трёхмерной Вселенной, которая местами прогибается под действием материи в четвёртое физическое измерение, не поддающееся неповседневному восприятию. Чем больше масса, тем сильнее гравитация, тем значительнее прогиб или искривление пространства. В этой аналогии чёрная дыра – что—то вроде бездонной ямы. Что случится, если Вы в неё упадёте? На взгляд снаружи Вам понадобится бесконечное время, чтобы упасть на дно, поскольку все Ваши часы – и механические, и биологические – будут выглядеть остановившимися. Однако с Вашей точки зрения все Ваши часы будут идти нормально. Если Вам выдержать воздействия приливных сил и потоков излучения и к тому же (что весьма вероятно) чёрная дыра окажется вращающейся, вполне возможно, что Вас выбросит где—нибудь другой области пространства—времени – в какое—то другое пространство, в иное время. Возможность существования таких «червоточин» в пространстве, немного напоминающих те, что бывают в яблоке, рассматривается вполне серьёзно, хотя пока никаким образом не подтверждена. Могут ли гравитационный туннели оказаться чем—то вроде межзвёздных или межгалактических подземных ходов, позволяющих нам попасть в недоступные места намного быстрее, чем обычными путями? Способны ли чёрные дыры послужит машинами времени, переносящими нас в незапамятное прошлое или в отдалённое будущее? Даже сам факт, что подобные вопросы обсуждаются, пусть и на полусерьёзном уровне, показывает, насколько сюрреалистичным может оказаться наш мир.
    Мы дети космоса в самом глубоком смысле слова. Вспомните жар солнца на Вашем запрокинутом к небу лицеев безоблачный летний день; вспомните, как опасно прямо смотреть на Солнце. Мы ощутим его энергию на расстоянии 150 миллионов километров (1 астрономическая единица). Что бы мы почувствовали на его кипящей поверхности или погрузились в глубину его ядерного пламени? Солнце согревает нас, кормит и даёт возможность видеть. Оно оплодотворяет Землю. Его могущество лежит далеко за пределами человеческого опыта. Птицы своими песнями приветствуют солнечный восход. Даже некоторые одинаковые организмы устремляются навстречу свету. Наши предки поклонялись Солнцу*, а они были вовсе не глупыми людьми. И всё же Солнце – обычная, даже заурядная звезда. Если мы должны поклоняться силе, превосходящей нашу собственную, разве не разумно почитать Солнце и звёзды? В глубине каждого астрономического исследования, порой так глубоко, что сам его автор об этом не подозревает, скрывается зерно этого благоговейного трепета.

    *Кратко.

    *В древнешумерском пиктографическом письме бог обозначался звёздочкой – символом звёзд. Ацтеки называли бога Теотль, а его символом было Солнце. Небесный свод носил название Теоатль – божественное море, космический океан.

    Галактика – неисследованный континент, полный экзотических существ звёздного масштаба. Мы провели лишь предварительную рекогносцировку и встретились с отдельными обитателями. Некоторые из них напоминают что—то знакомое. Странности других превосходят самые невероятные фантазии. Но изыскания ещё только начаты. Опыт прошлых экспедиций подсказывает нам, что многие наиболее интересные обитатели галактического континента ещё не обнаружены и не предсказаны. Совсем недалеко от нашей Галактики, в Магеллановых облаках и в шаровых скоплениях вокруг млечного пути, почти наверняка есть планеты. В таких мирах нас поразил бы головокружительный вид восходящей Галактики – огромной спирали из 400 миллиардов звёзд с коллапсирующими газовыми облаками, конденсирующимися планетными системами, лучезарными сверхгигантами, стабильными звёздами средних лет, красными гигантами, белыми карликами, планетарными туманностями, новыми, сверхновыми, нейтронными звёздами и чёрными дырами. В таком мире сразу было бы ясно, что наша форма и многое в нашем характере определяется глубочайшей связью между жизнью и Космосом.