Даз. х простое наблюдение звездного неба начол няет сердце трепетом Этот трепет возрастает, когда астрономы поясняют нам, что среди этих мириа — дов сверкающих цен тров окромнмх сил лишь не­сколько точек являются нашими планетами, а ос­тальные — это мо1учие центры далеких Солнеч­ных систем и 1ранлиозные скопления Солнц — галактики.

Н. Уранов. «Размышляя над Беспредельностью»

Еще в начале XX века известная астрономам Вселенная ограничива­лась рамками нашей Галактики. Воображение с трудом улавливало контуры этой грандиозной системы, границы ее сливались с прак­тической бесконечностью. И все-таки пытливая человеческая мысль стремилась проникнуть за эти пределы. Развернувшаяся здесь драма идей длилась почти два столетия.

Умозрительные идеи об островной Вселенной"3 высказыва шсь еще в XVIII веке. У истоков этих воззрений стоит известный шведский ученый и философ, великий мистик и оккультист Э. Сведенборг. Он не только впервые определил Млечный Путь как реально существующую динами — чсскую систему звезд, удерживаемых вместе физическими силами, но и создал картину Мироздания, основанную на иерархическом принципе — существования сложных космических систем, включающих целые «млеч­ные пути» и системы все более и более высокого порядка. Эти идеи развивались затем И. Кантом’14 и И. Ламбертом Но они не имели убе­дительного подтверждения астрономическими наблюдениями.

Во второй половине XVIII века великий английский астроном В. Гер — шель, на основании звездных подсчетов, показал, что наш звездный мир (наша Галактика) конечен, и сделал правильный вывод о том, что он представляет собой лишь один из «островов» Вселенной. Гершель свягал эти «остро!;а» с открытым им же миром туманностей. Это оыло пра­вильное предположение, ибо 80 % открытых им туманностей, действи­тельно, расположено за пределами нашей Галактики и являютс" ;Ipvi ими галактиками. О щако вскоре Гершель отказался от этого преддожени; Дело в том, что, как показали дальнейшие исследования, ряд туманнос­тей — планетарные, диффузные (т. е. те, которые мы теперь связываем с областями HII) принадлежат нашей Галактике. Гершель ошибочно рас — ] фосгранил этот вывод на все туманности.

Во второн половине XIX века было обнаружено, что многие туман­ности Гершеля имеют спиральную структуру. «Перед глазами астроно­мов как бы материализовались угаданные древними натурфилософами и возрожденные в свое время Декартом и Сведенборгом космические вих­ри»115. Это открытие имело важнейшее значение. Спиральные туманно­сти наблюдаются, в основном, на высоких галактических широтах, они избегают полосы Млечного Пути. Это понятно, ибо, если мы сквозь толщу пылевых облаков не видим центр нашей собственной Галактики, то тем более мы не можем наблюдать другие галактики. Однако такой аргумент не рассматривался, и не мог рассматриваться как решающее подтверждение внегалактт ческой природы спиральных туманностей. Более того, концентрация спиралей к полюсам Галактики создавала иллюзию, что они каким то образом связаны с системой Млечного Пути. Великий спор о природе спиральных туманностей продолжался в течение нескоть — ких десятилетий Еще в 20-х годах XX века выдающейся американский астроном X Шепли отстаивал представление о том, что спиральные ту­манности имеют диффузную природ" и принадлежат нашей Га тктике. Одна из гипотез предполагала, что спирали представляют собой форми­рующиеся планетные системы. В таком случае они должны были распола­гаться недалеко от Солнца.

1 14 «Мы видим первые члены непрерывного ряда миров и систем, — писал Кант, — н первая член этой бесконечной прогрессии уже дает нам возможность представить, каково целое. Здесь нет конца, здесь бездна подлинной несоизмеримости, перед кото­рой бледнеет г сякая способность челове [сского понимания, хотя бы и подкрепленного математикой» (И Кант Очерк системы неподвижных звезд, а также о многочислен­ности подобных систем неподвижных звезд. Цит. по кн : Еремеева А. И., ЦицинФ А История астрономии. — М.: Изд-во Моек ун га, 1989. С. 199 ) 1,5 Еремеева А. И., Цииин Ф. А. История астрономии. С. 221.

В 1917 г на горе Маунт Вилсон начал работать самый крупный в ту пору зеркальный телескоп диаметром 2,5 м. Директор обсерватории Дж. Хейл считал, что важнейшим направлением исследований с помо­щью нового телескопа должно стать наблюдение спиральных туманно­стей. Он полагал, что это внесет решающий вклад в проблему образова­ния планетных систем. Телескопу, действительно, суждено было сыграть решающую роль в определении природы спиральных туманностей, но оказалось, что она совершенно иная Решить загадку спиралей выпало на долю Эдвина Хаббла — человека, который сыграл совершенно исклю чительную роль в астрономии XX века

К августу 1924 г. Хаббл с помощью 2,5-м прового телескопа получил около 200 негативов туманностей Андромеды, Треугольника и NGC 6822. Ему удалось разрешить их на отдельные звезды, среди которых были об­наружены цефеиды. Мы уже отмечали, что, зная период изменения блескг цефеид, можно найти их светимость и, следовательно, определить рас­стояние до туманностей, в которых они находятся. Проделав эту процг: дуру, Хаббл нашел, что расстояние до туманностей значительно превы­шает размер нашей Галактики, а сами они по размеру сопоставимы с Галактикой. Так была поставлена точка в вековом споре.

Было доказано, что спиральные туманности представляют со­бой другие звездные системы, подобные нашей. Они стали назы­ваться галактиками (с маленькой буквы), а за нашей звездной систе­мой сохранилось название Галактика (с большой буквы) или систе­ма Млечного Пути.

Мир галактик не менее разнообразен, чем мир звезд. Напом­ним, что общее число галактик в наблюдаемой области Вселенной
рических ЕО до очень сплюсн) гых Е7. Спиральные галактики, ха­рактеризующиеся наличием спиральных рукавов, делятся на нор­мальные спирали (S) и пересеченные спирали (SB). У первых спи­ральные рукава начинаются от ядра галактики, у вторых они закру­чиваются от краев яркой прямой перемычки, пересекающей центр галактики и выходящей далеко за пределы галактического ядра. В зависимости от характера спиральной структуры, от того, как рас­кручиваются спиральные ветви, как быстро они удаляются от ядра (или перемычки) — и нормальные, и пересеченные спирали под­разделяются еще на несколько подтипов, обозначаемых буквами а, Ь, с… Напримерj Sa, SBc и т. д. (см. рис. 2.1.31). Наша Галактика, вероятней всего, относится к типу Sb. Существует также промежу­точный тип между эллиптическими г | тактиками и спиралями. Они получили название линзообразных (обозначаются SO). У линзооб­разных галактик различается ядро, диск и слабый ореол (гало) вок­руг него. В наружных частях диска иногда видньг зачатки (или ос­татки) спиральных рукавов и перемычки, а иногда наблюдается на­ружное кольцо. Любопытно, что этот тип галактик был предсказан теоретически, и J-ишь затем они бьии обнаруженьг. Наиболее мно­гочисленны спиральные галакгикг (50 %), э глиптические составля­ют около 25 %, линзообразные — около 20 %, а на долю крупных неправильных (иррегулярных) галактик приходится только 5 %. Фотографии некоторых галактик приводятся на рис. 2.1.32-2.1 ЗЕ

Основные типы галактик отличаются не только по своему внеш­нему виду, но и по составу, структуре и характеру движения. В эл­липтических галактиках нет звезд­ных дисков, они состоя 1 как бьг из одной сферической составляющей. Плотность звезд в них плавно убы­вает с расстоянием от центра галак тики. Эти галактики практически не содержат газа, в их составе нет также молодых звезд; видимо, про­цесс звездообразования в них уже закончился. Звезды вращаг гея во­круг центра эллиптической галак­тики в самых различных плоско­стях, а сами галактики, как целое, вращаютст очень медленно. По размерам они охватывают широкий ииапазон — от 3 кпк (карликовые галактики) дс п [гантских галак­тик диаметром 100 кпк. Соответственно, массы их изменяются or 106 до 1012 Ме, а светимость от 106 до 10" LB.

Спиральные галактики представляют собой сильно уплощенные звездные системы. Подобно нашей Галактике, они состоят из диска и гало, в центральной части их расположено сфероидальное взду­тие (балдж), внутри которого находится iалактическое ядро. В спи­ральных ветвях диска сосредоточены самые яркие молодые звезды, диффузные туманности, молодые звездные скопления и ассоциа­ции. Поэтому спиральный узор в галактиках так отчетливо выделя­ется, хотя на долю спиральных ветвей приходится всего несколько процентов массы каждой галактики. Основная масса звезд равно­мерно распределена в галактическом диске Их химический состав
близок к солнечному. Звезды вращаются вокруг центра галактики по почти круговым орбитам в плоскости, совпадающей с плоско стью диска. Звезды гало имеют сфероидальное пространственное распределение, сильно концентрируясь к центру галактики. Они вра­щаются по сильно вытянутым эллиптическим орбитам, наклонен-

Ным под всевозможными углами к галактической плоскости Звез ды гало относительно бедны тяжелыми элементами, это наиболее старые звезды спиральных i алакшк — их возраст порядка 10 млрд лет. Диапазон масс и светимостей у спиральных галактик более уз­кий, чем у эллиптических: мас­сы заключены в пределах от 109 до 1012 УИ0,а светимость от 108 до 10" L0.

В неправильных галактиках полностью отсутствует сфери­ческая составляющая. Большин­ство звезд сосредоточено в плоском щеке, но спиральных ветвей в нем нет, отсутствует так­же галактическое ядро. В них много молодых звезд и много газа, в некоторых галактиках газ со стаи л лет до 50 % общей массы.

Описанные основные типы галакт ик не исчерпывают всего их многообразия. Известный советский астроном Б. А. Вороицов — Вельяминов изучил с помощью микроскопа (!) фотографические снимки неба («Паломарский атлас»). Он описал мноше сотни пе­кулярных галактик, кахдая из которых имеет совершенно уникаль­ную форму. Среци них Б. А. Воронцов-Вельяминов выделил осо­
бый тип взаимодействующих галактик. Это, ка:с правило, двойные галактики, в которых между компонентами наблюдаются перемыч­ки светлой и темной материи или хвосты, уходящие далеко в межга лакгическое пространство. Считается, что наша Галактика вместе с ее ближайшими спутниками Магеллановыми Облаками также об­разует взаимодействующую систему От Магеллановых Облаков в сторону нашей Галактики движется поток газа, полная масса кото­рого составляет не менее 100 млн солнечных масс. На небе этот поток образует длинную полосу, протянувшуюся из южного полу­шария! в северное более чем на 90°. Однако ни в какие оптические телескопы его не видно, он был обнаружен по радиоизлучению ней трального водорода на волне 21 см.

Особый гип галактик представляют галактики с активными яд­рами[83] . Хотя доля обт "ма, занимаемого ядрами галактик, ничтох: на (менее 10 от полного объема галактики), количество энергии, излучаемое активными ядрами (их светимость), составляет замет­ную долю от светимости галакгики в целом. При этом светимость ядра не остается постоянной, она может заметно меняться за время от нескольких недель до нескольких месяцев. В некоторых случаях из активных ядер истекают потоки газа, движущегося со скорое гя ми в несколько десятков тысяч километров в секунду.

К числу 1алактик с активными ядрами от носятся раджл алакти — ки. У обычных галакгик светимость в радиодиапазоне в миллионы раз меньше, чем в оптическом. Радиогалактики излучают в радиоди­апазоне столько же энергии, как и в оптической области спектрт (или даже больше). Эти мощные потоки радиоволн являются след ствием тех бурных процессов, которые протекают в ядре галакти­ки. Из ядра радиогалактик выбрасываются интенсивные потоки эле­ментарных частиц (космических лучей), движущихся с околосвето­выми скоростями, чаще всего в двух противоположных направлениях. Двигаясь в машитном поле, электроны космических лучей порождают мощное синхротронное радиоизлучение. За счет этого процесса вблизи таких галактик образуются интенсивные ра­диоисточники, по размерам превосходящие размеры самой галак­тики. Примером может служить один из ярчайших источников Ле­бедь А (рис. 2.1.36).

Долгое время самьи 1и загадочными объектами за пределами на­шей Галактики оставались квазары (квазизвездные радиоисточни­ки). Они были обнаружены в 1963 г. и поистине стали астрономи­ческой сенсацией. Для объяснения квазаров было выдвинуто много

Остроумных гипотез, но постепен — ________ . …._. _______

Но стала проясняться их связь с га — К • лактическими ядрами. На фото1 ра — фиях квазары выглядят, как слабые

Голубоватые звездочки. Однако I ]

Спектр их совершенно не похож ии 1

На спектр звезд, ии на спектр галак — I I

Тик. В отличие от линий поглоще — i

Ния звездного спектра, спектр ква-

Заров содержит яркие эмиссионные

Линии. Когда было измерено рас — о

Стояние до квазаров, оказалось, что это самые далекие объекты в наблюдаемой области Вселенной Обычные галактики на таких рас­стояниях невозможно было бы обнаружи гь. Следовательно, кваза ры не только самые далекие, но и самые мощные, обладающие са мой высокой светимостью объекты Вселенной. Особенно много энергии излучают они в инфракрасной области спектра. Дальней-
ш«с исследования показали, что вокруг квазаров наблюдается сла­бое свечение, обусловленное присутствием звезд. Это позволило связать квазары с ядрами далеких галакт ик. Следует иметь в виду, что в квазарах, так же как в активных галактических ядрах, наблю­дается излучение быстро движущегося газа скорость которого дос тигает тысяч км/с). П< щобно активным ядрам многие квазары за­метно меняю" свою светимость за время порядка нескольких меся­цев. Все Jto указывает на то, что квазары — это ядра далеких I алактик, которые находятся на ранни., стадиях эволюции в состоянии очень высокой активности. Такое представление позволят* выяснить место квазаров в ряду других объектов Вселенной, но это не раскрывает загадку их приооды, поскольк природа самих галактических ядер, источников их энергии остается неизвестной. Великий астроном XX века Джеймс Джичс считал, что в центре галактик находятся осо­бые точки, где «в нашу Вселенную вливается вещество из каких-то других чространственных измерений..»"7. Как шать, может быть, эта мысль — в несколько измененном виде (как это не раз случалось в истории науки) — получит со временем подтверждение и развитие

Таков многообразный мир галактик. Нам остается рассмотреть, каким образом они распределены в пространстве. Подобно звез­дам галактики образуют группы, скопле­ния и сверхскопления. Скопления делятся на правильные и неправильные Правиль­ные скопления обладают сферической формой и содержат десятки тысяч галак­тик. Неправильные скопления менее насе­ленные, в них входят от нескольких десят­ке з до нескольких сотен галактик. Ближай­шее к нашей Галактике скопление галактик находится в созвездии Девы, это непра­вильное скопление, содержащее около 200 г алактик, расстояние до него 20 мегапар секов (Мпк), размер скопления 5 Мпк. Бли­жайшее сферическое скопление находится в созвездии Волосы Вероники, на рассто­янии 125 Мпк, оно содержит более 30 тыс. галактик. Самое далекое скопление их тех, до которых измерено расстояние, также находится в Волосах Вероники, расстояние до него 5200 Мпк. Всего сейчас известно более 7000 скоплений.

Часть галактик (около 10 %) не входит в скопления. Среднее рас­стояние между ними 1-2 Мпк, приблизительно в 100 раз больше размеров галактик. Среднее расстояние м^жду галактиками в скоп­лениях — несколько сотен килопарсек, всего в 10-20 раз меньше размеров i алактик. В этом отношении распределение галактик сильно отличается от распределения звезд: среднее расстояние между звез­дами приблизительно в 20 млн раз превышает их размеры. Таким образом, галак гики «упакованы» в пространстве гораздо более плот­но. Еще «плотнее» упакованы скопления галактик, расстояние между ними практически одно­го порядка с размером скопле­ний. Часть скоплений, как было уже сказано, объединяются в сверхскопления.

Наша Галактика и Туман носгь Андромеды входит в со­став так называемой Местной группы галактик. Она содержит около 40 членов и состоит из двух семейств — семейства Млечного Пути (нашей Галак­тики) и семейства Андромеды. В семейство нашей Галактики

Входят несколько карликовых сфероидальных гачакгик, не­сколько внегалактических ша — Рис — 2J’38" гнк" М 31 (Туманность

Андромеды)

Ровых скоплении И неправиль- Ближайшая # .ЩГ ал ктика, расположенная Ные галактики— Большое и на расстоянии около 2 миллионов световых Малое Магеллановы Облака. В лет’относится " ™"У спиральных галактик Семейство Андромеды входит

Дюжина галактик различных типов. Кроме того, около 10 непра­вильных галактик образуют периферию Местной группы. Местная группа, скопление в Деве и еще ряд скоплений образуют Сверхскоп­ление галактик, диаметр его около 30 Мпк, а число галактик поряд­ка 20 гысяч. С нашим Сверхскоплением соседствует сверхскопление в созвездии Льва (расстояние 140 Мпк) и в созвездии Геркулеса (рас­стояние 190 Мпк). Всего пока выделено около 50 сверхскоплений.

Как распределены сверхскопления? Заполняют ли они равномер­но все пространство наблюдаемой Вселенной или образуют струк­
туры еще более высокого порядка — «скопления сверхскоплений», как это предполагалось в теории островной иерархической Вселен­ной? Оказалось — ни то, ии другое. Крупногласнпабная структура Вселенной состоит из сети объемных ячеек, что-то наподобие ги­гантских пчелиных сот с размером ребра порядка 100 Мпк. Стен­ки ячеек образованы сверхскоплениями г алактик, а внутри ячеек га­лактик почти нет. Эти области получили название пустот или вой — дов. На пересечении стенок расположены длинные тонкие волокна, толщиной около 10 Мпк. Эти волокна представляют собой наибо­лее мощные сверхскопления. А на пересечении волокон в вершинах ячеистой структуры распола1 аются самые крупные, богатые скоп­ления галактик. Важно подчеркнут ъ, что ячеистая структура не со­бирается в более крупные образования, а в среднем равномерно заполняет пространство наблюдаемой Вселенной.

Подобные ячеистые CrpyKiypbi широко распространены на Зем­ле, в минеральном царстве и в живой природе. Мы встречаемся с ними на Солнце в явлениях фотосферной грануляции и хромос — ферной сетки. И, наконец, они проявляю. ся на самых верхних эта­жах структурной лестницы Вселенной. Это свидетельствует о том, что во Вселенной в явлениях самых различных масштабов — от мо­лекул до сверхскопл^иий галакти] действуют одни и те же законы организации материи118.

Вся доступная наблюдениям область Вселенной, включающая в себя га гактики, их скопления и сверхскопления, собранные в ячеи- ггую структуру, образуют систему, называемую Метагалактикой"9.

Космогония должна вызывать величественные мысли.

«Знаки Атни Йоги»

По современным представлениям, звезды обра? уются из диф фузной материи путем i равитационной конденсации. Пространство между звездами заполнено i азом и пылью, которые обра (уют очень разреженную газопылевую среду Средняя концентрация газа (в ос­новном, водорода) в межзвездной среде составляет 1 атом на куб. см (концентрация других газов значительно ниже). Это соответствует плотности 10~24 г/см3; плотность пылевой составляющей на поря­док ниже. По нашим земным меркам, это почти абсолютный ваку­ум. И тем не менее, это не пустота! Земные мерки неприменимы к Космосу. Чем глубже мы будем знакомиться со Вселенной, тем боль­ше будем убеждаться в этом. Нам еще предстоит познакомиться с межзвездной средой, а пока отметим, что она не однородна. Меж­звездная среда состоит из отдельных газопылевых облаков разно1 о размера, с плотностью на 1-2 попядка выше средней. В этих обла­ках и образуются звезды.

Под влиянием различных внешних воздействий (например, маг­нитного поля или ударной волны), а также чисто случайно, в газо — пьшевом облаке могут возникать локальные уггют нения. Силы гра­витации ст ремят ся ежа Л) образовавшееся уплотнение, а давление i аза препятствует этому. Сили грави гации пропорциональна линейному размеру уплотнения г, а сила давления обратно пропорциональна г. Ясно, что при некотором размере обе силы должны быть равны. Соответствующий размер называется критическим радиусом Джинса (или длиной волны Джинса). Он зависит от плотности, температуры и средней молекуляоной массы среды. Если размер уплотнения боль ше критического радиуса Джпнса, уплотнение будет сжиматься. Об­разующийся сгусток об ыдает определенным вращательным момен­
том, так как вещество, из которого он образуется, участвует в общем вращении Галактики. При сжатии скорость вращения возрастает, а это приводит к тому, что массивный сгусток не может сразу сжаться до большой плотности — под действием центробежной силы он раз­бивается на отдельные фрагмен —

TOC o "1-3" h z ты, которые, в свою очередь, ЩЛ ^Bfr ififib1 И подвергаются фрагментации и т. д. Так, в процессе последова — ‘

Тельной фрагментации образу­ются сгустки вещества с массой теУ^ЯЕЭТр^ЭуДя^^у^И порядка массы звезд — это про- у I ‘Ifyv V. ‘ |-щ Я

Тозвезды. Примером такого WL?^^ чР^*-Я газо-пылевого комплекса, в ко — ■ /^Я

Тором идет процесс звездооб — ИЬ^.. j^jJk

Разования, является область ^^ИЕ^ ^ вокруг известной туманности — А^уу»!

Ориона.

В центре сжимающейся ripo — тозвезды плотность вещества выше, на периферии — ниже.

Чем выше плотность, тем быс — Н Н ж» Ж" ■II ; " трее протекает сжатие; это, в [ШНН^Ъ, + " 1 свою очередь, увеличивает *"’ "’"^Я

Плотность и, следовательно, 1ИИИИНИЛ|к.- ИМ повышает скорость сжатия и г. д. В результате сжимающая­ся протозвезда разделяются на два компонента: компактное ядро и протяженную оболочку. Вещество оболочки, притягиваясь к ядру, непрерывно выпадает на него и увеличивает его массу. Ядро при сжатии нагревается и излучает тепловую энергию. Такая про­тозвезда, состоящая из ядра и оболочки, наблюдается в виде источ­ника инфракрасного излучения. Мы упоминали о подобных объек­тах в § 1.12, когда говорили о поисках сфер Дайсона.

Если сжимающаяся протозвезда вращается очень быстро, то на определенном этапе она разделяется на отдельные фрагменты — так образуются тесные двойные системы. Из более медленно вра­щающихся прогозвезд образуются одиночные звезды. При опреде­ленных условиях оболочка протозвезды трансформируется в про­тяженный газоиылевой диск, которому передается основная доля вращательного момента. Из такого диска затем формируются пла
неты. Известно, что в Солнечной системе 98 % вращательного мо­мента приходится на долю планет и лишь 2 % на долю Солнца. Если бы весь момент количества движения принадлежал Солнцу, оно вра­щалось бы со скоростью 100 км/с на экваторе. С такой скоростью вращаются звезды главной последовательности ранних спектраль­ных классов от О до F. Звезды более поздних спектральных Классов от F5 до М имеют такую же, как у Солнца скорость вращения — порядка нескольких км/с. Важно отметить одно обстоятельство: у звезд главной последовательности при переходе от одного спект­рального класса к другому все параметры звезды (ма :са, светимость, температура, радиус) меняются непрерывно, а вот скорость враще­ния ведет себя иначе. При переходе от звезд ВО к звездам F0 она медленно непрерывно уменьшается, но в районе спектрального клас­са F5 резко падает до значения нескольких км/с. Это может слу­жить указанием на то, что у звезд спект ральных классов от F5 до М на определенном этапе эволюции сформировался протопланегный диск, которому была передана основная доля вращательного мо­мента протозвезды. Если это тал, то все звезды указанных спект­ральных классов должны иметь планетные системы. Поскольку про — топланетный диск образуется на стадии формирования звезды, можно заключить, что образование планет происходит в едином процессе со звездообразованием. Наблюдения последних лет под­тверждают этот вывод. Как уже отмечалось выше, планетные систе­мы обнаружены у нескольких десятков звезд[79], причем все они име­ют спектральные классы от F8 до М4.

Пока оболочка протозвезды непрозрачна, мы не видим находя — дуюся внутри ее формирующуюся звезду. Но по мере выпадения вещесгва оболочки на ядро и по мере формирования планет обо­лочка (или протопланетный диск) становятся прозрачными. В это время звезда наблюдается как звездообразный объект с нерегулярно изменяющейся светимостью. Считается, что к эгой стадии относят­ся звезды типа Т Тельца. Ядро протозвезды (будущая звезда) про­должает сжиматься, температура в центре его неуклонно возрастает. Когда она достигает нескольких миллионов градусов, в недрах ядра «загорается» водород: начинаются термоядерные реакции превра­щения водорода в гелий. Выделяющаяся при этом энергия поддер­живает высокую температуру 1071С давление горячего газа уравно вешивает силу тяготения, сжатие останавливается — протозвезда превращается в звезду. Момент начала термоядерных реакций и есть момент рождения звезды На этом заканчивается первая стадия звездной эволюции — стадия образования звезды.

Вторая стадия связана с термоядерными реакциями, в которых ядерным горючим яьляется водород. К этой стадии принадлежат все звезды главной последовательности (включая Солнце), поэтому ее молшо назвать стадией главной последовательности Начинает­ся она с началом ядерных реакций; ас грономы говорят, что в этот момент звезца вступает на главную последовательность. Знаменатель­но, что ядерным горючим на этой стадии является самый распрос­траненный элемент во Вселенной. Надо признать, что Природа рас­порядилась здесь весьма разумно, ибо запасы этого горючего наи­более велики

При сгорании водорода в недрах звезд главной последовательности образуется гелий В результате цепочки ядерных реакций четыре ядра атома водорода (протона), соединяясь, образуют ядро гелия (гелий-4), состоящее из двух протонов и двух нет. фонов, при этом выделяется энергия 4-10 5 эрг на одно образующееся ядро гелия""’. У звезд с массой меньше 0.3 М& температура в центре звечды недостаточна для образования ге­лий-4, здесь процесс завершается на образовании изотопа гелия 3Не.

Пока идут термоядерные реагции, звезда находится в устойчивом со­стоянии; все ее параметры: радиус, масса, светимость, температура ос­таются постоянными На диаграмме Герцшпрунга-Расседа она занимает строго определенное место на главной последовательности. Положение чвезды определяется ее массой. Массивные звезды имеют высокую све­тимость, они занимают верхнюю тасть главной последовательности. Звезды малой массы имеют низкую светимость, они находятся в нижней части главной последовательности Это красные карлики. Их масса заключена в пределах от 0,08 А1в до (1,3 М@

Звезд с массой меньше, чем 0,08 /Ие не существует. Почему? Если масса прото (вгзды меньше 0,08 Мр, то в процессе ок пия температура в ее центре никогда не достигает величины, необходимой для начала ядер­ных реакций с участием водорода. Такое тело (его уже нельзя назвать прогозвездой) сжимается до тех пор, пока его вещество не перейдет в состояние вырожденного газа, давление которого остановит сжатие. Это досп игается при огромных плотностях, порядка 106 г/см3, радиус такого объекта будет порядка 3000 км. Вырожденный газ обладает рядом заме­чательных свойств. Прежде всего, в отличие от обычного газа, он прак тически несжимаем У обычного газа давление зависит от температуры; когда температура падает — газ ежи чается. У вырожденного газа давле­ние не зависит от температуры. Поэтому по мере остывания звездооб­разный объект из вырожденного газа не будет сжиматься Даже если объект потеряет все запасы тепла, сила давления вырожденного газа по — прежнему будет противостоять силе ттн отения, которая не сможет сжать объект до меньших размеров[80]. Постепенно, высветив всю свою тепло­вую энергию, накопившуюся во время сжатия до вырожденного состоя ния, подобные звездообразные объекты превратятся в черные карлики — безжизненные несветящисся тела, которые могут существовать в таком состоянии миллиарды миллиардов лет. Таким образом, нижнии предел массы звезд определяется массой, при которой в центре сжимающейся звезды достигается температура, необходимая для «загорания» водорода. А чем определяется верхний предел массы? Вспомним, что при сжатии массивной протозвезды на ее ядро непрерывно выпадает вещество обо лочки, в результате чего масса ядра (будущей звезды) растет Чем больше масса ядра, тем выше его температура и интенсивнее излучение При мас­се, равной приблизительно 100 М&, давление излучения достигает такой величины, при которой дальнейшее выпадение вещества из оболочки пре­кращается. Это и определяет верхний предел наблюдаемых масс звезд.

Вернемся к звездам главной последовательности Чем больше энергии излучает звезда (т. е. чем выше ее светимость), чем быстрее она расходует ядерное горючее, тем короче стадия устойчивого состояния звезды (время жизни звезды на главной последовательности). Запасы ядерного горючего в звезде пропорциональны ее массе, а темп расходования пропорционален светимости Поэтому время жизни звезды на главной последовательности T<x M/L Но, как уже отмечалось выше, L /И4, следовательно, t <х М~ Звезды с массой, равной массе Солнца, «живут» 11-13 млрд лет Звезды с массой вдвое меньше Ме живут на главной последовательности почти 100 млрд лет, а красные карлики — много дольше[81]. Самые массивные горячие звезды с массой больше 10 М& находятся на главной последова­тельности менее 10 млн лет. Если бы такая звезда образовалась вместе с нашим Солнцем 5 млрд лет тому назад, то к настоящему времени она давно бы исчерпала запасы водородного горючего и прекратила свое существование, вероятнее всего, взорвавшись как сверхновая (см ниже). То, что мы наблюдаем подобные звезды, свидетельствует о том, что они очень молодые и сформировались не более 20 млн лет назад; по космого ническим (и даже геологическим1) масштабам, это совсем мало. Следо­Вательно, процесс звездообразования в Галактике продолжается и в настоящее время.

Чти же происходит со звездой по мере выгорания водородного горю­чего? Во внутренних слоях звезды энерговыделение уменьшается и давле­ние газа уже не в состоянии противостоять силам тяготения. В115 гренние слои звезды слегка сжимаются, темпера! ура в них повышается, давление останавливает сжатие; интенсивность ядерных реакций при повышенной температуре возрастает, восстанавливая прежний темп энерговыдслени« Светимость звезды и температура ее поверхности не меняются. Так в недрах звезды осуществляется управляемый термоядерный синтез, кого рый позволяет поддерживать равновесие звезды. В это время звезда на­ходится на главной последовательности.

Но когда значительная доля водорода выгорит, в центре звезды обра (уется гелиевое ядро. В приле1ающих к нему слоях звезды про­должаются термоядерные реакции с образованием ЯШ Гелиевое ядро растет и, в конце концов, вокруг него остается только очень тонкий слой, где идут ядерные реакции. Лишенное источников энер­гии гелиевое ядро начинает сжимат ься, температура его растет; од­новременно попытается температура примыкающей к ядру тонкой оболочки, где идут термоядерные реакции. Скорость реакций очень сильно зависит от температуры. С повышением температуры скэ рость реакций возрастает, а это, в свою очередь, повышает темпера — гуру и увеличивает скорость ядерных реакций. Такое состояние яв­ляется неустойчивым. Наружные слои звезды начинают расширять­ся, все параметры звезды (ее радиус, спектр, светимость, температура поверхности) изменяются. Период стационарного состояния звез­ды закончился. Начинается новая, третья стадия звездной эволю­ции — стадия красного гиганта.

Процесс перехода в состояние красного гиганта у звезд разной массы протекает по разному. У звезд малой массы температура поверхности (не путать с температурой внутри звезды!) при расширении оболочки практи чески не меняется. Значит, не меняется п поток энергии с единицы повер хности. А так как излучающая поверхность при расширении увеличивает ся, то светимость звезды воз[ астает Эволюционный трек такой зве щы на диаграмме Герцшпрунга-Ра^села изображается почти вертикальной лини­ей (см. рис. 2.1.20). За счет чего увеличивается мощность излучения звез­ды? Очевидно, за счет возрастания Mepi оныдсления в ее внутренних ело ях. Такое кратковременное возрастание энергии, как мы видели, возмож­но, несмотря на истощение ядерного горючего, за счет повышения температуры в зоне, где иду г ядерные реакции. У звезд большой массы температура поверхности с расширением быстро падает, излучательная
способность единицы поверхности уменьшается, но это полностью ком­пенсируется увеличением поверхности звезды, так что ее светимость не меняется. На диаграмме Герцшпрунга-Рассела эволюционный трек такой звезды изображается горизонтальной линией Каким бы путем звезда ни пришла в состояние красного гиганта, в этом состоянии она имеет темпе ратуру поверхности значительно ниже, чем звезда главной последователь

•ост* с той же светимостыо (или светимость выше, чем звезда глав­ной последовательности с той же температурой). Характерной осо бенностыо. звезд на этой стадии эволюции является то, что они становятся очень неоднородными: выделяете,, плотное компактное очень горячее ядро и холодная про­тяженная внешняя оболочка У обычных звезд плотность и тем­пература непрерывно изменяют­ся от поверхности звезды к ее цен­тру, здесь же возникает резкий ска­чок плотности между ядром и оболочкой. По своему строению красный гигант, в какой-то мере, похож на протозиезду в начальном состоянии сжатия

Время перестройки звезды, время перехода ее в состояние красного гиганта в сто раз мень­ше срока жизни звезды на глав­ной последовательности В про­цессе перестройки звезда нахо­дится в неустойчивом состоянии, здесь возникают условия, при которых она может совершать регулярные пульсации В это время звезда наблюдается в качестве цефеиды или пе­ременной типа RR Лиры.

Как же протекает третья стадия звездной эволюции4 Некоторое время после образования красного гиганта зве ща остается стационарной: ее ра­диус, температура, светимость не меняются. В центре звезды находится гелиевое ядро. Еще на стадии образования красного гиганта оно начало сжиматься Если масса ядра больше 0,4-0,5 /И0, то температура при сжа­тии достигает 10" К, начинается новый цикл ядерных реакций, при кото­рых гелий превращается в углерод (три ядра гелия-4 образуют ядро угле­рода 12С). Выделяющаяся при этом энергия поддерживает излучение звез­ды Таким образом, в отличие от звезд главной последовательност и, красный гигант излучает не за счет водородного, а за счет гелиевого горючего. По мере выгорания г:лил в центре звезды образуется углеродное ядро. Когда весь гелий выгорит, стадия красного гиганта заканчивается.

Если масса ядра меньше 0,4-0,5 Ме (масса такой звезды, вероятно, меньше одной Л4е), то температура его при сжатии никогда не достигает величины, при которой «загорается» гелий, лишенное источников энер­гии такое ядро эволюционирует по уже известному нам сценарию, пре­вращаясь в черного карлика. Но в отличие от несостоявшейся прото — згезды, которая превращается в водородный черный карлик, в данном случае образуется черный карлик из гелия. Причем в данном случае это будет гелий-4, а не гелий 3, как для звезд с М < 0,3 М0

Продолжительность каждой из рассмотренных стадий звездной эволюции зависит от массы звезды, не относительная длительность стадий для звезд разной массы сохраняется. Используя это обстоя­тельство Д. Голдсмит и Т. Оуэн в книге «Поиски жизни во Вселен­ной» применяют остроумный прием, сопоставляя время жизни звез­ды с человеческой жизнью. Если принять, что полное время жизни звезды соответствует 70 годам, то в этом масштабе времени первая стадия — сжатие протозвезды (детство) занимает 15-16 лет, сгадия главной последовательности — приблизительно 50 лет, переход­ный период к стадии красного гиганта — около года, а сама стадия красного 1 иганта (сгароетт звезды) — около трех лет. Отсюда вид­но, что большую част ь своей жизни звезда проводит иа главной пос­ледовательности.

Следующая заключительная стадия связана с гибелью звезды. В зависимости от массы звезда либо превращается в белый карлик и медленно угасает, либо взрывается как сверхновая

На первый взгляд может показаться, что чем массивнее звезда, тем больше плотность вещества в ее центре. Но на самом деле это не так. Для равновесия звезды важ"а не плотность, а давление, которое сдержи­вает вес вышележащих слоев и препятствует гравитационному сжа~ию Но давление зависит от температуры, а температура в центре массивных звезд выше, чем у звезд малой массы. Давление нагретого до высокой температуры газа уравновешивает вес вышележащих слоев при меньшей плотности, чем в недрах менее массивных звезд, где температура не так высока. В результате ядро менее массивных звезд более плотное. Это обстоятельство оказывает решающее влияние на судьбу звезд на конеч­ной стадии их эволюции.

У ^везд средней массы (вероятно, не превышающей 2,5 Ме) по­сле выгорания гелия остается углеродное ядро, сжатое до уже зна­комого нам вырожденного состояния, при котором дальнейшее сжа­тие невозможно. Если бы ядро могло сжиматься дальше, то темпе­
ратура его повысилась бы до значения, при котором начинаются термоядерные реакции следующего цикла. Но давление вырожден­ного электронного газа препятствует этому. Поэтому такое ядро обречено на медленное остывание и превращение в черный угле­родный карлик. Но прежде чем это произойдет, звезда претерпева­ет существенные изменения. Наружные слои звезды (красного ги ганта) благодаря интенсивному истечению вещества в межзвездное пространство (звевдный ветер) постепенно рассасываются, обнажая горячее углеродное ядро. Это и есп> белый карлик. У некоторых звезд с массой ~ М@ сброс оболочки происходит на ранних стадиях

Образования красного ги­ганта, когда начинается го­рение гелия. У этих звезд возгорание гелия сопровож дается резким выделением энергии. Звезда теряет ус­тойчивость и сбрасывает с себя наружные водородные слои, они отделяются от звезды, образуя медленно расширяющуюся оболочку, которая наблюдается в виде планетарной туманности"19. Оставшееся в цен. ре ее ядро становится новой плотной и горячей звездой с температурой 50-100 тыс. К, которая теряя энер­гию и охлаждаясь, постепенно превращается в белый карлик

Таким образом белые карлики «вызревают^ в недрах звезды крас — ного гиганта и «появляются на свет» riocue того, как звезда тем или иным способом сбросила свои наружные слои. Они представляют собой очень плотные остатки этих звезд, сос тоящие в основном из ядер углерода и элекгроноь Плотность вещества в них в миллион раз выше средней плотности Солнца. Белые карлики не имеют тер­моядерных источников энер1 ии и светят за счет тепловой энергии, запасенной на предшествующих стадиях эволюции. Температура их поверхности довольно высока (от 5000 до 15000 К), но благодаря

"W Планетарные туманности были открыты Гершелем в конце XV1I1 века, их название отражает чисто внешнее сходс тво с дисками планет при визуальных телеско­пических наблюдениях с небольшим увеличением.

Малой излучающей поверхности светимость их в тысячи раз мень­ше, чем у Солнца. Таким образом, экономно расходуя свою энер­гию, белый карлик может светить в течение миллиардов лет, прежде чем, медленно остывая, превратится в черный углеродный карлии, Подобная участь ожчдает и паше Солнце. Возраст Солнца около 5 млрд ле г. Через 6-8 млрд лет водородное г орючее в недрах Солн ца исчерпается, и оно превратится сначала в красный гигант, а затем, сбросив оболочку и пройда, вероятно, через стадию планетарной туманности, станет белым карликом, а потом черным карликом раз­мером с Землю.

Масса белых карликов близка к массе Солнца и не превышает 1,4 Ме. Масса родительской звезды, из которой он образовался, может бьгть зн; чительно больше. Это зависит от toi О, какую долю вещества сбрасывает звезда, прежде чем из нее «вылупится» белый карлик Звезды типа Сол­нца, вероятно, сбрасывают небольшую долю своей массы. Более массив­ные звезды moiyi сбрасывать шачи тельную часть массы Хорошим при мером является спутник Сириуса — Сириус В, исторически первый от крытый белый карлик. Вместе со звездой Снрпус А они образуют тесную двойную систему. Очевидно поэтому, что обе звезды образовались одно­временно и имеют одинаковый возраст Сириус А (та самая звезда, кото­рая гак ярко сияет на пашем небе) является звездой главной последова­тельности, а тс зда, из которой образовался Сириус В, уже прошла через стадию главной последовательности и превратилась в бсмллй карлик, сле­довательно, она эволюционировала быстрее А это значит, что она имела большую массу. Масса Сириуса А 2,3 Ме, следовательно, звезда, из кото рой образовался Снрпус В, могла иметь массу 2,5-3 Ме Веролтпо, это одна из наиболее массивных звезд, нз которых образуются белые карли­ки. Так как масса белого карлика Сириус В равна 0,9 Ме, это значит, что звезда, нз ко юрой он образовался, потеряла до 70 % своей первона­чальной массы.

Почему масса белых карликов не превышает 1,4 Ме? Мы уже отме­чали, что если масса тела, лишенного внуIpciiniix источников энергии, превышает 1,4 М^ (пт>слел Чапдрасскара), то давление вырожденного электронного газа не может противостоять силе тяготения, и такое тело продолжает сжиматтся, превращаясь в нейтронную звезду или чертмо дыру. Поэтому если в недрах звезды после превращения термоядерных реакций образуется ядро с массой больше указанного предела, то оно презращается в нейтронную звезду или черную дыру.

Мы подошли к самым драматическим событиям звездной эво­люции В центре массивной звезды температура очень высока, ве­щество там находится ие в вырожденном состоянии, а в состоянии обычного газа, который может сжиматься. Когда содержание гслич в ядре истощается, ядро начинает сжиматься, температура в центре его повышается, и там начинается новый цикл ядерных реакций с учас гием углерода, т. е. ядерным горючим становится углерод. В результате слиянии ядер 12С и 4Не образуется ядро кислорода |60. По мере истощения углерода «загорается» кислород: ядро 160, присо­единяя 4Не, образует ядро неона 20Ne и т. д. То есть следует цикл ядерных реакций, в которых последовательно синтезируются тяже­лые элементы вплоть до железа. В каждом последующем типе реак­ций выделяется все меньше и меньше энергии. Но чтобы противо­стоять сжатию, звезда должна вьщелять энергию в прежнем темпе. Это достигается за счет того, что каждый последующий элемент «сгорает» все быстрее и быстрее. Горение углерода длится тысячи лет. Затем смена горючего происходит через годы, сутки и даже часы. Загорание каждого очередного элемента происходит тогда, когда масса его достигнет некоторого критического значения, ко торое близко к переделу Чандрасекара для ядра из этого элемента В результате звезда приобретает структуру «луксвицы»: в центре нахо­дится железное ядро, окруженное многочисленными слоями из продуктов ядерного горения в предыдущих циклах.

Когда образуется железное ядро, дальнейшая цепь ядерных ре­акций прерывается. Почему? Дело в том, что в раду химических элементов железо занимает особое место. При синтезе ядер сравни­тельно легких элементов, включая железо, не надо затрачивать энер­гию. Напротив, синтез этих ядер сопровождается выделением энер­гии, которая и является источником свешмости звезд. В отличие от этого, для синтеза ядер элементов тяжелее железа необходимо зат­ратить определенную энергию (которая освобождается при распа­де этих ядер) Поэтому такой процесс не может поддерживать излу­чение звезды.

Итак, когда образуется железное ядро, ядерные реакции в звезде прекращаются. Звезда охлаждается и начинает сжиматься. Сжагие железного ядра происходит катастрофически быстро: менее чем за секунду оно уменьшает свои размеры в тысячи раз (говорят, что ядро коллапсирует). Казалось бы вещество звезды должно придти в вырожденное состояние, и давление вырожденного электронного газа должно остановить сжатие. Но этого не происходит. Дело в том, что в центре такой коллансирующей звезды развивается фанта­стически высокая температура, она достигает миллиардов градусов. При такой температуре электроны вступают в реакцию с протона­ми и образуют нейтроны (происходит процесс нейтронизации ве — щесгва). В результате количество электронов быстро уменьшается. Но откуда в центре звезды появились протоны? Ведь водород гам давно выгорел на предшествовавших стадиях эволюции. А происхо­дит вот что: при повышении температуры ядра атомов железа со­ударяются друг с другом и разрушаются, распадаясь, в конечном итоге, на протоны и нейтроны. Образующиеся при этом протоны и соединяются с электронами. Энергия, необходимая для распада атомных ядер железа черпается из кинетической энер1 ии коллапси — рующей звезды. Быстрое уменьшение плотности электронов в ре­зультате их слияния с протонами снимает вырождение (исчезает вы­рожденный электронный газ, давление которого могло бы предот­вратить сжатие). Образующиеся нейтроны заполняют звездное ядро, и коллапс продолжается до тех пор, пока в центре звезды не обра­зуется чудовищно плотный компактный объек! размером порядка 10 км, состоящий почти исключительно из нейтронов.

Столкновения атомных ядер при коллапсе приводит, как мы ви­дели, в основном, к их распаду с образованием протонов и нейтри — нов. Однако в этих же столкновениях, очень редко, но все же проис­ходит образование ядер более тяжелых, чем железо, таких, как медь, молибден, олово, иод, серебро, золото, платина, ртуть, свинец, уран, и т. д. Описанный процесс длится примерно 1 секунду, но именно в эту последнюю секунд) жизни звезды рождаеIoi, по существу, вся химия Вселенной, все химические элементы таблицы Менделеева. Энергия, необходимая для обра ювания ядер этих элементов, черпается из ки­нетической энергии коллапсирующей звезды. Заканчивая свой жиз­ненный путь, звезда использует последний шанс, последний источ­ник энергии для образования тяжелых элементов. Надо сказать, что этот процесс имеет для нас немаловажное значение. Хотя живые орга­низмы состоят преим} щественно из элементов более легких, чем же­лезо, — в основном, это водород, углерод, азот, кислород, фосфор — небольшая доля элементов тяжелее железа также входит в состав жи­вых организмов, и они играют в|жную роль в процессах жизнедея тельности (не говоря уже об использовании их в технологических целях для нужд развивающейся цивилизации).

Когда в центре звезды образуется нейтронной ядро, наружные слои обпушиваются на него с колоссальной скоростью. Возникает взрыв, отбрасывающий вещество назад. Мощная ударная волна, дви­жущаяся от центра звезды, вызывает сброс оболочки. При этом выделяется колоссальная энергия порядка 1045 Дж, а образовавшие­ся в звезде тяжелые элементы разбрасываются в окружающее ::осми — ческое пространство. Это и есть взрыв звезды, приводящий к вспыш­ке сверхновой. Обнажившееся нейтронное ядро образует уж знако­мую нам нейтронную звезду, которая наблюдается в виде пульсара.

Ней тронная звезда обр азуется лишь в том случае, если масса же лезного ядра меньше 2 Ме. Если масса ядра превышает 2 Ме, кол­лапс идет неограниченно с образованием черной дыры. Так назы­ваются совершенно необычные объекты, сжавшиеся до такой степе­ни, что их поле тяготения удерживает не только вещество, но и излучение, не позволяя ему вырваться за пределы объема, ограни­ченного так называемым i равитдционным радиусом Rg — IGMIc1 (G — постоянная тяготения, М — масса тела, с — скорость света). Идя тела с массой Солнца Re = 3 км Всякое гравитирующее веще­ство характеризуется определенной скоростью освобождения, ее на­зывают также параболической или второй космической скоростью. Если скорость частицы, находящейся в поле тяготения рассматри­ваемого тела, оольше параболической, частица вырывается из поля тяготения и уходит в космическое пространство. Для Земли пара­болическая скорость равна 11,2 км/с, для Солнца она составляет 600 км/с, а для черной дыры параболическая скорос ть больше ско­рости света. Поэтому ни одна частица (даже квант света), находяща­яся внутри черной дыры (под гравитационным радиусом), не мо­жет вырваться наруж}. Черная дыра не светит и не греет, но своим мощным гравитационным полем затягивает внутрь себя вещество из окружающег о пространства. Академик Я. Б. Зельдович образно назвал черную дыру гравитационной мог илой. Но это грубая кар­тина. Как показал крупнейший современный физик-1еоретик С. Хо — кинг, учет квантовых гффектов приводит — к тому, что черная дыра все же будет светиться, но очень слабо (излучение Хокинга). Обна­ружить по этому излучению обычные черные дыры невозможно. Но их можно заметить по свечению падающего на черную дыру газа. К середине 2001 г. было обнаружено около 20 черных дыр звездной массы и 60 сверхмассивных черных дыр (с массой более миллиона солнечных масс) в ядрах галактик. Образоваггие после­дних не связано со звездной эволюцией.

Описанная картина может быть ие точна в деталях и она не описыва­ет всех возможностей. При определенных условиях могут вспыхивать, как сверхновые, и ие очень массивные звездьг, с массой не сильно превы­шающей солнечную. Не обязательно в результате взрыва образуется ней­тронная звезда или черная дыра; звезда может взорваться полностью, без остатка Важно, что при взрьгве освобождается гигантская энергия и разбрасываются в пространство синтезированные в звезде химические элементы В белых карликах синтез элементов не продвинулся дальше углерода, но и он, в конечном итоге, оказывается запертым в недрах черного углеродного карлика, в который после остывания превратится белый карлик. Взрыв же сверхновых звезд обеспечивает процесс косми­ческого метаболизма: он обогащает межзве щную среду, из которой фов мируются новые поколения звезд. Звезды первого поколения сформиро­вались нз вещества, которое образовалось па ранних стадиях развития Вселенной. Они состояли практически целиком нз водорода (70 % по массе) и гелия (30 %) с небольшой примесью бериллия, лития и бора (меньше одной миллионной). Вероятно, это были массивные звезды, ко­торые давно закончили свою эволюцию, взорвавшись, как сверхновые, и разметас по Галактике тяжелые элементы от углерода до урана Самые старые звезды, которые наблюдаются сегодня, относятся ко второму поколению; они содержат уже заметную долю тяжелых элементов, хотя значительно меньшую, чем звезды следующего третьего поколения, к которому принадлежит и наше Солнце. Существенно, что, как сверхно­вые, взрываются, в основном, массивные звезды, которые очень быстро эволюционируют и, следовательно, за время существования Галактики сверхновые звезды многократно обогащали межзвездную среду.

Итак, звезды формируются из межзвездной среды путем гравита ционной конденсации диффузной материи. Они проходят длитель­ную стадию главной последовате шности, когда устойчивое состоя­ние звезды обеспечивается за счет ядерных реакций превращения водорода в гелий. Затем следует более короткая стадия красного ги­ганта, коща жизнь звезды поддерживается за счет горения гелия. И наконец, наступает заключи г».льная ф 1за, когда, в зависимости от массы зпезды, она либо превращается в белый карлик и медленно угасает, унося с собой в черную могилу накопления своей жиши, либо взры­вается, как сверхновая, щедро разбрасывая в пространство плоды сво­его творчества для использ< >вания их в следующих поколениях звезл. Вспышка света необычайной яркости оповещает всех, кто может ее увидеть, об этом подвиге самоотверженности звезды, отдающей себя, свою материю, свою сущность во имя продолжения Беспредельной Нити Жизни Космоса. Умирая, она, подобно фениксу, возрождается вновь в поколениях звезд, которые приходят ей на смену

2.1.4. Звездная система — Галактика. Мы познакомились с миром звезд, с их свойствами, с тем, как они рождаются, живут и умирают. Теперь нам предстой! краткое знакомство с той страной, в которой они обитают, — с i рандиозной звездной системой Га­лактикой, имеющей размер более 100 тыс. св. лет и содержащей норядка L0" звезд. Напомним, что в Галактике астрономы измеря­ют расстояние в парсеках (1 нк = 3,26 св. года) шги килопарсеках

Большинство наблюдаемых звезд Галактики сосредоточено в плоском диске с небольшим сферическим утолщением в центре. Поперечник диска около 30 килопарсек (кпк), толщина — в десят­ки раз меньше; поперечник центрального утолщения (иногда его называют «балдж») составляет около 4 кпк. Диск с балджем окру­жены звездным тало сферической формы, размер которого около 20 кпк, Диск и 1ало — две основные подсистемы звездного населе­ния Галактики. Предполагается, что вокруг этой «видимой» части Галак. ики простирается еще невидимая галактическая корона, об

Разуемая очень слабыми звездами, при сухо вис которых обнаружь вастся только по их суммарному i равитационному полю. В центре Галактики расположено компактное ядро размером около 20 пк. Схематически строение Галактики показано на рис 2.1 22.

Солнце относится к населению диска, оно расположено на пе­риферии Галактики, ближе к краю диска, на расстоянии около 8 кпк от центра и лежит почти точно в плоское i и симметрии дис­ка (на расстоянии 20 пк над нею). Земной наблюдатель видит диск «с ребра», и огромное число удаленных звезд сливается для него в светящуюся полосу Млечного Пути, который в безлунную ночь хорошо виден на небе невооруженным глазом. Отсюда происхо диг и название нашей звездной системы — Галактика, т. е. звезд ная си-тема Млечного Пути («галактикос» по-гречески означает молочный[82]). Звезды, видимые невооруженным глазом вне поло­сы Млечного Пути, — это звезды диска, расположенные б шзко к Солнцу, поэтому они наблюдаются на больших углах по отноше­нию к галактической плоскости.

Концентрация звезд в окрестности Солнца соответствует при­близительно одной звезде на 8 кубических парсеков. Это значит, что среднее расстояние между звездами составляв около 2 пк (или 6,5 св. лет). В центральных областях Галактики концентрация звезд в миллион раз выше, а расстояние между ними в 100 раз меньше, чем в окрестностях Солнца

Звезды двух основных составляющих — диска и гало отличают­ся возрастом (а, следовательно, химическим составом) и харакге ром движения. В состав i ало входят наиболее старые звезды Галак­тики, относительно бедные тяжелыми элементами. Звезды диска более молодые, и они богаче тяжелыми элементами ио сравнению со звездами гало.

Важно подчеркнуть, что Галактика представлю г собой не просто случайное скопление гигантского количества звезд, а динамическую систему, в которой составляющие ее элементы соверш нот упорядо­ченное движение под действием центральной силы, определяемой суммарным тяготением галактической материи. Если мы выделим 100 или 1000 звезд в окрестности Солнца — они не образуют динами­ческую систему, а вот Галактика в целом является! гакой системой.

Геракл, рожденный смертной женщиной, был поднесен к груди спящей Геры, чтобы молоко ьогини сдела по его бессмерп 1ым. Но проснувшаяся Гера оттолкнула младенца. Геракл не еттл бессмертным, а брызнувшее из гр"дн Вогинн молоко оставило на небе вечный бсо_мерт ный след—Млечный Путь.

Звезды диска обращаются вокруг ядра Галактики по почти кру­говым орбитам, лежащим приб шзительно в одной плоскоп и. При этим все они обращаются в одну сторону. Скорость их движения зависит от расстояния от центра Галактики. Для звезд в окрестнос­ти Солнца скорость галактического вращения составляет приблизи­тельно 200 км/с, это соответствует полному периоду обращения вокру] центра Галактики примерно за 250 млн лет Звезды сфери­ческой составляющей обращаются вокруг центра Галактики по силь­но вытянутым эллиптическим орбитам, наклоненным под всевоз­можными уыами к плоскости ;щска (рис. 2.1.24)’". Такой характер вращения напоминает вращение тел Солнечной системы. Звезды диска движутся подобно планетам, а звезды гало — подобно коме­там. По-видимому, это связано с тем, что процесс формирования Галактики и Солнечной системы имеют общие черты.

Характерной особенностью Галактики является ее спиральная структура. Собственно говоря, спиральная CrpyKiypa относится не ко всей Галактике, а лишь к ее диску. Если бы мы могли посмотреть на нашу Галактику со стороны, в направлении перпендикулярном плоскости диска, то увидели бы, что от центра диска к периферии отходят спиральные рукава (рис. 2.1.25). Спиральные рукава пред­ставляют собой области повышенной концентрации (сгущения) ^везд и межзвездного вещества. В промежутках между рукавами плотность галактической материи меньше. Солнце расположено между рукава­ми — между рукавом Стрельца и рукавом Персея, и движется в на­правлении последнего.

В спиральных ветвям Галактики сконцентрированы почти все мо­лодые горячие звезды высокой светимости. Именно они наиболее ярко очерчивают спиральные ьегви. Эти звезды образуются в спи­ральных вет вя и за время своего существования не успевают поки­ну пь их. Таким образом, спиральные ветви представляют собой ме­сто, где наиболее интенсивно идет процесс звездообразования. Ковда газопылевое облако при своем вращении вокруг центра Галактики входит в спиральный рукав, то на внутренней кромке рукава возни­кает ударная волна, здесь образуется область повышенной плотнос­ти, что способствует процессу звездообразования. Возникающие молодые звезды ярким блеском отмечают область своего звездного «инкубатора».

Что же является причиной возникновения спиральной структуры? Счи­тается, что из центра Галактики распространяется спиральная волна плот­ности. Она представляет собой периодическое чередование сгущения и разряжения галактической материи (звезд и межзвездного вещества) Но

В отличие от обычной волны, например, на поверхности воды, которая распрост раняется по прямым линиям во все сторо

Рис. 2.1.25. (Слева) Спиральная галактика NGC 1232.

По-видимому, она похожа на нашу Галактику. Светлые точки в верхней чае~и рисунка представляют собой распределение молодых объектов в спиральных рукавах нашей Галактики вблизи Солнца, наложенные на фотографию NGC 1232, При выбранном масштабе точки хорошо ложатся на спиральные ветви NGC 1232 (Справа) Галактика NGC 5364 в созвездии Девы—одна из типичных спиральных галактик

Ны от источника возбуждения, галактическая волна плотности распрос­траняется от центра Галактики по спирали. Эта спиральная волна плот­ности обращается вокруг галактического центра с постоянной угловой скоростью (не зависящей от расстояния от центра Галактики). Поэтому спиральный узор при вращении сохраняется. Но этот узор есть картина распределения плотностч Что же касается отдельных «частиц» веще­ства — звезд или межзвездных облаков, скорость вращения которых за­висит от расстояния от центра Галактики, то они при своем движении пересекают спиральную структуру. Звездьг входят в спиральный рукаь и, миновав его, вновь выходят в пространство между рукавами. На рассто яннн 10-15 кпк от центра Галактлки (пока расстояние точно не нзвест но) скорость галактического вращения совпадает со скоростью враще ния спирального узора. Эта область получила название зоны коротацил. Вблизи нее звезды никогда не пересекают спиральные рукава. Некот > рые аьторы считают, что Солнце на дадится как раз в зоне коротации и что это оказало решающее влияние на происхождение жизни в Солнеч ной системе.

Как возникают в Галактике волны плотности, что является их «гене­ратором» — этот вопрос остается пока нерешенным. Возможно, разгад
ка таится в природе самого Галактического гентра, откуда распростра­няются волны плотности.

Диск, гало, корона, спиральные ветви — это наиболее крупные элементы галактической структуры. Но и внутри этих крупных струк­турных образований распределение галактической материи также неоднородно. Звезды диска часто группируются в скопления При­чем это не эффект случайной проекции, звезды скопления распола­гаются в одной области пространства и гравитационно связаны между собой. Плотность звезд в скоплении в десятки раз выше, чем в окружающем звездном фоне, но заметной концентрации к центру скопления не наблюдается. Такие скопления получи. и назв шие <‘рас — сеянные». Число звезд в рассеянных скоплениях меняется в широ­ких пределах — от нескольких десятков звезд (бедные скопления)

До нескольких тысяч »везд (бога­тые скопления). Примером рас­сеянною звездного скопления может служит, хорошо известное скопление Плеяды в созвездии Тельца, видимое невооруженным глазом (см. рис. 2.1.26); оно со­держит сотни звезд, из которых глазом видны 5-6 самых ярких. Диаметры рассеянных скоплений составляют от 1,5 до 30 пк, а мас­сы — от 100 до 3000 Ме. В пре­делах 2 кпк от Солнца известно более тысячи рассеянных скопле­ний, а общее их число в Галакти ке оценивается в 20 тысяч. Все рассеянные звездные скопления на­блюдаются в полосе Млечного Пу ти, т. е. они расположены в диске Галактики. В состав ближайшего к Солнцу очень разреженного скоп­ления входят пять звезд ковша Ьольшой Медведицы, Сириус и дру­гие близкие звезды. Поскольку Солнце расположено рядом с этим скоплением, и мы наблюдаем его как бы изнутри, звезды скопления не образуют компактную группу на небе, а разбросаны по вссму небосклону.

Все звезды одного скопления не только расположены в одном месте, но имеют бличкий возраст, следовательно, они связаны об щим происхождением. Мы уже знаем, что звезды образуются из межзвездной среды. Звезды, возникающие в процессе фрагмента-
цин одного газопылевого облака, как раз и образуют рассеянное звездное скопление. Так как, помимо общего галактического вра­щения, они имеют еще хаотические, случайные скорости, то скоп­ление с течением времени «рассасывается». Обычно это происхо­дит за время нескольких десятков оборотов вокруг центра Галакти­ки. Наше Солнце представляет собой одиночную овезду. Вероятно, оно образовалось в составе рассеянного скопления вместе с сотней других звезд, но за 5 млрд лет >то скопление полностью рассоса лось, и сегодня мы не знаем братьев и сестер Сол] ща.

Наряду с рассеянными звез дными скоплениями в диске Галактики наблюдаются разре­женные группировки молодых горячих звезд, которые полу­чили название звездных ассо­циаций. Счит ает ся, что звезды ассоциации также сформиро­вались в пределах одного об­лака, но не смогли объединить ся в гравитационно связанное скопление.

Следующим, более круп­ным структурным образовани­ем являются звездные комп­лексы, в состав которых входят несколько рассеянных звезд­ных скоплений, ассоциаций и облаков межзвездного газа. Размер комплексов 500-1000 пк, масса 106-107 М@. Все они распо­лагаются вдоль спиральных ветвей Галактики.

Некоторые звезды сферической составляющей также группиру­ются в скопления. В отличие от рассеянных скоплений, они имеют очень высокую концентрацию звезд к центру скопления и имеют, как правило, шаровую форму. Поэтому они получили название шаровых скоплений. По размерам шаровые скопления превосходят рассеян­ные, их диаметр от 15 до 200 пк Число звезд в шаровых скоплениях также больше: согни тысяч, а в отдельных случаях вплоть до милли­она звезд. Массы шаровых скоплений составляют 104-10" М@. Кон­центрация звезд в центральных областях шарового скопления очень
велика: в сотни тысяч раз выше, чем в окрестностях Солнца. Если бы вокруг одной из таких звезд обращалась планета, населенная ра­зумными существами, то они, вероятно, не знали бы, что такое на­стоящая ночь, ибо даже после захода солнца на небе осталось бы множество светил, сияющих, как Луна в полнолуние. Характерной особенностью шаровых скоплений является го, что они практически не содержат i аза. В состаге их также нет молодых звезд. Это наибо­лее древние объекты Галактики, возраст их порядка 10 млрд лет. В настоящее время известно около 150 шаровых скоплений. Они рас­пределены в пространстве неоднородно, концентрируясь к центру Галактики. Как и одиночные зьезды сферической составляющей (гало), шаровые скопления движутся по сильно вытянутым эллиптическим орбитам с периодом обращения 108-109 лет. Большую часть времени они проводят вдалеке от Галак гического центра, но один раз за пе­риод обращения проводят через плотные центральные области Га­лактики.

До сих пор речь шла о звездном населении Галактики. Но, по­мимо звезд, важную роль в жизни Галактики играет межзвездная среда, из которой образуются и сами звезды. Она состоит из газа и пыли, перемешанных в соотношении 100 : 1 (по массе), г. е. масса пыли составляет 1 % от массы газа. Газ и пыль сосредоточены в галактическом диске. Средняя плотность газа здесь, как уже отмеча­лось выше, составляет 1 атом/см1. Для сравнения напомним, что в 1 см3 атмосферы у поверхности Земли содержится 3- 1019 молекул. Несмотря на столь ничтожную плотность межзвездной среды, об­щая масса газа, занимающего огромное пространство, составляет заметную долю — около 3 % массы Галактики (без учета массы ко­роны’). Как и звезды, газ (и пыль) в диске распределены неравномер­но, образуя отдельные газопылевые облака. Средний размер обла­ков — несколько десятков парсек. Химический состав межзвездного газа подобен солнечному Главным компонентом является водород. Он может находит ься в атомарном или молекулярном состоянии. Со­ответственно говорят об облаках атомарного или молекулярного во­дорода. Плотность газа в облаках атомарного водорода составляет 10-100 ат/см3 (в среднем 20 ат/см1), шютность в межоблачной сре­де порядка 0,2 ат/см3. Плотность молекулярных облаков Н2 на мно­го порядков выше, она может достигать 106 молекул/см3, а масса та­ких облаков дост игаег миллиона солнечных масс. Так как пропор­ция между газом и пылыо всюду остается приблизительно одинаковой, то в более плотных облаках содержится также больше пыли.

Плотные газопылевые облака не пропускают свет звезд, нахо­дящихся за ними. Поэтому они выглядят как темные области на небе, которые получили на звание темных туманностей. Примером может служить тем­ная туманность «Конская го­лова» в созвездии Ориона (рис. 2.1.28).

Большая часть атомарного водорода находится в нейтраль­ном состоянии. Облака нейт­рального водорода образуют так называемые области HI. Это холодные облака с тем пера турой меньше 100 К Они совсем не светятся в видимой области спектра, и если бы не

Радиоизлучение на волне Рис. 2.1.28. Темная туманность «Конская

Голова»

21 см, такие облака невозможно было бы обнаружить. К счастью, излучение в линии 21 см дает богатую информацию о распределе­нии этих облаков в Галактике, их движении и физических услови­ях в них.

8 -4147

Если вблизи газопылевого облака находятся яркие звезды, то благодаря рассеянию света звезд на частицах пыли такие облака мопт наблюдаться в вице светлых туманностей, которые получили назва­ние отражательных. Примером может служить отражательная ту­манность в скоплении Плеяды (рис. 2.1.29). Таким образом, отра­жательные туманности представляют собой газопылевые облака, под­свеченные звездами. Когда температура звезд, находящихся внутри (или вблизи) газопылевого облака, достаточно высока, они своим мощным УФ-излучением ионизируют водород. Образуется область ионизированного водорода НИ. Температура в таких областях до — с гигает 10000 К, и они являются интенсивными источниками теп­лового радиоизлучения. Кроме того, ионизованный водород при рекомбинациях"2 интенсивно излучает в оптической области спект­ра, благодаря чему зона НИ светится, образуя диффузные туман­ности (рис. 2.1.30). Формы их необычайно разнообразны, они об­ладают очень богатой гонкой структурой и по красоте не уст упаюг картинам облаков в земной атмосфере. Конечно, наблюдать их мож­но только с помощью телескопов. Области HI и НИ, а 1акже моле­кулярные облака располагаются преимущественно в спиральных вет­вях Галактик

Межзвездные молекулярные облака играют особую poj. b. Имен­но в этих плотных облаках интенсивно идет процесс образования звезд (и планетных систем). Помимо молекулярного водорода Н2, они содержат десятки других молекул. Среди них молекулы воды, шрающей такую важную роль в известной нам водно углеродной форме жизни, к которой принадлежим и мы сами, а также молеку­лы органических веществ. Причем речь идет не только о простей ших органических веществах типа метана СН4, но и более сложных соединениях, таких как муравьиная кислота НСООН, этиювый спирт C2HsOH и др. Молекулы метиламина CH3NH2, обнаружен­ные в межзвездной среде, являются важным звеном в формирова­нии аминокислот, а это уже ступень к образованию белков. Чем сложнее молекула, тем труднее ее обнаружить. Поэтому неизвест­но, как далеко зашла химическая эволюция в молекулярных обла­ках межзвездного газа и какие типы молекул там действительно су­ществуют. Согласно гипотезе Ф. Хойла и Ч. Впкрамасинга, в меж­звездных молекулярных облаках могут возникать даже простейшие формы жизни. Мы подробней рассмотрим эту проблему в гл. 4.

Газовый диск Гатактики пронизан галактическим магнитным полем. Напряженность его в сотни тысяч раз меньше, чем напря­женность геомагнитного поля, но оно играет важную роль в физи­ке и динамике межзвездного газа. Галактическое магнитное поле имеет довольно сложную структуру. Вдоль его силовых лучей дви­жутся заряженные частицы космических лучей. В их состав входят электроны, протоны, позитроны, мезоны, гипероны, ядра тяже­лых элементов. При движении эле* гронов в магнитном поле излу­чаются радиоволны. Это один из основных механизмов радиоиз­лучения Галактики, в целом, и отдельных дискретных источников радиоизлучения. Космические лучи генерируются в ядре Галактики и при вспышках сверхновых. В составе Галактик л оии удерживают­ся ее магнитным полем.

Заканчивая наше "накомство с Галактикой, нам остается «загля­нуть» еще в ее центральную область. Эта область радиусом около 1 кпк, носит название «Галактический центр». Внутри ее находится компактное ядро нашей Галактики размером приблизительно 20 пк (в поперечнике). Галактический центр расположен в направлении созвездия Стрельца за плотным слоем пылевых облаков, ослабляю­щих свет в десятки тысяч раз. Поэтому наблюдать его в оптическом диапазоне невозможно. К счастъю, пылевая среда прозрачна для инфракрасного и радиоизлучения, и это позволяет наблюдать Га­лактический центр в указанных диапазонах волн. Подав тяклцая часть вещее гва в Галак. ическом центре сосредоточена в звездах. Среди них много молодых горячих звезд спектрального класса О. Это указывает на то, что в центральной области нашей Галактики интен­сивно идет процесс звездообразования. Помимо звезд, в Галакти ческом центре имеется значительное количество газа и пыли. Эта газопылевая среда образует быстро вращающийся диск радиусом около 600 пк, наклоненный под углом 22" к галактической плоско­сти. Его называют «околоядерным», так как он непосредственно примыкает к ядру Галактики, расположенному ь центре этого дис­ка Диск состоит из облаков атомарного и молекулярного водоро­да (перемешанных с пылью); во внутренних частях диска водород полностью ионизирован, образуя область НИ р щиусом 150 пк. В околоядерном диске газ движется со скоростью около 200 км/с. По-видимому, эти газовые потеки истекают из ядра Галактики.

В пределах Галактического центра находится мощный источник радиоизлучения Стрелец А. Он состоит из двух компонентов — За­падного и Восточного. Источник Стрелец А Западный, занимаю­щий область размером около 20 пк, совпадает с динамическим цен­тром Галактики, вокруг которого вращаются входящие в нее звез­ды. Эта область и представляет собой ядро нашей Галактики. Внут­ри ядра обнаружены более компактные источники инфракрасного и радиоизлучения. Особый интерес иредставляе г сверхкомпактный радиоисточник, обнаруженный методом радиоинтерферометрии Его угловой размер меньше 0,001", что Coot Ictci вуст линейному размеоу, не превышающему 10 а. е. Предполагается, что это черная дыра с массой поряда 106 7И0.

Ядро Галактики — это самая загадочная область нашей звездной системы. Возможно, оно играет такую же определяющую роль для Галактики, как Солнце для Солнечной системы. Роль ядер особен­но хорошо видна на примере других галактик. К описанию мира ] алактик мы теперь и переходим.

Охватим взором всю ширь ночного неба, облетим мыслью все бесчисленные миры и гайники бсско нечною прос. рансыа.

Е И Рерих

2.1.1. Солнечная система — дом, в котором мы жиьем. Мы живем на поверхности плансгы, которою называем Землей. С точки зрения наше! о повседневного опыта, это огромный необычайно сложный и прекрасный мир. Если мы хотим посмотреть на Землю со стороны, нам придется огвлечься от Mhoi Их доро1 их нашему сер­дцу подробностей. Тогда Земля предстанет как космическое тело, приблизительно шарообразной формы, ее диаметр около 12,7 тыс. км, масса 6-10 кг. Земля вращае гея вокруг своей оси с периодом около 24 часов Ъ< льшая часть ее поверхности покрыта водами мирового океана, 29 % поверхности занимает суша.

Суша Земли образует пять континентов и множество мелких и больших островов. Наружная твердая обе точка Земли — земная кора в районе материков имеет толщину до 70 км, дно океанов об­разовано более тонкой океани­ческой корой, ее толщина около 10 км. Под твердой корой Зем­ли находится мантия, образован ная расплавленным веществом, она состоит из нескольких сло­ев и простирается до глубины 2900 км. Еще глубже расположе­но плотное железо-никилевое ядро Земли. Нзружные слои ядра — жидкие, центральная внутренняя час ть—твердая. Дав­ление в центре Земли достигает 33 • 10б агм, температура около 6000 К Вследствие вращения Земли вокруг своей оси в жидком ядре I енерируются электрические токи, которые являются источником геомагнитного поля.

Над поверхностью мирового океана и континентов расположена воздушная оболочка Земли — ее атмосфера. Она простирается при­близительно до высоты 2000 км и постепенно переходит в межпла­
нет ную среду. Основные процессы, связанные с формированием погоды, протекают в нижней атмосфере Земли — тропосфере, ее юлщина в средних широтах составляет 10-11 км. На высоте 60 км (в стратосфере) содержится значительное количество озона — озо­новый слой, который поглощает большую часть жесткого ультра­фиолетового излучения Солнца и таким образом предохраняет органическую жизнь на Зем ге от губительного действия УФ-радиа­ции. На высоте нескольких сотен километров (от 80 до 800 км) простираются ионизированные слои земной атмосферы, так назы­ваемая ионосфера, которая эффективно отражает декаметровые радиоволны и обеспечивает тем самым дальнюю радиосвязь в диа­пазоне КВ. Атмосфера Земли в основном состоит из азота (78 %) и кислорода (21%); имеется также небольшое количество аргона (0,9 %), углекислого газа (0,03 %) и водяного пара (меньше 0,1%). Атмосфера Земли поглощает большую часть спектра электромаг­нитного излучения, падающего на нее из Космоса. Лишь в оптичес­кой области, приблизительно от 0,3 до 0,7 мкм, и в радиодиапазо­не, от нескольких метров до 1 мм, атмосфера относительно про­зрачна. Через эти два узких «окна прозрачности» и пост) пает на поверхность Земли все излучение из космического пространства.

Содержание свободного кислорода в атмосфере Земли целиком обусловлено жизнедеятельностью живых организмов. Таким обра­зом, органическая жизнь на Земле выступает как активный геохи­мический фактор планетарного масштаба. В соответствии с этим область распространения активной жизни на Земле, охватывающая часть нижней атмосферы, гидросферу и верхнюю часть твердой обо­лочки, получила название биосфера[70]. Таковы некоторьге черты Земли как планеты.

Ближайшее к Земле небесное тело — Луна. Это спутник нашей планеты. Она расположена на расстоянии 384 гьге. км (среднее рас­стояние) и обращается вокруг Земли с периодом 27,3 суток. Диа­метр Луны в 3,5 раза меньше земного, а ее масса в 81 раз меньше массьг Земли. Это мертвое, безжизненное тело, лишенное атмосфе­ры и гидросферы. Несмотря на это, Луна оказьгвает заметное влия­ние на Землю. Прежде всего, благодаря гравитационному взаимо­действию, она вызывает ггриливьг в океане, атмосфере и твердой оболочке Земли. Имеются данньге о том, что ритм жизнедеятель­ности земных организмов коррелирует с ритмом лунных приливов. Отмечена также корреляция процессов в биосфере с фазами Луны.

Земля с Луною обращаются вокруг Солнца по почти круговой орбите с периодом 365,26 суток (сидерический год). Всего в Сол­нечной системе 9 больших планет, — это (в порядке возрастания расстояний от Солнца): Мерк)рий, Венера, Зем ш, Марс, Юпитер, Caiypn, Уран, Нептун и Плутон Расстояния в Солнечной системе принято выражать в астрономических единицах; 1 а. е. равняется среднему расстоянию от Земли до Солнца, 149,6 млн км. Ближай­шая к Солнцу планета Меркурий обращается вокруг него на расстс янии 0,39 а. е., а самая удаленная планета Плутон — на расстоянии 39,4 а. е. Все планеты обращаются вокруг Солнца приблизительно в одной плоскости и в одном направлении, совпадающем с напраи лением вращения Солнца вокру1 собственной оси. Основные ха­рактеристики планет приведены в таблице 2.1.1.

Расстояния планет от Солнца подчиняются определенной зако­номерности (так называемое правило Тициуса-Боде). Согласно этой закономерност и, между Марсом и Юпитером дол;:<на быть еще одна планета. Но вместо нее там существуют целый рой малых тел — малых планет или астероидов Орбиты большинства астероидоь за­ключены в пределах от 2,17 до 3,64 а е. ^эту область Солнечной системы называют поясом аст гроидов), больше всего их на расс го янии 2,8 а. е., где, согласно правилу Тициуса-Боде, должна нахо­диться несуществующая планета.

В настоящее время зарегистрировано более 10 000 астероидов. Са мый крупный из них Церера, ее размер 950 км, а масса в 7000 раз мень­ше массы Земли. Затем следуют Паллада, Веста, Юнона с диаметром, соответственно, 550, 530 и 240 км Число астероидов с уменьшением их размера быстро возрастает. Самые малые из зарегистрированных асте роидов (т. с. таких, для которых определена орбита) имеют размер по рядка нескольких сот метров Более мелкие тела обычно называют ме — теороидами. Граница между ними и астероидами условна. И те, и другие представляют собой каменные глыбы неправильной формы, образовав­шиеся, вероятно, от дробления более крупных тел Процесс дробления продолжается и в настоящее время. Чем меньше осколки, тем больше их число, самые мелкие образуют частицы межпланетной пыли Некого рые метеороиды попадают в поле тяготения Земли и падают на ее повер­хность в виде метеоритов или Ci орают в атмосфере в виде метеоров. Крупные метеоритные кратеры на Земле соответствуют падению асте­роидов диаметром около 1 км

Существовала гипотеза, согласно которой пояс малых планет образовался в результате взрыва планеты Фаэтон, обращавшейся по орбите между Марсом и Юпитером. Согласно современным вз1 ля­дам, астероиды — остатки протопланетных тел, из которых могла с формироваться планета, однако процесс ее формирования не был завершен из-за гравитационных возмущений со стороны Юпитера.

К числу малых тел Солнечной системы относятся и комет ы. Вре­мя от времени эти небесные странницы появляются на нашем не­босводе, создавал красочную картину и оставляя у людей неизгла­димое впечатление, часто наполненное смутными предчувствиями каких-то грядущих событий. Ядро кометы представляет собой ле­дяное тело неправильной формы (ледяную глыбу) размером не­сколько сот километров, состоящую из замерзших газов (Н20, NH-, СО, и др.) с вкрапленными в лед минеральными частицами. Счита­ется, что вещество ядра сохранилось от тех времен, когда происхо­дил процесс формирования Солнечной системы, это остатки тех тел, из которых образовались планеты.

Кометные тела обращаются вокруг Солнца по очень вытянутым эллиптическим орбитам. Большую часть времени они находятся вдали от Солнца, образуя гигантское облако кометных тел, простираю­щееся на 100-150 тысяч а. е., которое называют облаком Оорта[71]. Вблизи афелия своих орбит кометные тела испытывают притяже­ние соседних с Солнцем звезд. Под действием этого притяжения орбиты их изменяются. Часть тел приобретает пораболическую ско­рость и покидают Солнечную систему. Другие (их небольшое чис­ло) переходят на орбиту с перигелием, расположенным вблизи Сол­нца. Именно они и образуют кометы. Когда ядро кометы прибли­жается к Солнцу, вначале с ним не происходит никаких заметных изменений. Но когда расстояние становится меньше 6 а. е., замерз­шие газы в ядре кометы под действием солнечных лучей испаряют­ся и обра iyioi вокруг ядра туманную i азо пылевую оболочку — кому. Вместе с находящимся внутри ее ядром кома образует голову коме­ты, размеры которой достигают 104-105 км. Под действием свето­вого давления и солнечного ветра вещество комы отбрасывается назад от Солнца и образует хвост, простирающийся на сотни миллионов километров. Пройдя через перигелий, комета удаляе гея от Солнца, хвост ее уменьшается, блеск слабеет, и, наконец, она совсем исчезает
из виду. Когда комета проходит через области Солнечной системы, занятые планетами, кометное ядро вновь испытывает возмущения, но уже не от соседних звезд, а от планет. Часть комет под действием этих возмущений переходят на гиперболические орбиты и уходят

Из Солнечной системы, дру­гие захватываются на менее вытянутые эллиптические орбиты. Такие кометы пери­одически возвращаются к Солнцу. Одна из самых изве сгных периодических ко­мет — комета Галлся, с пери­одом обращения примерно 76 лет, последнее прохожде­ние ее было в 1986 г.

В последнее десятилетие XX века были получены но­вые данные о строении вне­шних частей Солнечной си­стемы[72]. В 1992 г. за орби­той Нептуна, на расстоянии 44,3 а. е. была открыта малая планета размером 283 км, которая обращается вокруг Солнца по почти круговой орбите (с очень малым экс­центриситетом). В следующем году была открыта вторая такая пла­нета размером 286 км. А к середине 2002 г. число транснептуно — вых объектов достигло 500. Диаметр самого большого из них — около 1300 км, самого маленького — 96 км. По оценкам количе­ство объектов за орбитой Нептуна размером более 100 км состав­ляет 65 000. Но, конечно, гам должны быть и более мелкие тела, количество которых значительно больше (уже открыты первые та кие объекты размером от 6 до 10 км).

Все транснептуновые тела можно разделить на два класса. Объекты первого класса движутся по почти круговым орбитам, лежащим целиком за орбитой Нептуна. Это так называемые классические
объекты пояса Койпера Существование их было предсказано Дж. Койпером в 1951 г. как возможного источника короткоперио — дических комет. Большинство транснептуновых объектов (до 70 %) относится к этому классу.

В отличие от них объекты второго класса движутся по сильно эксцентричным орбитам и могут заходить внутрь орбиты Непту­на. Плутон принадлежит к этому классу (он также заходит внутрь орбиты Нептуна), поэтому все объекты второго класса получили название плутино, т. е. «маленькие плутончики». Все они, как и Плутон, находятся в резонансе с Нептуном, делая 2 обращения вокруг Солнца за 3 оборота Непгуна Среднее расстояние всех плутино от Солнца примерно равно 39 а. е., а эксцентриситеты и, соответственно, расстояния в перигелии и афелии у различных плутино различны. К середине 2000 г. было открыто около 100 плутино, а общее число таких тел с размером больше 100 км оценивается в 25 000.

Помимо этих двух классов, за орбитой Нептуна находятся объек­ты, которые движутся по очень вытянутым эллиптическим орбитам и могут уходить далеко за орбиту Нептуна и Плутона. Примером может служить объект TL бб, открытый в 1996 г. Е»о размер 500 км, период обращения 1000 лет, и он удаляется от Солнца (в афелии) на 135 а. е. Количество подобных объектов оценивается в 10 000, а их общая масса може1 достигать от 0,5 до 1 массы Земли.

Еще один пояс малых тел расположен внутри орбиты Нептуна, между ним и Юпитером. Это так называемые кентавры. Первый кентавр был огкрьп — в 1977 г. и получил название Хирон (не путать с Хароном — спутником Плутона"). В греческой мифологии Хи рон— имя одного из кентавров (получеловека, полулошади). На­звание объекта «Хирон» было оправдано тем, что он сочетал в себе свойства астероидов и хомет. Так в 1996 г., находясь весьма далеко от Солнца, Хирон проявил активность кометного типа: у него по­явились кома и хвост. Впоследствии другие объекты, подобные Хи — рону, стали называть «кентаврами» К середине 2000 г. было извес­тно около 20 кентавров. Считается, что они попали в область меж­ду орбитами Юпитера и Нептуна из пояса Койпера. Это подтверждает предположение о том, что пояс Койпера является источником периодических комет Расположение некоторых транс­нептуновых тел и «кентавров» показано на рис. 2.1.4.

Но вернемся вновь к большим планетам. Они делятся на две груп­пы: земная группа — Мергурий, Венера, Землт, Марс и планеты-

Гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Плутон занимает осо­бое пол< окение: по своим характеристикам он больше похож на спут­ники планет-гигантов или на плутино.

Рассмотрим планеты! смной фуппы Все они имеют твердые обо­лочки; наиболее обильные химические элементы в твердой оболочке: железо, кислород, кремний, магний. Жидкая оболочка — гидро­сфера имеется только у Земли. На Марсе жидкой воды нет, но есть лед Н-О в полярных шапках и в грунте (вечная мерзлота). Венера, Земля и Марс окружены газовой атмо­сферой. Особенно мощ­ная атмосфера у Венеры, давление ее у поверхно­сти планеты составляет 90 атм, у Земли — 1 атм, у Марса — 0,006 атм Ос­новные компоненты ат­мосферы на Венере и Марсе — углекислый газ и азот (на Земле — кис­лород и азот). У Мерку­рия атмосферы практи­чески нет. Жидкое ядр з имеется у Меркурия, Венеры и Земли, у Map са оно, по-видимому, отсутствует. Все планеты земной группы имеют слабое магнитное поле, у Меркурия оно в 100 раз слабее земного, у Марса — в 104 раз слабее, у Венеры — в 10" раз.

Температура на поверхности Меркурия в полдень составляет 750 К (477 "С), а в полночь падает до 100 К (-173 "С); на Венере, под ее мощной атмосферой, создающей сильный парниковый эф­фект, средняя температура погерхносги 735 К (462 °С); на Марсе в полдень температура достигает 2Ь0 К (7 "С), а в полночь составляет 150 К (-123 "С). Сезонные вариации температуры возникают из-за наклона плоскости экватора планеты к плоскости ее орбиты; поми­мо Земли они еще имеют место на Марсе и практически отсутству­ют на Венере. На Меркурии сезонные изменения температуры свя­заны с заметной эллиптичностью его орбиты: в перигелии он полу­чает вдвое больше тепла, чем в афелии.

Рельеф поверхнос ти планет земной группы отличается большим разнообразием. Самые крупномасштабные элементы поверхности — континентальные блоки и океанические впадины. Имеются они на Земле, Марсе и Венере. Характерной особенностью рельефа яв. тя — rcrrof также горные цени и долины. В формировании рельефа по­верхности планет земной группы, помимо внутренних факторов

Рис. 2.1.5. Венера. Изображение облачного слоя в УФ-лучах.

Фото с американского космического аппарата «Пионер Венера» на расстоянии

65 ООО км от поверхности планеты — 1979 г.

Рис. 2.1.6. Участок поверхности Венеры под облачным слоем По результатам радиолокационной съемки, выполненной с советских космических ап­паратов «Венер..-15» и «Венсра-16» в 1983-1984 гг. Хорош > видна складчатая гряда Лукелонг протяженностью 1500 км

(тектоническая делгельность, вулканы, эрозия), существенную роль играют падения метеоритов, особенно у планет, не имеющил мощ­ной атмосферы У Марса и Меркурия метеоритные кратеры — наи более распространенная форма рельефа, имеются они также на Земле и Венере. На Марсе в результате исследования космическими аппаратами «Викинг» обнаружены образования, связанные с вод­ной эрозией — извилистые долины, русла высохших рек, свиде­тельствующие о том, что в далеком прошлом на Марсе была вода и более n.’ioi ная атмосфера Существует i ипогеза, согласно которой большие запасы воды сохраняются над поверхностью Марса.

Две внутренние планеты — Меркурий и Венера, не имеют спут никои, у Земли один спутник — Луна; у Марса два спутника — Фс бос и Деймос, это небольшие тела неправильной формы, напоми­нающие астероиды

Планеты гиганты отличаются от планет земной группы не толь­ко своими ртзмерами, но также строением и составом. В их составе мало тяжелых элементов, преобладают самые легкие элементы —

Водород и гелий. В этом отношении состав плане т гигантов близок к солнечному. Различие в составе планет земной группы и планет- гигантов объясняет ся различными условиями их образования. В то время, когда формировались плаьеты, интенсивное коротковолно­вое излучение молодого Солнца и солнечный ве тер «Выдули» боль­шую часть легких газов (водород, гелий) из внутренних частей про- топланетного облака, где формировались планеты земной груши. В соответствии с различием в составе, средняя плотность планет — гигантов значительно ниже, чем у планет земной группы.

Строение планет гигантов также имеет общие черты. В центре их находится каменистое ядро, к которому примыкает ледяная оболоч­ка — ] 1антия, состоящая, в основном, из водяного льда, а также за­мерзшего метана и аммиака; над ней простирается очень мощная, протяженная и плотная атмосфера с толстым облачным слоем. У

Юпитера и Сатурна атмосфе­ра состоит, в основном, из во­дорода и гелия с примесыо раз­личных аэрозолей. Давление у основания атмосферы столь велико, что водород здесь на­ходи. ся в жидком состоянии, а еще ниже, в слое, примыкаю­щем к ледяной ман тии, — в ме­таллической фазе. Ядро Юпи­тера составляет всего 4% его массы, у Сатурна оно уже дос­тигает 25 %, а у Урана и Непту­на — 90 % полной массы. Вне­шняя газо-жидкая оболочка Урана и Нептуна состоит из во­дорода, гелия, метана и аммиа­ка. Температура видимой поверхности Юпитера (облачного слоя) составляет приблизительно 130 К (-143 °С), а у остальных планет, которые расположены дальше от Солнца, она еще ниже; самая уда­ленная из планет-гигантов Нептун имеет температуру порядка 60 К (-213 "С). Все планеты-гш анты имеют магнитное поле, особенно сильное оно у Юпитера. Его магнитосфера является источником мощного радиоизлучения, обнаружено радиоизлучение и у Нептуна.

Важной особенностью планет гигантов является наличие у каж­дой из них целого семейства спутников. Еще до начала космических исследований с помощью наземных телескопов у Юпитера было об­наружено 12 спутников, у Сатурна — 10, у Урана — 5, у Нептуна — 2. Исследования с помощью космических аппаратов, побывавших в окрестностях этих планет, позволили обнаружить новые, неизвест­ные ранее небольшие спут ники. В настоящее время общее число спут­ников, обнаруженных в системе Юпитера, достигло 40, у Сатурна обнаружено 30, у Урана — 21, у Нептуна — И спутников. Самым крупным спутником в Солнечной системе является спутник Юпитер-1 Ганимед, его диаметр (5280 км) превос ходит диаметр Меркурия. Один из самых интересных— спутник Сатурна Титан Его диаметр 5150 км, масса почти вдвое превышает массу Луны Титан обладает довольно мощной атмосферой, давление ее у поверхности спутника 1,6 атм. Сос­тав атмосферы: 90 % азота, 9 % аргона, 1 % метана, имеется также небольшое ко­личество аммиака, цианистого водорода и этана. Облака спутника состоят из ка­пелек жидкого метана. У Титана обнару­жено слабое Mai нитное поле. Вторым спутником, у которожо имеется атмосфе ра, является спутник Нептуна Тритон. Его диаметр 2700 км, масса немного превь — шает массу Луны. Следы атмосферы имеются и у спутника Юпитера Ио Хотя Ио не способен удержать г. тмосферу, она постоянно пополняется за счет вулканк ческих извержений. Вулканическая дея­тельность Ио была обнаружена во время полета «Вояджеров». Вулканы Ио выбрасывают вещество со скоро­стью 1 км/с на высоту в сотни километров. Это во много раз превы­шает скореегь и высоту выбросов при извержении вулканов на Земле. Обнаружена слабая атмосфера у еще одного спутника Юпитера — Европы (см. п. 4.2.5).

С системой спутников связана еще одна особенность планет-ги­гантов: наличие у них колец. Наиболее ярко выраженное кольцо — у Сатурна, оно было открыто еще на заре телескопических наблю­дений[73] . В последние годы обнаружены кольца также у Юпитера,

Урана и Нептуна (последние два с помощью космических аппара­тов). Кольца образованы совокупностью небольших тел размером от нескольких микрометров до нескольких метров. Они располо­жены на таком расстоянии от каждой планеты, где сильны вызван­ные ее тяготением приливные силы. Считается, что. сольца пред­ставляют собой тот остаточный материал, из которого должен был бы сформироваться очередной спутник, но процесс этот не состо­ялся из-за разрушительного действия приливных сил планеты.

Последняя планета Солнечной системы Плутон представляет собой небольшое тело диаметром 2280 км, средняя плотность его 2 г/см3, значит, в основном он состоит из камня и льда. Температу­ра поверхности Плутона около 42К (-230 "С). Атмосфера есть, но очень разрежена, давление у поверхности составляет несколько мик — робар. В основном, она состоит из метана и азота. В г азообразном состоянии атмосфера существует только тогда, ко1да Плутон нахо­дится вблизи перигелия. Однако большую часть своего долгого года (243 земных лет) он находится очень далеко от Солнца, и тогда атмосфера его полностью вымерзает. Очень близко к Плутону, на расстоянии около 20 тысяч км, обращается его спутник Харон, он имеет размерьг примерно такого же порядка, как и Плутон (всего в два раза меньше). Фактически это двойная планета.

По своим характеристикам Плутон существенно отличается от других планет Солнечной системы и как бы «не вписывается» в об тц’ю схему ее строения. В последнее время у ученых появились со­мнения, насколько правомерно относить Плутон к больигим плане­там. Возможно, это обычный транснепгуновый объект (плутино), только самьгй массивньгй. Но астрономы — люди консервативньге, и они не спешат лишить Плутон статуса 9 й шпнетьг

Пространство между планетами заполнено мелкими пылевыми частицами. Они образуются от дробления астероидов и метеорит­ных тел (при их столкновениях), а также при распаде периодичес­ких комет. Рассеяние солггечного свет а на частицах межпланетной пыли создает красивую картину Зодиакального света — слабое ко­нусообразное свечение, которое в средних широтах можно наб по­дать в весенние месяцьг в западной части неба после окончания ве­сенних сумерек, или осенью — перед началом утренних сумерек, на востоке. Помимо пылевых частичек, межпланетное пространство заполнено частицами солнечного вещества — плазмой с «вморо­женными» в нее магнитными полями Этот намаг ниченньгй иони­зированный газ движется ог Солнца со скоростью сотни километ — ров в секунду, образуя так называемый «солнечный ветер». Меж­планетное пространство пронизано также элект ромагнитным излу­чением, космическими лучами, гравитационными волнами и нейт­рино, а возможно, и другими неизвестными нам полями.

Солнечная система со всеми ее планетами, их спутниками, коме­тами, астероидами и межпланетной средой представляет собой тот дом, в котором мы живем Э го наш макрокосмос, по отношению к которому человек являе тся микрокосмом. Центром Солнечной си­стемы, ее сердцем является Солнце.

Диаметр Солнца 1 400 ООО км — в 109 раз больше диаметра Земли. Масса Солнца 2 • 1030 кг — в 330 ООО раз больше массы Зем­ли и в 743 раза больше массы всех план» Солнечной системы; иными словами, в Солнце сосредоточено 99,87% всей массы Солнечной системы. Солнце вращается вокруг своей оси с периодом 25,4 зем­ных суток. Вещество Солнца состоит на 71% из водорода, на 26% из гелия, оставшиеся 3% приходятся на все остальные химические эле­менты. С поверхности Солнца, которая нагрета до температуры 6000 К, излучается гигантская (по нашим земным меркам^ энергия 4-1026 Вт, большая часть ее приходится на видимую часть спектра. 3 гот поток света и тепла играет определяющую роль в процессах, ироисхо, тящих в атмосферах и на поверхности плане г, он является источником, поддерживающим органическую жизнь на нашей пла­нете. От куда же берется эта энерг ия?

В недрах Солнца иду т ядерные реакции. Зона реакций — ядро Солнца, занимающее 1% его объема, но содержащее почти полови­ну его массы; температура здесь достигает 10-15 млн градусов, дав­ление 40 млрд атмосфер Вырабатываемая энергия переносится к наружным слоям в виде излучения. На глубине 100-200 тыс. км под поверхностью Солнца находи тся конвективная зона, темпера­тура в ней 104— 106 К, давление — 10й атм. Ядерные реакции в ней не идут, а энерг ия переноси тся не с помощью излучения, а самими эле­ментами вещества. Ячейки горячего газа со скоростью несколько километров в секунду поднимаются к поверхности Солнца и, излу­чая свет, охлаждаются. Охлажденный газ становится плотнее и по­гружается в глубь конвективной зоны, где вновь нагревается и под­нимается вверх.

Видимая глазом блестящая поверхность Солнца, сш фо госфе — ра, расположена непосредственно над конвективной зоной. Толщи­на фотосферы около 400 км. Может показаться, что это довольно протяженная оболочка, но если принять во внимание размер Сол­нца, фотосфера состаь мет всего около 0,03% от его диаметра, т. е. это очень тонкая оболочка. Фотосфера представляет собой осно­вание солнечной атмосферы. Расположенные над ней внешние слои (хромосфера и корона) прозрачны и поэтому в обычных условиях не видны глазом. Их можно видеть вокруг диска Солнца лишь в редкие минуты полного солнечного затмения.

На вид фотосфера кажется твердой поверхностью, но на самом деле она в тысячи раз разреженнее воздуха. Упомянутая выше температура поверхности Солнца около 6000 К — это температура фотосферы. Фо­тосфера имеет сложную структуру, па фотографиях Солнца можно ви-

Рис. 2.1.10. Поверхность Солнца на уровне хромосферы.

Видны темные волокна (протуберанцы) и светлые флокульные поля в активных областях

Деть, что она со< гоит из отдельных зернышек — грянул, разделенных узкими менее яркими промежутками. Размеры гранул различны — от 150 до 1500 км, в среднем около тысячи километров. Время жизни гра­нул — всего несколько минут, юэтому образованная ими картина непре­рывно меняется. Гранулы связаны с конвективными ячейками, которые выносят на поверхность Солнца порции горячего газа.

На поверхности Солнца (через плотный светофильтр) иногда можно чидеп темные пятна. Размеры пятен колеблются от тысячи до десятков тысяч километров, т. е. крупные пятна во много раз превышают размеры земного шара. Солнечные пятна — это области с очень сильным магнит­ным полем. Магнп гное поле тормозит движение конвективных потоков газа, поэтому температура в области пятен примерно на 1500 К ниже, чем в окружающей фотосфере, из за чего они и выглядят более темными. Количество пятен и их суммарная площадь периодически изменяется с пе­риодом около 11 лет. Это период солнечной активности. Пятна являются одним из наиболее показательных ишчкаторов солнечной активности.

Над фотосферой Солнца простирается хромосфера, ее толщина 10- 15 тыс. км. Хромосфера отличается очень сильной неоднородностью и большой изменчивостью, в ней постоянно возникают какие-то струи, пет­ли, отдельные сгустки горячего газа размером в целые земные континен­ты. Одним из самых замечательных феноменов в солнечной хромосфере являются хромосферные вспышки. Во время вспышки в отдельных облас­тях хромосферы внезапно выделяется колоссальное количество энергии, температура повышается до 10-30 млн градусов, появляется мощное рен­тгеновское излучение, возникают потоки за­ряженных частиц — электронов или протонов, которые со скоростью 100 км/с покидают Солнце, при этом генерируется мощное радио­излучение, резко возрастает яркость в опти­ческом диапазоне спектра. Во время сильных вспышек выделяется энергия до 10" Дж, что эквивалентно энергии около миллиарда атом­ных бомб. Такие вспышки происходят редко. Но вспышки в сотни раз более слабые наблю­даются почти каждый день.

Хромосфера постепенно переходит в сол­нечную корону. Это самые внешние слои сол­нечной атмосферы, простирающиеся на рас­стояние в десятки радиусов Солнца. Темпе­ратура короны достигает 1-2 млн градусов. Во внутренних областях ее часто наблюдают­ся большие плотные облака причудливой фор­мы — протуберанцы. Хотя протуберанцы под­нимаются высоко над хромосферой, в область короны, это, по существу, хромосферные об­разования. В некоторых из них происходят очень бурные процессы, и они живут всего несколько минут; другие существуют несколько меся­цев. Внешние слои солнечной короны постепенно переходят в межпла­нетную газовую среду. Вещество солнечной короны (электроны, прото­ны, ионы) непрерывно покидает Солнце со скоростью в сотни километ­ров в секунду. Это и есть солнечный ветер, о котором мы упоминали выше. Солнечный ветер постоянно обтекает Землю, так что, образно говоря, мы живем в атмосфере Солнца, точнее — в атмосфере солнеч­ного ветра. Характеристики его зависят от состояния солнечной актив­ности.

Солнечная активность связана, прежде всего, с состоянием магнитного поля Солнца. Периодическое изменение магнитного поля на поверхности Солнца сопровождается периодическим изменением различных процес­сов: изменяется число и площадь солнечных пятен, число протуберанцев и их активность, мощность и число хромосферных вспышек и др. Все эти процессы и характеризуют солнечную активность. Хотя состояние актив­ности Солнца не влияет на поток солнечной радиации, в частности, на количество тепла, которое получает Земля от Солнца, оно оказывает за­
метное влияние на различные процессы на земном шаре. Вспышки на Сол­нце вызывают полярные сияния и магнитные бури, они приводят к измене­ниям в ионосфере, что сказывается на распространении радиоволн, и к

Другим изменениям в земной атмосфе ре. Обнаружено влияние солнечной активности на живые организмы: рост деревьев, миграцию некоторых видов животных и насекомых, состояние здоровья людей Имеются данные о воздействии на более топкие процес­сы, в частности, в социальной сфере 11 летний цикл солнечной активно­сти, иа самом деле, представляет толь ко половину цикла — полный цикл, включающий также изменение понтяр мости магнитного поля, охватывает период в 22 года. Помимо 11-летнего цикла, по-видимому, существуют и более длительные циклы, но они ме­нее изучены. Так, интенсивность 11-летнего цикла меняется с периодом около 90 лет, имеются указания на существование 600-летнего цикла.

В 1974 г. советские ученые А. Б. Северный, В. А. Котов, Т. Т. Цап обнаружили, что поверхность Солнца пульсирует с периодом 2 часа 40 мин. Амплитуда пульсаций очень мала, она сост дютяст около 20 км или примерно 10~5 диаметра Солнца Интересно, что суточное вра щение Земли достаточно хорошо синхронизировано с периодом сол чечных пульсаций (1 сутки = 24 часа = 9 х 2 ч 40 мин). Имеются

Указания на то, что ритмы био­сферы также синхронизированы с периодом солнечных пульса ций. Таким образом, мы не только живем «в атмосфере Сол нца», но и, возможно, испыты­ваем на себе влияние ритма его «дыхания».

До сих пор речь шла преиму щественно о физических про­цессах в Солнечной системе. Если иметь в виду ее механику, то здесь определяющую роль играет сила гравит ационного притяжения Сол нца. Она является доминирующей вплоть до расстояний 2 ■ 10s а. е. На больших расстояниях начинает сказываться притяжение соседних звезд. Это расстояние (совпадающее с внешним краем облака Оорга)
можно принять в качестве i раницы Солнечной системы. Двигаясь мыс­ленно за ее пределы, мы должны сделать следующий шаг — к звездам.

2.1.2. Мир звезд. Ближайшая к Солнцу звезда Проксима Центав­ра расположена на расстоянии от него 270 ООО а. е. Расстояние до удаленных звезд в десятки тысяч раз больше. Астрономическая еди­ница оказывается мало удобной для измерения расстояний между звездами. Для этой цели используются более крупные единицы — парсек и световой год. 1 парсек равен расстоянию, на котором ради­ус земной орбиты виден под углом в 1", а световой i од — это рас стояние, которое свет, распространяясь со с корост ыо 300 ООО км/ с, проходит за 1 год:

1 пк = 3,26 св. год = 206265 а. е. = 3,086 ■ 10"’ м.

Невооруженным глазом на небе можно видеть несколько тысяч звезд. Современные телескопы позво шют различить сотни милли­онов отдельных звезд, а всего в нашей Галактике содержится поряд­ка 10" звезд Следует иметь в виду, что наша Галактика — не един ственная во Вселенной. В наблюдаемой области Вселенной — Ме­тагалактике содержатся десятки миллиардов дру1 их звездных систем — галактик, так что общее число звезд в наблюдаемой Все­ленной порядка 102l-1022. Звезды подобны Солнцу Если бы мы могли удалиться от Солнца на расстояние 10 пк (что совсем немно­го по масштабам Галактики), мы увидели бы его в виде слабой звез­ды 5-й звездной величины»9. Это иегко понять, ибо Солнце — ря­довая звезда, которая кажется нам столь ослепительно яркой только потому, что она расположена от нас несравненнс ближе всех Dc Гальных звезд Солнце — это наша звезда, А друг ие звезды — это Солнца, многие из которых имеют свои планетные системы.

Характерная особенность звезд состоит в том, что это самосве тящиеся тела, они излучают ia счет внутренних источников энергии (в отличие, например от планет, которые светят отраженным све­том). Источником звездной энергии являются ядерные реакции, про­текающие в их недрах Строение звезд в общих чертах напоминает" строение Солнца. По составу лвезды также подобны Солнцу при близи I сльно 70% составляет водород, около 27% — гелий, а на долю остальных химических элементов приходится приблизительно 2% массы. В пределах этих 2% наблюдаются иногда резкие аномалии химического согтава, о которых упоминалось в § 1.12. Все химичес­кие элементы тяжелее гелия образуются за счет ялерных реакций, которые протекают в звездах[74].

Во внутренних слоях звезд при температуре в миллионы граду­сов развивается гигантское давление газа (плазмы). Это давление мои» бы разорвать звезду, если бы оно не уравновешивалось силой гравитационного притяжения частиц звездного вещества. Равнове­сие этих противоборствующих сил обеспечивает устойчивое состо­яние звезды. Если количество энергии, ".оторое выделяется в не­драх звезды, уменьшается, то давление внутри звезды падает, сила притяжения превосходит силу давления, и звезда начинает сжимать­ся; при этом температура и давление внутри ее нарастают, пока вновь не наступит равновесие (уже при меньших размерах). Напротив, если количество энерг ии, выделяемое в недрах звезды, увеличивается, то давление газа возрастает, и звезда начнет расшириться до тех Tiod. Пока уменьшающееся при расширении давление не уравновесится силой притяжения. Таким образом, в зависимое! и от величины вы­деляемой энергии и в зависимости от массы звезды равновесие дос — ти! ается при различных значениях ее радиуса (т. е. при ра. шичных размерах звезды;.

Массы большинства звезд заключены в пределах от 0,1 до 10 масс Солнца; встречаются (очень редко) звезды в 50 раз массивнее Солнца. Величина 0,1 массы Солнца близка к предельной, при ко­торой, вообще, возможно существование звезды как самосветяще­гося тела, излучающего за счет ядерной энергии. Это связано с про­цессом формирования звезд из межзвездного вещества (см. ниже)

Масса звезды М, ее светимость L (т. е. мощность излучения — количество энергии, излучаемой звездой в единицу времени), ради­ус R и температура поверхности Т связаны меж ду собой определен­ными соотношениями. (;,вегимост ь звезды определяется количеством энер1 ии, ежесекундно вырабатываемой в ее недрах. Чем больше масса звезды, тем выше давление, а следовательно, и температура в цент­ральных областях ее, где идут термоядерные реакции. Скорость ре­акций очень сильно зависит от температуры. Поэтому в массивных звездах, где температура выше, реакции протекаю г быстрее, скорость

Выделения энергии, а значит, светимость звезды выше Теория, в согласии с наблюдениями, дает, что светимость обычной звезды (с умеренной массой) пропорциональна четвертой степени ее массы (L <х М4). С другой стороны, светимость зависит от температуры поверхности и ее размера, Количество энергии, ежесекундно излуча­емой с единицы поверхности звезды, равно сТ4 (здесь а— постоян­ная Стефана-Больцмана). Следовательно, L = AT4S = gT44TcR2 (здесь S — площадь излучающей поверхности). Параметры звезды удобно выражать через соответ ствующие параметры Солнца. На основании приведенных соотношений имеем.

Индекс © означает, что данная величина относится к Солнцу.

Если построить график, на котором по горизонтальной оси от­ложить температуру поверхности звезды, а по вертикальной оси от ложить светимость, выраженную в абсолютной звездной величине[75], то на таком графике каждая звезда изобразится одной точкой (рис. 2.1.14). Этот график играет в ас трономии исключительно важ — , ную роль и носит название диаграмма Герцшпрунга-Рассела. Боли — шинство звезд на диаграмме располагается вдоль линии, идущей из верхнего левого угла в нижний правый. Эта совокупность звезд по­лучила название главной последовательности — Солнце относится к их числу. Помимо главной последовательности, выделяются еще два типа звезд: гиганты (и сверхгиганты), которые при той же темпера­туре имеют гораздо более высокую светимость, чем звезды тлавной последовательности, и белые карлики, которые, напротив, при той же температуре имеют гораздо более низкую светимость.

Поверхностная температура звезд меняется в пределах от несколь­ких тысяч до нескольких десятков тысяч Кельвинов, в очень редких случаях она может превышать 100 ООО К. Светимость, пропорцио — нгльная четвертой степени температуры, меняется в гораздо более широких пределах от 10"4 L0 до 106 L@.

На рис. 2.1.14 на верхней шкале по горизонтали нанесены спект­ральные классы звезд. По характеру спектра (т. е. в зависимости ог того, какие спектральние линии и какого вида наблюдаются в спект­рах звезд) все звезды разделены на несколько спектральных классов,

Которые обозначаются буквами: О, В, A, F, G, К, М. Кроме того, внутри каждого класса выделяются 10 подклассов, обозначаемые циф­рами от 0 до 9. Наше Солнце относится к классу G2. Каждому спек­тральному классу соответствует определенная температура поверхно-

Спектральнын класс

BQI В5 Д9 А2 AS F2 Г8 С S К2 М

1 .п I "Г…………… I

Ригель • Дмн» БстсльгсПэс Г Свсрхшгинты Ч ЧПолмрн. ы. Антарес •/ -"- "Бсллатрикс-.., • дЦефем…—» *Спика Красные пи^нты АльдеГир^н

Pcrv’i • } Мира — ••

‘ «Алголь. • в ; Llcra» Капелла Арктур;

Лчл. пгц" • П(хи|нс1н А

А Цс>|т.(пж А»*..

. Солнце

Главная ‘•. а Цитшра В яослсловатслыюст:

— Б л* it Карлики

•ciiphvcb : "■-. КрюК-ль 60В

‘•Процион В • : • •.

UV Кита.

Рис. 2.1.14. Диаграмма Гсрцшпрунга-Рассела. (Вверху) По вертикильной оси отложена абсо­лютная звездная величина, справа — свети­мость звезды по отношению к Солнцу; по гори­зонтальной оси внизу— температура поверх­ности звезды, вверху — спектральный класс. (Слева) Положение некоторых ярких и близких звезд на диаграмме Герцшпрунга-Раохла

Сти. Спектральные классы ярких юрячих звезд иногда называют «ран­ними», а холодных звезд — «поздними». Эти названия условны и отражают господствовавшие очно время ошибочные представления

Сравнения: средняя плотность Солнца 1,4 г/см3 — порядка плот­ности воды). Однако это не предел: нейтронные звезды (о которых мы упоминали в § 1.8) приблизительно в 1000 раз меньше Земли, их диаметр составляет всего 10 -20 км!

Таким образом, мир звезд весьма разнообразен. Однако сказан­ное не исчерпывает его многообразия. Существует еще множество

Типов переменных и нестационар­ных звезд, а также вспыхивающие, новые и сверхновые звезды. ^ Среди переменных звезд особен-

|Щ Я^Ш но интересны звезды, которые пе-

91 Арктур J риодически меняют свой блеск (их

Часто называю] правильными пере — Анчаьес л т> M

BI менными). 15 зависимости от причин

■ ,’ изменения блеска, они делятся на

Два типа: затменные переменные и физические i юременные. За тменные ‘ ^ переменные звезды являются двой-

;ными, т. е. каждая такая звезда, на са — Jfl^L мом деле, представляет собой систе-

^ му двух близко расположенных ipa

ДХДтЯДг ^^Ж витационно связанных звезд,

Которые из за близкого расстояния между ними воспринимаются даже при наблюдении в телескоп, как одна звезда. Обращаясь вокруг общего центра тяжести, эти звезды попе­ременно затмевают одна другую, чем и объясняются периодические изменения блеска. Примером такой системы является звезда Алголь (Р Персея), переменность которой была обнаружена еще в средние века арабскими астрономами. Блеск ее меняется с периодом 2 сут ок 20 часов 49 минут.

У физических переменных звезд периодические изменения блеска вызываются пульсациями их поверхности. Эти звезды периодичес­ки сжимаются и расширяются. При расширении температура по­верхности звезды падает1, а при сжатии увеличивается, этим и объяс­няются колебания блеска. Примером такой пульсирующей звезды являгтся 8 Цефея. По ее имени все подобные пульсирующие звезды получили название цефеиды. Периоды цефеид составляют от не­скольких часов до нескольких недель. Цефеиды играют исключи­тельную роль в астрономии. Дело в том, что их светимость и пери­
од изменения блеска связаны линейной зависимостью. Используя эту зависимость, можно, определив из наблюдений период цефеи­ды, найти ее светимость. А зная светимость и видимую звездную величину, можно оценит ь расстояние до цефеи. [ы и, следовательно, до того объекта (звездного скопления, галактики), в котором она находится, Это один из наиболее надежных методов определения расстояний во Вселенной.

Помимо пульсирующих звезд (цефеид), существует большой класс неправильных переменных шезд, которые отличаются непериоди­ческими (неправильными) часто быстрыми и сильными изменени­ями блеска. Неправильные переменные также относятся к типу фи­зических переменных звезд. Изменение их блеска, по-видимому, вы­зываются бурными, взрывными процессами, протекающими в их атмосферах. К числу таких т»_зд относятся недавно сформировав­шиеся молодые звезды типа Т Тельца, которые отличаются быст­рыми неправильными изменениями блеска, а 1также вспыхивающие звезды типа UV Ки п, Последние характерны тем, что у них блеск менее, чем за одну минуту может возрасти в десятки раз, а затем! а 10-15 минут падает до первоначальной величины. Во время таких кспышек выделяется энергия, которая на один-два порядка (т. е. в 10-100 раз) превосходит энергию сильных хромосферных вспы­шек на Солнце.

Совершенно другой масштаб явлений связан со вспышками но­вых и сверхновых звезд. Новые звезды во время вспышки за несколь­ко дней увеличивают свою светимость в тысячи и да>ж;е миллионы раз (в среднем, приблизительно в 10 тыс. раз). Обычно это слабые звез­ды, которые не видны невооруженным глазом[76] Но во гремя вспыш­ки, когда блеск их возрастает в тысячи раз, некоторые из них (не очень далекие) можно видеть даже невооруженным глазом. На небе, где до этого ничего не было видно, появляется новая звезда, отсюда и название — новая. Примером может служить очень яркая новая звезда, которая вспыхнула внезапно в августе 1975 г. в созвездии Ле­бедя, вызвав сильное волнение в астрономическом мире. Несколько дней она была сравнима по блеску с самыми яркими звездами этого красивого созвездия и была хорошо видна невооруженным глазом. Но затем ее светимость начала падат ь, звезда стала слабеть и вскоре совсем исчезла из виду, а созвездие приняло свой обычный вид.

В чем причина вспышек новых звезд? Наблюдения показали, что вокруг новой звезды после вспышки образуе. ся расширяющаяся га­зовая оболочка. Кроме того, было установлено, что новые звезды представляют собой тесные двойные системы. Одним из компо­нентов этой системы является обычная звезда, а другим — белый карлик. Из-за очень близкого расположения компонентов вещество обычной звезды под действием притяжения белого карлика непре­рывно перетекает на него. Падая с большой скоростью на поверх­ность плотной звезды, газовый поток нагревает белый карлик. Когда захваченная масса газг (водорода) достигает критической величины (~ 1030 г), температура во внутренних слоях белого карлика увели­чивается настолько, что там начинаются термоядерные реакции Ьыс трое выделение энергии приводит к взрыву, в результате которого внешние слои белого карлика отрываются от него, образуя расши ряющуюся газовую оболочку. Общая энергия, выделяемая при взры­ве, достигает Ю40Дж. Этот процесс мы и наблюдаем как вспышку но­вой. После взрыва процесс перете­кания вещест ва возобновляется, что приводит к повторным вспышкам Интервал между вспышками состав ляет порядка 1000 лет, но иногда бывает значительно короче.

Несравненно более грандиоз­ные процессы происходят при вспышках сверхновых звезд. Све­тимость звезды в течение несколь­ких суток возрастает в Ю10 раз, и она излучает столько же света, :колько все вместе взятые звезды 1 алакгики! Мощность излучения во время вспышки превышае т 1036 Вт, а длительность активной с{ азы мо­жет достигать одного года; полная энергия, выделяемая за это время составляет 104’1 Дж, это приблизительно столько же, сколько Соли це излучает за миллиард лет! В качестве сверхновых вспыхивают, как правило, массивные звезды с массой, превышающей в несколько раз массу Солнца. При взрыве они сбрасывают оболочку, масса кото­рой может достигать нескольких масс Солнца.

Вспышки сверхновых звезд происходят в среднем раз в несколь­ко сотен лет (в одной галактике). По масштабам человеческой исто рии — это довольно редкое сооытие. Одна из таких звезд вспыхну ла в 1054 г. в созвездии Тельца. Яркость ее, по свидетельству китай­ских и японских летописцев, была настолько велика, что она была хорошо видна на дневном небе при свете Солнца. Через несколько недель блеск звезды стал слаба ь, и вскоре она исчезла из ноля зре­ния Сейчас на месте, где вспыхнула Сверхновая 1054 г., находится знаменитая Крабовидная туманность — остаток оболочки Сверх новой, а в центре ее обна) ужен пульсар — нейтронная звезда, ос тавшаяся после взрыва Не всегда на месте вспышки сверхновой об наруживает ся нейтронная звезда. Так, на месте Сверхновой, вспых­нувшей в созвездии Кассиопеи несколько сотен лет назад, име ется мощный рентгеновский источник и самый мощный ис­точник радиоизлучения (он называется Кассиопея А), од­нако там нет оптической туман­ности и никакой звезды в цен­тре рентгеновской оболочки не обнаружено. Остается также загадкой, почему вспышка сверхновой в Кассиопее не была зафиксирована средневе­ковыми астрономами. Две пос­ледние вспышки сверхновых в нашей Галактике наблюдались в 1572 г. Тихо Браге и в 1604 г. И Кеплером. Это было за не сколько лет до начала телескопичесих наблюдений С тех пор аст рономы с нетерпением ждут новой вспышки в нашей Галактике, но тюка безрезультатно.

С помощью телескопов ежегодно наблюдаются несколько вспы­шек сверхновых в других галактиках, но они расположены настоль­ко далеко от нас, что не могут наблюдаться невооруженным глазом. Впрочем, ожидания астрономов были частично вознаграждены в 1987 г., когда сверхновая вспыхнула в Большом Магеллановом Об­лаке — в ближайших окрестностях нашей Галактики. Немедленно на нее были направлены крупнейшие наземные телескопы (радио и оптические), а также все рентгеновские телескотты, установленные
на борту космических аппаратов. В их числе рентгеновские телеско­пы модуля «Квант», который (очень удачно!) был запущен и состы­ковался со станцией «Мир» незадолго перед вспышкой Сверхно­вой. Астрономы и физики стремились использовать для из) чения Сверхновой все имеющиеся у них средства: были предприняты по­пытки обнаружить связанный со вспышкой всплеск гравитацион ного и нейтринного излучения. Из всех результатов, которые были получены по Сверхновой 1987 г., упомянем лишь об одном: уда­лось обнаружить ту самую звезду (предсверхновую), которая вспых­нула как сверхновая, она была обнаружена на фотографиях, полу­ченных до вспышки. Оказалось, что это массивная голубая звез­да — сверхгигант. Это единственный пока в истории астрономии случай, когда згезда, вспыхнувшая как сверхновая, наблюдалась не только после, но и до вспышки.

С чем же связан такой интерес к вспышкам сверхновых? Дело в том, что при взрывах сверхновых звезд происходит синтез тяжелых элементов (тяжелее железа), которые вместе с элементами, синтези­рованными в ходе предшествующей эволюции, выбрасываются в межзвездное пространство и обогащают его всеми химическими элементами тяжелее гелия. Это определяет важнейшее космогони­ческое значение сверхновых звезд. О проблемах звездной космого­нии мы поюворим чуть позже, а сейчас нам осталось познакомить ся с еще одним важным классом звезд — двойными и кратными системами.

О двойных звездах мы уже упоминали, они образуют гравитаци­онно связанную систему и обращаклея под действием сил взаимно­го тяготения вокруг оби’его центра масс. Их называют физически­ми двойными, в отличие от звезд, которые не связаны друг с др) гом, а просто проецируются в близкие точки небесного свода[77]. Физи­ческие двойные, двойственность которых обнаруживается при не­посредственных наблюдениях в телескоп, называются визуально-двой­ными. Они имеют периоды обращения от нескольких лет до не­скольких тысяч лет. Самой короткопериодической из визуально — двойных является звезда М Кита, ее период 2,62 года. Иногда компоненты двойной системы расположены так далеко друг от дру га и обращаются друг относительно друга так медленно, что уло­вить их движение непосредственно невозможно. Их двойственность определяется косвенными методами. Такие звезды образуют широ­кие пары. В простоанстве их компоненты отстоят друг от друга на тысячи и десятки тысяч астрономических единиц, а их периоды достигают миллионов лет. Такова, например, звезда а Центавра, ко­торая вместе с ближайшей к нам Проксимой I Центавра образуют двой­ную систему с расстоянием между компонентами не менее 10 ООО а. е.

В некоторых двойных системах звезды расположены столь близ­ко друг от друга, что их невозможно различить даже при наблюде­нии в самые сильные телескопы. Двойственность этих звезд может быть обнаружена либо по периодическому изменению блеска, ког­да одна звезда при вращении затмевает другую (это затменно-пере — менные звезды), либо спектроскопически (Спектрально-овойные Звезды). Примером затменно-двойной системы, помимо уже упо­минавшегося нами Алголя, является звезда Р Лиры. Известно не­сколько тысяч затменно-двойных звезд. Их периоды заключены от нескольких часов до десятков лет. Спектрально двойные обнаружи­ваются по периодическому смещению спектральных линий из-за эффекта Доплера при обращении звезд дру! относительно друг а (или вокруг общего центра масс). Половину периода зьезда движет :я на нас, ее линии смещаются к фиолетовому концу спектра; другую по­ловину периода звезда движется от нас, лиши смещаются к красному концу спектра.

В тесных двойных системах расстояние между звездами сопосп вимо с их размерами. В таких системах существенную роль начина­ют играть приливные взаимодейст вия между компонентами. Под влиянием приливных сил звезда вытягивается, приобрет ая эллип­соидальную форму. В таких системах газ может пере текать с одной звезды на другую, при этом может образоваться газовый диск вок­руг одной из звезд (см. рис 2.1.18). В состав некоторых двойных систем входят новые звезды, пульсары и, возможно, черные дыры (см. с. 216). Обращаясь друг относительно друга, двойные звезды подчиняются тем же законам небесной механики, что и планеты

Солнечной системы при их вращении вокруг Солнца Определив из наблюдений орбиты звезд в двойной системе, можно найти их массы. Это основной метод определения масс звезд.

Среди двойных систем встречаются такие, в которых один ком­понент имеет во много раз меньшую массу, чем другой. Такой ком­понент (темный спутник) не наблюдается, а его присутствие обна­руживается по периодическим колебаниям положения главного ком­понента на небесной ccbepe. Массы темных спутников заключены в пределах от 0,2 до 0,01 Мв Обычно они не превосходят 0,1 7И0; такие обьекгы называют «коричневыми карлика ли» и относят к звез­дам, так как на определенном этапе эволюции их светимость поддерживается термоядерными реа:сциями. А менее массивные тела с массой меньше 0,01 М@ от ностт к планетам, посколгку они полное тыо лишены термо­ядерного источника энергии. К концу 2000 г. обнаружены пла­неты у нескольких десятков звезд (см. п. 4.3.2).

Помимо двойных систем, существуют тройные и кратные системы. По-видимому, около трети двойных звезд являются тройными и звездами большей кратности Примером шести­кратной системы явлчются Ми — цар и Алькор в созвездии Большой Медведицы. Эти звезды образу­ют широкую пару. Причем Мицар представляет собой визуально — двойную звезду, состоящую из двух компонентов — Мицар А и Мицар В, разделенных угловым расстоянием 14". В свою очередь, Мицар А— спектрально-двойная звезда с периодом 21 Cjt, Ми­цар В — тройная система, она состоит из спектрально-двойной звез — ды с периодом 182 сут, а вокруг этой пары обращается еще третий более далекий компонент с периодом 1350 сут.

Общее число двойных и кратных систем очень велико. Считает­ся, что от 50 до 70 % всех звезд являются системами той или иной кратности. Существует предположение, что и Солнце тоже двойная звезда. Геологические данные показывают, что примерно каждые
30 млн лет на Земле происходят катаклизмы, связанные с интенсив­ным выпадением метеоритов и кометоподобных тел и приводящие к существенному ограничению жизнедеятельности или даже полно­му вымиранию отдельных биологический видов. Одна из гипотез, пытающихся объяснить это загадочное явление, предполагает, что вокруг Солнца обращается ио очень вытянутой эллиптической ор­бите небольшая звезда (спутник). Перигелий орбиты лежит чнугри облака Оорта, а период обращения составляет около 30 млн лет. Когда звезда проходит через перигелий, она вызывает сильнейшие возмущения в облаке Оорта, в результате чего большое число ко­метных тел проникает во вн) гренние области Солнечной системы и, бомбардируя Землю, вызывает периодические катаклизмы. Ги­потетическую звезду многозначительно назвали Немезидой — по имени древнегреческой Богини возмездия. (Согласно другой гипо­тезе, интенсивное выпадение метеоритного вещества связано с про­хождением Солнечной системы через галактические пылевые обла­ка. Но в этом случае трудно объяснить строгую периодичность яв­ления.)

Вполне возможно, что у двойных звезд также имеются планеты. В тесных двойных системах, где расстояние между компонентами много меньше астрономической единицы, планеты (если они там существуют) обращаются, по-видимому, сразу вокруг обеих звезд, точнее вокруг их общего центра масс. В широких парах каждая звезда может иметь свою планетную систему. Если бы земным путешествен­никам удалось побывать на этих планетах (особенно в кратных сис­темах), они увидели бы совершенно необычную для нас картину, когда различные солнца вместе или поочередно появляются на небе. Вероят но жителям этих планет очень трудно представить, что где — то могут существовать планеты, освещаемые одним единственным солнце?*

Наш рассказ о мире звезд, по необходимости, был чисто вне­шним, описательным. Между тем, звезды играют важную роль в жизни Вселенной и в нашей жизни. Дело не только в том, что в них сосредоточено более 95 % всего видимого вещества Вселенной[78]. Звезды являются источниками энергии, необходимой для поддер­жания жизни на планетах; в их недрах образуются необходимые дтя жизни химические элементы. Чтобы лучше понять роль звезд, их влияние на процессы происхождения и развития жизни, надо познакомиться с тем, как рождаются сами гвезды. Конечно, многое здесь лежит еще за пределами нашего пониманил, но общие конту­ры картины обрисовать можно.

Попытка понять Вселенную — одна из очень не­многих вещей, которая чуть приподнимает чело­веческую жизнь над уровнем фарса и придаст ей черты великой трагедии.

С. Вайнберг

Сучьба существа зависит от судьбы Вселенной. Потому всякое разумное существо должно про­никнутся историей Вселенной. Необходима та­кая высшая точка зрения

К. Э Циолковский

В предыдущей главе мы рассмотрели, как современная наука пред­ставляет себе пути поиска внеземных цивилизаций. По ходу изло­жения нам пришлось коснуться некоторых астрономических воп­росов, мы упоминали не только о планетах и звездах, но и о таких удивительных объектах, как квазары, радиогала. стики, космические мазеры и пульсары. Мы оперировали возможными расстояниями до космических цивилизаций, не заботясь о том, представляет ли читатель хотя бы общую картину строения Вселенной и ее i [асшта — бы. К сожалению, очень часто люди имеют весьма ему гное пред­ставление об этих вещах, не всегда ясно представляя себе даже раз­личие между Солнечной системой и Галактикой. И когда мы встре­чаем в прессе восторженные репортажи о том, как наши космонавты на космических кораб;тях «бороздят просторы Галактики», многие читатели (а возможно, и авторы) воспринимают эту метафору бук­вально. Поэтому, чтобы сознательно продвигаться вперед в иссле­довании ин тересующего нас вопроса мы должны прежде всего по­знакомь ься с той ареной, с той сценой, на которой разворачивает­ся Драма Жизни во Вселенной. Мы не будем описывать детали этой сцены. Нам надо представить только общую схему ее строения и общий механизм действия. Более подробные данные читатель смо­жет найти в литерату] >е, список которой приводится в конце этой главы.

Подведем итоги главы 1. Теоретически мыслимы следующие типы контактов: 1) непосредственные контак: ъг или взаимньге посещения; 2) контакта по каналам связи; 3) контактьг смешанного типа, т. е.

Посылка автоматических устройств (зондов) в район обитания дру­гих цивилизаций, с которыми зонд устанавливает контакт по кана­лам связи; 4) поиски следов астроинженерной деятельности. Эти мыслимые типы контактов, с их разветвлениями, показаны на рис.1.16.1.

Что касается контактов по каналам связи, то здесь прежде всего следует отметить связь с помощью электромагнитных волн — един­ственный доступный нам в настоящее время тип связи. Он включает поиск сигналов в инфракрасном, оптическом и рентгеновском диа­пазонах, а также поиск радиосигналов. Помимо электромагнитных волн, возможно использование иных физических носителей сигна­ла (и соответственно организация различных неэлектромагнитных каналов): гравитационные волны, нейтрино и другие, рассмотрен­ные нами в § 1.11, включая каналы неизвестной природы.

Как мы видели, начиная с 1950-х годов на первый план выдвину­лось направление, связанное с поисками радиосигналов. Это вызва­но как развитием технических средств связи в радиодиапазоне, появ­лением крупных радиотелескопов, развитием радиоастрономии, так и тем обстоятельством, что в радиодиапазоне реализуются опгималь — ные условия передачи (и приема) сигналов на межзвездные расстоя­ния С самого начала в поисках радиосигналов наметились два на­правления — 1) попытка поймать сигналы, предназначенные для внут — 1 >енних ВЦ («подслуш! 1вание->), и 2) поиск сигналов, специально пред назначенных для установления связи. Последняя задача, в свою очередь, делится на две: поиск позывных и прием информативной передачи (космическое вещание). В обоих случаях стратегия поиска зависит от наших предположений о характере и уровне развития ВЦ. Здесь наметились два подхода и, соответственно, две стратегии поис­ка. Первый подход ориентируется на уровень ВЦ, близкий к уровню нашей земной цивилизации (энергетическая мощность ~ 1012 Вт); вто­рой — на поиск сверхцивилизаций, располагающих мощностями порядка 1026-1037 Вт, т. е. сравнимыми с энергетическим выходом звезд, гал антик, квазаров. Принимая во внимание неопределенность наших знаний, было бьг ошибочньгм канонизировать какое-то одно направление. Необходимо проводить самьгй широкий поиск, в рам­ках которого каждый разумно обоснованный проект заслуживает внимания и поддержки. В настоящее время в различньгх странах про­ведено больше 50 экспериментов по поиску сигналов ВЦ (см § 1.9).

Возможности двусторонней радиосвязи между космическими ци вилизацпямн ограничиваются гиг антскими масштабами межзвездных расстояний Мы редко задумываемся об истинньгх размерах окружа­ющей нас Вселенной. «Если бьг астрономы-профессионалы, — пи­сал И. С. Шкловский, — постоянно и ощутимо представляли себе чудовищную величину космических расстояний … вряд ли они мог­ли бы успешно развивать науку, которой посвят или свою жизнь»[69]. Хотя радиоволны распространяются с максима [ьно возможной для физического взаимодействия скоростью 30U000 км/с (скорость све­та1), им требуется порядка десят и лет, чтобы достичь ближайших звезд и миллиарды лет, чтобы достичь границ наблюдаемой Вселенной Таким о 5разом, при межзве дном радиодиалоге минимальная задер­жка между вопросом и ответом сос1авляет десяттш лет, для внутрига — лактической связи она может достигать сотен тысяч лет, а для межга­лактической — миллиарды лет. Какую задержку можно считать при­емлемой? Вероятно, она не должна превышать харакдерное время развития (или изменения) цивилизаций. Для нашей цивилизации вряд ли допустима задержка более 100 лет, следовательно, максимальный радиус двусторонней связи должен быть порядка 50 св. лег.

Представим себе, что мы хотим связаться по радио с ближайшей галактикой М31 (знаменитая Туманность Андромеды). Мы посы­лаем сигнал и… через 4 миллиона лет получаем ответ. Можно ли вести диалог в условиях такой временной задержки? Кого застанет ответ на посланный нами вопрос, будет ли он интересен нашим да­леким потомкам, да и застанет ли он вообще кого-нибудь на Земле? Ясно, что если время распространения сигнала превышает время жизни цивилизаций (или длительность коммуникативной фазы), двусторонняя связь между ними невозможна. Поэтому, нравится ли нам это или нет, мы должны признать, что радиосвязь между циви лизациями, если исключить самых близких соседей, может быть только односторонней (космическое вещание). Мы уже касались этой проблемы в § 1.4. Отметим, что это справедливо и в отношении всех других каналов связи, основанных на иных физических носи­телях сигнала, для которых выполняются чаконы физики, в частно­сти, ограничение на скорость распространения, которая не может превышать скорость света. Что касается каналов неизвестной при­роды. то для них могут действовать совершенно иные закономер­ности, для которых эти ограничения необязательны. Такая (чисто умозрительная) возможность, которую, о гчако, не следует сбрасы­вать со счета, открывает перспективу установления двусторонней связи (диалога) между космическими цивилизациями на любые рас­стояния во Вселенной. Однако — — подчеркнем еще раз — к извест­ным в настоящее время формам материи (физические поты и части­цы), которые описываются четырьмя и 1вестными физическими вза­имодействиями, указанная перспектива не относится

При «подслушивании» сигналов вопрос о двусторонней связи не возникает, Речь идет только об обнаружении ВЦ по их радиоизлуче­нию и, возможно, о приеме информации (если ее удастся расшифро­вать!). О каких сигналах можно говорить в этом случае? Часть сигна­лов, предназначенных для внутренних нужд данной цивилизации, мо­жет циркулировать по строго направленным каналам типа наших кабельных или радиорелейных линий. Такие сигналы недоступны для других цивилизаций, и ими можно не интересоваться Но если какие — то из «внутренних» сигналов (подобно земному телевидению или ра­дарам) излучаются в космическое пространство, они могут достигнуть зоны обитания другой цивилизации и, при определенных условиях, могут быть обнаружены. Это таг называемый «сигнал хггечки».

Для иллюстрации воспользуемся примером Ф. Дрейка, othi >сящимся к 1971 г. В то время на обсерватории Аресибо в фокусе 300-метровой антенны был установлен передатчик для радиолокации планет Солнеч­ной системы, мощность которого состав тяла 106Вт. Когда телескоп ло — цирует планету, только небольшая часть его излучения перехватывается ее поверхностью, большая часть излучения проходит мимо, проникая да­леко за пределы Солнечной системы. Если на пути радиолуча попадается какая-нибудь цивилизация и она случайно (или намеренно) направит свою антенну на Солнце, то импульсы, посылаемые с Земли, могут быть обна­ружены. Если цивилизация располагает такой же 300 метровой антен­ной и такой же, как в Аресибо, приемной аппаратурой, то дальность обнаружения составит приблизительно 6000 св. лет Это довольно боль­шая величина, в сфере такого радиуса находятся согни миллионов звезд. Если же увеличить мощность передатчика примерно на порялок, то даль­ность обнаружения будет уже сравнима с размерами Галактики.

Возможность обнаружения "сигналов утечки» от ближайших звезд была изучена А. В. Архиповым (Радиоас1рономический институт Нацио­нальной АН Украины). Он рассмотрел с игналы тина земного телевиде­ния, излучаемые в диапазоне 102+103 МГц и ограничился расстоянием 20 парсек (60 св. лет). Полагая, что полная мощность, которой распола тает ВЦ, составляет ~10?г’ Вт (цивилизация II типа по Кардашеву) и на радиоизлучение в «телевизионном» диапазоне она тратит такую же долю мощности, как и наша цивилизация на Земле, Архипов рассчитал, что на расстоянии 20 пк это излучение создает спектральную плотность потока порядка 1 Ян, что вполне доступно для обнаружения с помощью совре менных радиотелескопов. Где искать подобный источник и каковы его признаки? Архипов пре щоложил, что «промышленная зона» ВЦ из эко­логических соображений удалена на расстояние 1000 а. е. от своей звез­ды. Тогда с расстояния 20 пк она будет наблюдаться на угловом удалении от звезды порядка 1 угловой минуты. Следовательно, такая «промыш­ленная зона» юлжна наблюдаться в виде радиоисточника, находящегося зблизи солнцеподсбных чвезд на угловом расстоянии порядка 1 угловой минуты и излучающего в диапазоне 102—10л МГц, с плотностью потока порядка 1 Ян. Суще си-‘ют ли такие источники? Архипов проапализиро вал каталог близких звезд (предельное расстояние 20 пк) и каталог рг лиоисточников на частоте 408 МГц в надежде отыскать ралиоисточни — ки, попадающие в заданную (I утл. минута) окрестность звезд. Ему уда­лось выделить около десятка таких источников, причем 4 из них попали в заданную окрестность солнцеподобных звезд спектрального класса F 8-КО. По опенкам Архипова, вероятность сл) чайного совпадения (слу­чайной проекции) для этих звезд составляет весьма малую величину 2 -10 Подобные объекты представляют, конечно, интерес с точки зрения SET!

А как выглядит «радиопортрет» Земли? Что могли бы наблюдать вне — .. мные цивилизации, если бы они исследоьали ««.игнал утачки» нашей пла­неты? Чтобы ответить на этот ьопрос, надо было бы «посмотреть» та Зем­лю со стороны Американские радиоастрономы У. Т. Сал шван и С. X Ноу лес, используя оригинальный метод, добились этого, не покидая поверхности земного шара. Они воспользовались Луной как рефлектором и исследовали отраженнтк от Луны радиосигналы Земли. На рис. 1.16.2 показа!: полу ченный ими спектр радиоизлучения Земли в одчом из участков диапазона ультракорот! Сих волн (УКВ*, отведенных для телевидении. Поскольку теле

Рием искусственности, а анализ такой переменности позволяет определить период вращения планеты вокруг собственной оси Любопытно, что в процес се этих исследований Салливан и Ноулес неожиданно обнару жили очень сильный импульсный сигнал на частоте 217 МГц, ко­торый, как выяснилось, принад лежал мощнейшему радару службы Космическо: о надзора американского флота Так, с по­мощью Луны, которая играет роль зеркала нашей технической цивилизации, можно опреде­лить, что могли бы наблюдать ВЦ, если бы они прослушивали нашу планету с целыо обнару жения «сигнала утечки»

К поиску сигналов ВЦ близко примыкает направле­ние, связанное с поисками следов астроинженерной де­ятельности. Особенно близ-

СССР+ Восточная Европа

Западная Европа

СССР+ T Восточная Европа

США

I 7

I i

Италия ♦

Местные помехи

184 186 188 190 Частота, МГц

Деленной программы, такой контакт лишь частично заменяет дву­сторонний контак I с пославшей его цивилизацией. Чем мощнее ис­кусственный интеллект зонда, чем сложнее и пластичнее его про­грамма, тем в меньшей мере сказываются эти ограничения. Но, ко­нечно, такой контакт не может заменить взаимные посещения.

Возможность межзвездных перелетов обсуждалась нами в § 1.15. Коль скоро речь заходит о таких путешествиях, это неизбежно при­водит к вопросу о посещении Земли в прошлом и настоящем пред­ставителями высокоразвитых внеземных цивилизаций. Применитель­но к прошлому — это проблема палеовизита; применительно к на­стоящему она связывается обычно с неопознанными летающими обч екгами IIJTO. Обе проблемы сталкиваются со значительными труд ностями из-за двух крайних тенденций. Одна из них состоит в не­критическом отношении к фактам, в склонности к слишком поспеш­ным и неосновательным выводам; представите ти другой точки зре­ния отрицают саму постановку проблемы и крайне негативно относится к любым исследованиям в этих областях. На мой вз1ляд, обе тенденции одинаково вредны, им надо противопоставить под­линно научное изучение проблемы.

Мы перечислили (и частично рассмотрели в этой главе) основные типы контактов и пути поиска ВЦ, как они представляются в настоя­щее время. Вместе с тем, обращаясь к истории, мы видели, что пред ставления о путях поиска внеземных цивилизации существенно меня­лись со временем под влиянием таких факторов, как характер обще ственного сознания, парадигма, уровень развития науки и техники. Поэтому весьма вероятно, что наши современные взгляды также пре­терпят кардинальные изменения и, быть может, уже в недалеком бу дущем. Углубляясь в изучение проблемы, надо постоянно иметь в виду эту перспективу, такал позиция поможет нам избежать абсолю­тизации современных подходов и однобоких выводов.

Это почт" неподвижности мука — Мчаться куда то со скоростью звука, Зная прекрасно, что есть уже где-то Некто, летящий со скоростью света.

Л. Мартынов

В предыдущих параграфах, обсуждая различные возможности свя­зи с внеземными цивилизациями, мы не касались проблемы меж­звездных перелетов. Это самостоятельная научная проблема, ведь путешествовать к звездам можно не только для установления контак­тов с ВЦ. Но, конечно, если такие путешествия возможны, они не­пременно будут использованы для целей SETI.

В начале XX века межпланетные перелеты казались полнейшей фантастикой и, если о них можно было думать, то как о чем-то, относящемся к очень далекому будущему. Тем не менее, уже с сере­дины века межпланетные полеты автоматических аппаратов стали реальностью. И сейчас в «повестке дня» космонавтики поставлены Пилотируемые полеты к другим планетам (прежде всего к Марсу). А сможем ли мы сделать следующий шаг — к звездам? Переход от межпланетных перелетов к межзвездным — это шаг гораздо более принципиальный, чем переход от авиации к космонавтике. Меж­планетные перелеты осуществляются с помощью ракетной техни­ки. Насколько применима она для межзвездных перелетов?

Чтобы вырваться из сферы земного тяготения, надо развить ско­рость 11,2 км/с, чтобы покинуть Солнечную систему, необходима скорость 42 км/с. Представим себе ракету, которая мчится со ско­ростью 50 км/с. Ей потребуется приблизительно 26 тыс. лет, что­бы достигнуть ближайшей к Солнцу звезды — Проксимы Центав­ра. А чтобы побывать в отдаленных областях Галактики, понадо­бятся миллионы лет. Можно ли увеличить скорость ракеты?

1.15.1. Формула Циолковского. Скорость ^достигаемая раке­той после выгорания части горючего, определяется формулой Ци­олковского:

V= S In p = 2,3Slg p.

Здесь S — скорость истечения рабочего тела, ар — так называемое Массовое число, т. е. отношение начальной массы ракеты к конеч­ной (после выгорания горючего), In — натуральный логарифм, lg — десятичный логарифм. При р = 10 V = 2,3 S. Так как р входит в формулу под знаком логарифма, увеличивать V за счет увеличения р крайне невыгодно. Действительно, чтобы скорость возросла все­го в несколько раз, потребуется увеличить р на несколько порядков. Следовательно, если мы хотим добиться более высокой скорости полета ракеты, надо увеличить скорость истечения рабочего тела S. Современные ракеты работают — на химическом топливе, и для них S порядка нескольких км/с. Она ограничивается теплотвор­ной способностью топлива и жаропрочностью материала двигате­лей. Более эффективны ракеты с плазменными двигателями, в ко­тором роль рабочего тела выполняет пучок ионов, ускоряемых элек­
трическим полем. В будущем они, возможно, найдут применение в космонавтике. Если в качестве топлива служит атомное горючее (т. е. используется реактор, работающий за счет распада тяжелых ядер), то максимальная скорость выхода рабочего тела S = 13 ООО км/с (при стопроцентном к. п.д.). Тогда при ц, = 1С конечная скорость ракетьг V = 0,1 с (одна десятая скорости свега). И на путешествие к ближайшим звездам потребуется около 100 лег. Можно увеличить скорость истечения рабочего тага еше в несколько раз, если вместо атомного горючего использог агь идеальное ядерное топливо, т. е. Управляемый термоядерный реактор, рабо тающий за счет реакции синтеза — превращения водорода в гелий. При 100%-ном к. п.д. это горючее позволяет обеспечить скорость выхода рабочего тела S = (1/8) с. В этом случае при р= 10 скорость V ~ 0,3 с. Полет к ближайшим звездам будет длиться десят ки лет (что уже можно счи­тать приемлемым), а иутешес гвие к границам Галакт нки по — прежне­му Оудет занимать сотни тысяч лет.

Увеличивая р., мы можем еще ближе подойти к скорости света. Но здесь формула Циолковского уже не действует. Котдя. скорость раке­ты становится сравнимой со скоростью света, вместо формулы Циол­ковского надо использовать друг уто, релятивистскую формулу:

С + У W c-V

Чем больше скорость выхода S, тем меньше показатель степени в этой формуле и тем меньше 1ребуемое значение р, т. е. тем выше эффект ивность двигателя. Максимальная эффективность достига­ется при S = с, т. е. коща скорость истечения рабочего тела равна скорости свет а. Ракета, для которой выполняется это ус — v

: :>
ного количест ва антивещества: это проблемы конструкторов дале­кого будущего, с которыми, мы надеемся, они справятся (если со­чтут необходимым создавать подобный корабль).

Рассмотрим кинематические характеристики фотонного кораб­ля. Пусть ракета в течение некоторого времени! движется с ускоре­нием а, после чего двигатель выключается. Если в момент останов­ки двигателя отношение начальной массы к конечной равно р, то путь, пройденный ракетой в ускоренном полете, будет равен

2

Х = С~ (м + АГ’-2). 2 а

В конце этого пути ракета разовьет скорость V, определяемую выра­жением

V _2_ 2 С +1 (Х~

При этом длительность полета на активном утастке траектории (пока работает двигатель) по часам земного наблюдателя будет равна

T= " (м + АГ1).

2 а

Оговорка насчет часов земного наблюдателя неслучайна. Дело в том, что для космонавтов, движущихся с околосветовой скоростью, темп течения времени замедляется. Поэтому время ускоренного полета или длительность активного участка траектории в системе отсчета, связанной с движущимся кораблем, будет меньше, чем для земного наблюдателя. Оно выражается формулой

Т = In ix. А

Релятивистское сокращение времени к моменту остановки двигате­ля составит

V’2

1-Z

Дт ___ 2_

Д? ц — ц 1

Для проведения численных расчетов удобно выражать время в годах, а расстояние в световых годах. Если при этом ускорение а выражено в м/с2, то приведенные формулы принимают вид

-(/л + /л~’ -2),

А

А

22. Т = —lg^.

А

Пользуясь этими формулами, читатель сможет самостоятельно про­верить результаты приводимых ниже расчетов.

Чем дольше работает двигатель фотонного корабля, тем выше скорость, развиваемая им в конце активного участка траектории. Поэтому при заданной дальности полета минимальное время дос­тигается тогда, когда корабль ускоряется до половиньг пути, а затем начинает тормозиться с тем же ускорением (замедтением), так что в конце пути его скорость равна нулю. На обратном пути все повто­ряется в том же порядке. Параметры такого полета приведеньг в таблице 1.15.1.

Последняя строка в этой таблице соответствует границам наблю­даемой Вселенной. Как видно, фотонный корабль может за время жизни одного поколения космонавтов (т < 100 лет) достичь прак тически любой, самой удаленной области Вселенной и вернуться обратно. Но какой ценой это достигается!

Пример 1. Пусть дальность полета составляет 1000 св. лет. Примем следующую схему полета (рис. 1.15.2). Корабль ускоряется в течение времени T, затем двигатель выключается и дальнейшее движение корабля
происходит по инерции со скоростью V, которая была достигнута в кон­це участка ускорения. Перед прибытием в пункт назначения включается тормозчая установка, работающая с тем же ускорением (замедлением), которая гасит скорость корабля до нуля. Пусть ускорение на активном участке траектории а = 10 м/с2 (ускорение I ьободного падения на Зем

Ле). И пусть массовое чис ло (I в конце участка ус­корения равно 10. Тогда скорость после выключе­ния двигателей будет со ставлять V = 0,98 с. путь, пройденный кораблем в ускоренном полете, X = = 4 св пода; такой же путь будет пройден при замед­лении. Следовательно, длина пути, который ко рабль пройдет в свободном полете, составит 1000 — 2×4 = 992 св. гол: Подсчитаем теперь время полета. По часам земного наблюдателя длитель­ность ускоренного полета T = 5 лет, такова же длител1ность на участке торможения, Время свободного полета будет равно 992/0,98 = 1012 лет. Полное время полета туда составит 5 + 1012 + 5 = 1022 года, а время полета туда и обратно 2044 года. По часам космонавтов длительность ус­коренного полета составит т = 2,2 года. При скорости 0,98 с релятивист ское сокращение времени Дт/ДT = 0,2 Следовательно, длительное п сво бодного полета по часам космонавтов составит 0,2 х 1012 лет = 202 года, Полное время полета туда будет равно 2,2 + 202 + 2,2 = 206,4 года, а полет туда и обратно займет 413 лет. То есть в этом случае не удается завершить полет за время жизни одного поколения звездоплавателей. За­метим, что если массовое число на участке ускорения равно то и на участке торможения оно тоже равно |I Значит, Полное массо­вое число при полете туда будет равно |I2, а при полете туда и обрат ио р4, в нашем примере р’1 = 104, таково отношение начальной массы ко рабля к конечной после выгорания всего топлива.

Пусть теперь дальность полета R по-прежне ну равна 1000 св. лет, и пусть корабль ускоряется до половины нуги, а затем тормозится до при­бытия в точку назначения. Ускорение а — 10 м/с2 ,Длина пути на участ ке ускорения X = R/2 = 500 св. лет. Следовательно, = 103, 1-1//с = 2 • 10~6 (!) Длительность ускоренного полета по часам земного наблюдателя 500 лет, полная длительность полета туда 1000 лет, а туда и обратно 2000 лет. По часам космонавтов время ускоренного полета 2,2 х 3 = 6,6 лет, вртмя замедленного полета тоже 6,6 лет, полное время полета туда 13 лет, а туда и обратно 26 лет. Значит, полет можно завер­шить при жизии одного поколения космонавтов При этом в конце путе­шествия отношение начальной массы к конечной будет составлять ц4 = 1012 (!)

Итак, при дальности полета 1000 св. лет полное массовое число равно 1012. Если полезная масса корабля составляет 100 гони (что совсем Hcmhoi э для такого дал-,нега путешествия), то начальн 1 ч масса должна равняться 1014 тонн, это намного превышает общее количе­ство массы, которое перерабатывает современная человеческая ци­вилизация. При дальности полета, сравнимой с размерами Галак­тик (100 тыс. св. лет) начальная масса становится равной 1022 тонн, что превышает массу Земли. Если расстояние порядка 107 св. лет, что равно расстоянию до соседних галактик, то начальная масса бу дет превышать массу Солнца. Наконец, если мы хотим лететь к гра­ницам Вселенной, то потребуется начальная масса корабля, превы­шающая массу Галактики! При этом не следуем забывать, что надо еще произвести соответствующее количество антивещества!! Цена оказывается непомерно велика. Вероятно, дальние межзвездные пу­тешествия на расстояние, превышающее 1000 св. лет, с помощью фотонного корабля все-таки невозможны.

Об этом свидетельствуют и энергетические характеристики по­лета с околосветовыми скоростями. Для фотонной ракеты удельная мощность двигателя, т. е. мощность, приходящаяся на единицу на­чальной массы, равна

Р

= са.

Т

При ускорении G (ускорение свободного падения на Земле) удель­ная мощность составляет 3 • 106Вт/г. Это фантастически большая величина! Такую удельную мощность имела бы крупная электро­станция (гипа Днепрогэса), если бы она весила 200-300 г. Поста­раемся представить, что это означает применительно к межзвезд­ным путешествиям.

Пример 2. С. Хорнер приводит следующий поучительный пример. Пусть межзвездный корабль, полезная масса которого составляет 10 т, движет­ся с ускорением G, вплоть до достижения скорости 0,98 с Масса аннити — лч".ионных усганорок и излучателей тоже равна 10 т. Как мы видели, для юстижения скорости 0,98 с необходимо массовое числе р = 10. Следо­вательно, начальная масса ракеты должна составлять 200 т. При этом полная мощность двигателей будет равна 6-1014 Вт. Это приблизительно в 100 раз превышает современное энергопотребление по всему земному шару. Предположим, как это делает фон Хорнер, что каждая аннигиля — ционная установка имеет мощность 15 МВт (приблизительно такова мощ­ность судового реактора), а каждый излучатель имеет мощность 100 кВт. Тогда потребуется 40 млн таких аннигиляционных установок и 6 млрд излучателей И все эти 40 млн аннигиляционных установок и 6 млрд из

6 -4147 Лучателей должны весить всего 10 тонн! Только при этих условиях раке та может двигаться с ускорением G И спустя 2,2 года достичь скорости 0,98 с. Если же мы хотим на такой ракете совершить путешествие зуда и обратно, то полное массовое число р.’1 = 104. Начальная масса ракеты будет составлять 2-105 т, полная мощность 6-1017 Вт, что в несколько раз превышает энергию, получаемую Землей от Солнца. В этом случае уже потребуется 40 млрд аннигиляциониых установок мощностью 15 МВт каждая и 600 млрд излучателей мощностью 1 МВт. И все это по-преж нему должно весить 10 т.

Пои полете к удаленным областям Галактики, на расстояние порядка 105 св. лет. как можно видеть из табл. 1.15 1, полное массовое число холжно равняться 1020, при этом мощность двигателей весом Ют должна превысить энергетический выход десяти миллионов Солнц!

Можно было бы скачать, что это фудносш количественного порядка. Но они столь велики, что, как справедливо подчеркивает Шкловский, явно перерастают в качественные.

Помимо энергетических проблем сущесл ну ют и другие трудно­сти, с которыми сопряжен полет фотонного корабля. Одна из них связана со столкновением корабля с частицами межзвездной пыли. Несмотря на микроскопические размеры пылинок, столкновение даже с одной из них при околосветовой скорости корабля можс-i иметь катастрофические последствия. А ведь корабль при полете к ближайшим звездам должен испытать 10"’с голкновений на 1 кв. м поверхности лобового сечения. И здесь вряд ли поможет иониза­ция пылинок и отклонение их мощным магнитным полем, как пред­лагалось в некоторых проектах

Наконец, существует еще одно в окное обстоятельство, на кото рое обратил внимание Э. Парселл. Выше мы видели, какая гигант­ская мощность выделяется при полете фотонной ракеты, Но ведь это не «безобидный» ноток энергии — это жеокое у-излучение, губительное ждя жизни. И поток его направлен в сторону Солнеч­ной системы. Так что возникает проблема защиты и не только эки­пажа, а Земли и даже всей Солнечной системы!

Все это указывает на то, что полеты с околосветовыми скоростя­ми, которые требуются, чтобы космонавты могли за время своей жизни достигнуть любых самых удаленных уголков Вселенной и вернуться обрат но, по видимому, вряд ли возможны. «Вопреки мне­нию писателей фантастов, — пишет И. С. Шкловский, — межзвезд­ные фотонные ракеты, движущиеся с релятивистской скоростью, вероятнее всего, никогда не будут пос. роены». Означает ли это что межзвездные путешествия невозможны?

1.15.3. Путешествие без возвращения… Венгерский ученый Г. Маркс, чтобы обойти трудности, связанные с фотонной раке­той, предложил использовать давление лазерного луча для разгона межзвездного корабля. Основная проблема при таком способе пу­тешествия сосгош в том — как вернуться обратно. Вероятно, от­править корабль обратно (подобным же образом с помощью ла­зерного луча) могла бы друг ая цивилизаци». Но тогда мы должны быть уверены, что она обитает и ждет нас в той точке, куда мы на поанлясм свой полет. Кроме того, она должна обладать соответ­ствующей техникой и должна согласиться применить ее для нашей отправки. По-видимому, без предварительного контакта по капа лам связи вряд ли кто либо решится на подобное путешествие. Но если даже «договоренность» достиг нут а, неизбежная временная за держка может радикальным образом изменить обстоятельства. Так что пу тешественникам лучше все же пола! агься на свои силы.

Вернемся к путешествиям с нере гятивистскими скоростями. Фи­зически они вполне возможны, например на ракетах с ядерным го­рючим. При таком полете отпадаюi все те трудности, о которых говорилось выше, но остается, конечно, проблема, связанная с дли­тельностью полета. В настоящее время разработано несколько про ектов полета к ближайшим звездам, реализация которых, в принци­пе, возможна уже в первой половине XXI века. Один из наиболее известных и 1лубоко проработанных — проект «Дедалус» Британ ского межпланетного общества. Другой проект, предусматриваю щий посылку беспилотного зонда к одной из ближайших звезд, предложен советскими учеными У. Н. Закировым и М. Я. Маровым в 1981 г. В проекте предусматривается использовать пятиступснча тую ракету с начальной массой 3000 т и полезной нагрузкой 450 кг. При этом одновременно запускаются две ракеты, одна из которых служит цозаправщиком. Она присоединяется к основной ракете после выхода за пределы Солнечной системы. Это позволяет раз­вить скорость 0,4 с и достичь окрестностей ближайших звезд за время жизни одного поколения.

Таким образом, полет к ближайшим звездам, как будто, не пред­ставляет особых затруднений. Но для более дальних путешествий возникает проблема возвращения. Можно ли обеспечить путеше­ствие с возвращением при полете с нерелл1ивистскими скоростями* Принципиально это возможно, если… подавляющую часть пути эки паж проведет в состоянии глубокого анабиоза. Еще один способ путешествия состоит в том, чтобы послать в межзвездный полет- многочисленную колонию землян, потомки которых через много поколений вернрся на Землю. Вероятно, межзвездный корабль в этом случае должен напоминать «маленькую планету». Если когда — то удастся решить все эти проблемы, все равно временной барьер будет оставаться непреодолимым препятствием. Ведь путешествие в пределах Галактики может занять сотни тысяч лет, а полеты к дру­гим галакт икам — миллионы лет За это время человеческое обще­ство может измениться неузнаваемо. Что же застанут космонавты, возвратившись из далекого путешествия? Общест во чужое и непо­нятное, перед которым будут стоять уже совсем другие проблемы. А может быть, они никого не застанут…

Надо отмегить, чго подобная перспектива ожид? ет и путешествен­ников на фотонной рак-те (если она кокда-нибудь все же будет созда­на!). Ведь время сокращается только для космонавтов. На Земле оно течет в прежнем темпе. Поэтому к моменту возвращения фотонного корабля на Земле пройд) т тысячи или даже миллионы ле т Вероятно, именно, этот морально психологический фактор, связантч ш с вре­менным барьером, а не физические ограничения, исключас ■ возмож­ность цачьних межзвездных перелетов с возвращением. Об этом очень образно написал Артур Кларк в своей книге «Черты будущего»:

«Когда вам случится выйти на улицу в летнюю ночь, посмотрите на небо. Почти прямо над головой у вас будет сиять самая яркая звезда северного полушария — Вега из созвездия Лиры. Она удалена на 26 световых лет. Для нас, недолговечных существ, это почти пре­дел дальности космического путешествия, из которого мы еще можем возвратиться обратно. Но глубже за рубеж, отмеченный этим голу­бовато-белым маяком, сияющим в пятьдесят раз ярче нашего солнца, может быть, проникнет наш разум и наши тела — сердца человеческие туда посылать нельзя. Ибо ни один человек не сумес г, вернувшие! из путешествия на Вегу, вновг обнять тех, кого он знал и любил на Земле».

Что же касается полетов без возвращения (например, «диффу­зия» цивилизаций в космическое пространство — рис. 5 3.1, п. 5 3.1), то такой процесс, во всяком случае, физически представляется впол­не возможным. Встанет ли цивилизация на этот путь — это уже дру­гой вопрос. Это, как справедливо заметил Дайсон, — проблема по­буждений, движущих обществом, а не физическая проблема. Итак, перспективы межзвездных путешествий, мягко говоря, не очень оп­тимистичны. Но, может бьгть, мы еще просто мало знаем?

Писатели-фантасты легко справляю х:я с проблемами межзвезд­ных путешествий, полагая, что неизвестные нам свойства простран- ства-времени дот/скают почти мг новенное перемещение в про^тран — стве на любые расстояния без существенной затраты anepi ии. В се­редине XX века эти идеи целиком относились к области фан] асти — ки. Но в последние десятилетия ими серьезно заинтересовались фи­зики-теоретики. В ряде теоретических работ показана возможность существования особых топологических туннелей в пространстве, которые могут соединять любые сколь уюдно удаленные области Мета1 алакгики или даже мини-вселенные в Большой Вселенной (см. Гл. 2) и через которые возможно движение вещества и излучени) Они получили название мосты Эйнштейна-Розена, горловины Шварпшильда, кротовые (или червячные) норы. Вероятно, эти структуры сохранились с момента образования нашей Вселенной. Горловины туннелей могут образовывать двойные системы, обра­щающиеся по круговым орбит? м вокруг общего центра гяжесги. Для внешнего наблюдателя такая система будет весьма сходной с двойной системой, состоящей из черной и белой дыры Через ана­лог черной дыры возможен проход из одной части нашей Вселен­ной в другую ее часть или в другую Вселенную. Через аналог бел! >й дыры возможен доступ к нам из отдаленных областей нашей Все­ленной или из других вселенных93. При путешествии через тополо­гические туннели не существует временного барьера: путешествие совершается практически мгновенно. Казалось бы, это решает про­блему межзвездных сообщений. Но, во-первых, не ясно, существу­ют ли топологические туннели? Законы физики допускают их су­ществование, но есть ли они в действительности — это не известно. Во-вторых, тополот ические туннели соединяют особые точки во Вселенной. А как быть, если мы хожм долететь от одной звезды до другой, между которыми не прорыты «кротовые норы»? Пробле­ма, таким образом, все же остается.

1.15.4. Есть ли надежда? Все трудности межзвездных переле­тов, о которых говорилось выше, порождаются одним обстоятель­ством — существованием предельной скорости распространения физического взаимодействия. А это вытекает из теории относитель­ности. Энтузиасты межзвездных путешествий легко споавляются со всеми трудностями, полагая, что теория относительности неверна. Они надеются, что будущая физика опровергнет теорию относи­тельности и откроет возможность меж? вездных путешествий с лю­быми скоростями. Надо ясно огдавгтсебе отчет в том, что в таком Виде эти надежны неосновательны Дело в том, что, ко! да речь идет о фундаментальных теориях, то новая теория не отменяет с тарую, а лишь указывает область ее применимости, где она остается совер­шенно справедливой Иначе не было бы никакой преемственности в развитии науки. Так, теория относительности не отменила меха­нику Ньютона, а лишь установила границы ее применимости: меха­ника Ныотона оказывается справедливой, когда скорости тел малы по сравнению со скоростью света. Более того, при этих условиях формулы теории относительности переходят в формулы механики Ныотона, которая, следовательно, является частным (а точнее, пре­дельным) случаем теории относительности Точно так же будущая новая, более общая теория, несомненно, откроет новые возможно сти, связанные с неизвестными нам формами материи и неизвест­ными законами природы. Но она не отменит теорию относитель­ности, а включит ее как свой частный предельный случай. Следова тельно, мы не можем в своем сегодняшнем геле, состоящем из обычной материи, путешествовать со скоростью больше скорости свсга. Вот если бьг нагие тело состояла из тахионов! Или если бьг вдруг оно приобрело форму торсионных полей. Тогда другое де;го. Но здесь мы вьгходим за границы признанного современной нау­кой. Значит, надо не бороться против теории относительности, а искать новые возмояшости.

Новые возможности стану], следствием новых неожиданных от­крытий. Конечно, они потребуют коренного изменения наших представлений о Мире, ггрежде всего о свойствах времени и про — сгранства. Бесполезно гадать, каковы будут эти открытия. Экстра­полируя современные тенденции развития науки, можно предви­деть ее будущий характер на небольигой срок вперед. А дальше — неожиданньге открытия перечеркнут все наши прогнозы. Вот поче­му «истинное будущее, — как справедливо замечает А. Кларк, — не поддается логическому предвидению».

Основные усилия в плане SETI направлены на обнаружение вне­земных цивилизаций (путем приема сигналов, поиска следов астро-
инженерной деятельности и т. п.). Это пассивные методы. Можно ли ограничил ся только ими? Логично думать, т. о для достижения успеха следует сочетать пассивные методы с активными, т. е. посыл­кой собственных сообщений внеземным цивилизациям. В § 1 6 мы рассмо грели страт ггию С. Э. Хайкина, основанную на том, что ци вилизация, желающая подключиться к системе межзвездной связи, должна послать сигнал о своей готовности к этому

На необходимость сочетания пассивных и активных мегодов в поисках ВЦ обращал внимание Андрей Дмитриевич Сахаров.

Первое послание в Космос было направлено 19 ноября 1962 г. из Центра дальней космической связи СССР в Евпатории во время эксперимента по радиолокации Венеры, по инициативе О. Н. Ржи ги; было отправлено радио­телеграфное сообщение, состоящее из трех слов — «Мир, Ленин, СССР». Страна, отправившая его, уже сошла со сцены исто рии, но радиоволны про должают нести посланкс со скоростью света через звез дные дали. Кто знает, быть может, коща нибудь на пути их встанет чаша чужой ан тенны и неведомые нам су­щества прочтут таинствен­ные для них три слова…

Прошло 12 лет, и вот 16 ноября 1974 г. с обсер­ватории Аресибо ушло но- Рис. 1.14.1. Радиопослание из Аресибо к шаро­Вое послание в Космос. вому скоплению М 13

Оно было отправлено с уже знакомого нам 300-метрового радио­телескопа к шаровому скоплению М 13 в созвездии Геркулеса, рас­положенному на расстоянии около 25 тысяч св. лет от Солнца. Луч радиотелескопа целиком покрывает все скопление, насчитывающее сотни тысяч звезд. Если хотя бы около одной из них имеется циви­лизация, способная принимать радиосигналы, она может обнару­жить наше послание.

Что же представляет собой это послание? Оно содержит 1679 бит информации. Каждый бит передается с помощью импульса на од­
ной из двух близких частот в диапазоне 2380 МГц. Если импульсы на одной частоте изображать нулем, а на другой — единицей, то мы получим сообщение, состоящее из 1679 двоичных знаков, фрагмент которого воспроизведен на рис. 1.14.1. Число 1679 представляет

Числа от 1 до 10

Метки чисел Атомные номер-.: So-юрод, углеро/. азот, кислород, фосфор

Тимин Аденин Д-рибоза Д — рибоза Фосфат С ;фат

> Элемент ДНК

Гуанин Цитозин I — рибоза Д-рибоза Фосфат ;фат

Количество нуклеотидов в ДНК

Двойная спираль ДНК

Человек

I)ct человек I

К к :тво людей на Земл<

Солнечна? система (Земля выс Rynai в горону чел ека)

Радио е №Скоп в Аресибо, передавший ] >елание Д иаметр антешш

Собой произведение двух простых чисел: 23 и 73. Наши адресаты должны догадаться, что это неспроста: по-видимому, для расшиф­ровки надо применить «телевизионную» развертку изображения, со­стоящую из 23 строк по 73 элемента в строке, либо из 73 строк по 23 элемента. Чтобы сделать это изображение наглядным, будем каж­дый «0» изображать черным квадратиком, а каждую «1» — бельш Тогда получим изображение, показанное на рис. 1.14.2. Оно соот­ветствует второму варианту (73 строки по 23 элемента) и носи т явно не случайный характер (если принять первый вариант «развертки»,
то никак* >п «осмысленной» картины не полз чается). На рисунке справа дана расшифровка послания. В первом ряду двоичным кодом изоб­ражены числа натурально1 о ряда от 1 до 10. Второй ряд — это метки чисел. Третий ряд содержит числа: 1, 6, 7, 8, 15; это — атомные номера водорода, углерода, азота, кислорода и фосфора— хими­ческих элементов, лежащих в основании земной жизни. Затем следу­ет 12 групп, каждая из которых состоит из 5 элементов — это моле­кулы, важные для жизни и состоящие из указанных выше элементов: числа изображает химические формулы этих молекул. Например. 5-я группа не содержит атомов водорода, углерода и азота, а содер­жит 4 атома кислорода и 1 атом фосфора, следовательно, это фос­фатная гр) ппа Р04. В число важнейших молекул включены 4 нуклео — гида: тимин, гуанин, аменин, цитозин (с помощью которых осуще­стви шется кодирование наследственной информации), молекула сахара дезоксирибозы и др Под этими группами изображена двойная спи­раль ДНК (6 й ряд). Число нуклеогчдов в ДНК (около 4 млрд) изоб­ражено в центре спирали — 5 ряд. Ниже — фигура человека. По­скольку двойная спираль заканчивается на схематическом изображе нии человека, это, по замыслу авторов послания, должно указывать на связь ДНК с разумными существами, передававшими послание. Справа от фигуры человека изображено число 14, указывающее рост человека. За единицу длины при этом принимается длина волны ра­диоизлучения, несущего послание. Она равна 12,6 см. Таким обра­зом, рост человека здесь равен 12,6смх 14= 176 см. Слева от фигу ры человека число 4 • 109 — численность человечески о рода на мо­мент отправки послания. Ниже (в 10 м ряду) изображена схема Солнечной системы. Видно, что она содержит 9 планет Третья пла­нета выделена из общего ряда, что указывает на ее особую роль; по­скольку она приближена к человеку можно заключить, что именно на этой планете обитают разумные существа, отправившие послание. Наконец, в самом низу изображена схема радиотелескопа Аресибо и указан его диаметр — 306 м.

Шаровое скопление в созвездии Геркулеса имеет номер 13 в ка талоге, составленном Ш. Мессье в 1781 г. (отсюда его обозначение М 13). Обыгрывая это обозначение, поэт Юлиан Долгим написал следующее шу гливое стихотворение но поводу данного послания:

Мессье, ау!

Mon cher ami!

4Cpi анает, есть вы или нет.

Но мы яьляемся людьми

И штем космический привет

У нас одна есть голова, И две руки, и две ноги Посланья нашего слова Осилят ли Мессье мозги?

За два года до радиопослания к созвездию Геркулеса была пред­принята попытка направить внеземным цивилизациям послание

Другого рода. Это послание находится на космическом корабле «Пионер-10». Он был запущен в 1972 г. для исследования внешних планет Солнечной системы. В 1979 г. аппарат пересек орбиту Ура­на и в настоящее время находи гея у границ Солнечной системы. Ему I го требуется 100 тысяч лег, чтобы пройт и расст ояние до бли­жайшей звезды Альфа Центавра. Блуждая в межзвездном простран­стве, кораоль, возможно, попадет когда — либо в зону обитания иной цивилизации. Вероятность этого события, учитывая, как редко рас пределены звезды в пространстве исчезающе мала, но не равна нулю! Имея в виду этот шанс, конструкторы корабля сочли возможным снабдить его текстом послания с Земли.

Оно представляет собой пластинку размером 15 х 25 см с выгра­вированным на ней рисунком, которая укреплена на борт") корабля В верхнем левом углу пластинки (рис. 1.14.3) изображена схема во — порода с параллельной и лнтипаралл<льной ориентацией спинов про­тона и э гектрона. Если инопланетные физики разгадают наш замы­сел, то они поймут, что речь идет о спектральном переходе, при ко­тором изл) чается радиолиния водорода 21 см. Это позволяс сразу установить единицы длины и времени: единица длины 21 см, едини­ца времени — период, соответствующий частоте радиолинии водо­рода 1420 МГц. Под атомом водорода помещена фигура, состоящая из нескольких лучей, исходящих из одной точки. Двоичные чиста над каждым лучом указывают на значение какого-то параметра. Судя по числ) значащих цифр, этот параметр опреде тен с оче нь высокой точностью. Единс твенным таким параметром может быть только пе­риод пульсаров. Итак, каждый луч указывает направление от нашей звезды (Солнца) на соответствующий пульсар. А так как их астроно­мы знают направление на те же пульсары со своей звезды, то они могут определить положение Солнца относительно своей звезды. Но это еще не все. Период пульсаров меняется со временем. Сравнивая значения периодов, указанных на схеме, с известными им, инопла­нетные астрономы смогут определить эпоху составления послания. Справа от схемы с пульсарами, па фоне космического корабля (уже известного инопланетянам) изображены обитатели Земли — мужчи­ны и женщины. Двоичным числом справа указан рост женщины: он равен 8 единицам. Посиольк} за единицу. длины принята длина вол­ны 21 см, то рост женщины получается 21 емх 8 = 168 см. Внизу изображена схема Солнечной системы из 9 планет. Третья планета выделена из общего ряда и показано, что именно с нее стартовал космический корабль, доставивший послание.

Гораздо более богатая информация, адресованная внеземным цивилизациям, находится на борту космических аппаратов «Воя­джер-1» и «Вояджер-2». Они были запущены в 1977 г. тоже для исследования внешних планет Солнечной системы. С помощью этих аппаратов были получены великолепные фотографии Юпитера и Сатурна, а также их спутников. Завершив свсю миссию у Сатурна, «Вояджер-1» направился к границам Солнечной системы, а «Воя­джер-2», совершив гравитационный маневр, прошел вблизи Урана и Нептуна. Он получил фотографии этих далеких планет, их спут­ников (некоторые из них были открыты благодаря «Вояджеру») и передал на Землю много ценнейшей информации об Уране и Неп­туне. Теперь он также движс гея к границам Солнечной системы.

На борту каждого аппарата находится информационная плас­тинка с записью звуковых и видеосигналов. Пласгинка покрыта зо­лотом для предохранения от эрозии под действием космической пыли (рис. 1.14.4).Что же содержит послание? 75 % записи посвя­щено музыке. По мнению авторов послания, сам корабль, с его слож­ной научной аппаратурой и компьютерами, будет достаточным сви­детельством нашего технического развития. Но он ничего не скажет об эстетической или философской сторонах человеческой личнос­ти. Музыка представляется хорошим средством выражения этих ас­пектов. В запись включены произведения Баха, Бетховена, Моцар­та, Стравинского, западная легкая музыка (джаз, рок-н-ролл, блюз), классическая музыка Индии, Явы, Японии, дреьнекитайское про-

Изведение для семиструнной гитары, народная музыка Перу, Бол­гарии, Австралии, Африки, мелодии народов Советского Союза: русские песни, азербайджанская музыка для волынки и грузинское хоровое пение. Остальные 25% записи послания «Вояджеров» со­стоят из голосов людей, различных звуков Земли (шум ветра, плеск волн, пение птиц) и 116 рисункоз, закодированных в видеосигнал. Человеческие голоса записаны э форме приветствий на 55 наибо­лее распространенных языках! :мли.

GREETINGS ON THE VOYAGER SPACECRAFT (in the order presented)

(prepared by Shirley Arden)

IMgnagt Cmtinf

OttLvec* пот‘ 4otc. хаСоетс. EConviKibc. побс оСЛоъс TXnXCir. aucv (pCXOL.

PertuciXK PuefekodadealodiM.

AUudbn Adamtih tu ahubnu.

Рис. 1.14.6. Фрагмент послания «Вояджера» с приветствием от жителей Земли

На рис. 1.14.6 воспроизведен фра) мент с текстом приветствия, который содержит приветствие на русском языке: «Здравствуйте, приветствую вас!».

Рисунки, фотс>1 рафии и схемы, отправленные на «Вояджере» в форме видеосигнала, расположены в определенном порядке, облег­чающем дешифровку изображений. Для передачи научной информации прежде всего необходимо догово­риться о способа выражения коли — чест венных соотношений. На рис. 1.14.7 показан пример обуче­ния земной арифметике. Точки на кадр,- изображают количества (чис­ла) от 1 до 6, рядом дается изобра­жение этих чисел в двоичной и де сятичной системах счисления. По казан пример записи больших чисел с помощью степени числа 10 (1000 = 103). Далее вводятся операции над числами (в«члючая цечые числа и дроби).

Следующий шаг связан с введением единиц измерения основных физических величин (рис. 1.14.8). На рисунке вверху слева изобра­жена уже знакомая нам схема атома водорода, излучаюшего радио линию на частоте 1420 МГц. Период колебаний, соответствующий

Этой частоте, принимается за еди­ницу времени. По отношению к ней определяется секунда, сутки, год. За единицу массы принимается масса атома водорода, по отношению к ней определяются: грамм, кило­грамм, масса Земли. Справа от схе­мы а тома водорода показан участок синусоиды с длиной волны 21 см, которая принимается за единицу длины. По отношению к ней оп­ределяются: сангимегр, ангстрем, метр, километр.

На рис. 1.14.9 показаны два кадра с изображением основных сведений о Солнечной системе. Поскольку способ записи чисел уже известен, и единицы измере­
ния введены (на преды. 1угцих кадрах), то можно выразить числен­ные значения параметроз Солнечной системы. Приводятся массы планет, их размеры, расстояния от Солнца, периоды обращения вокруг собственной оси. На

Следующих кадрах послания ________

(рис. 1.14.10) изображена схе ма строения атомов водоро­да, углерода, азота, кисл< ро­да — химических элементов, лежащих в основании земной жизни; там же показана схема строения ДНК. Послание со­держит также видеои юбраже — ния различных пейзажей и ландшафтов, изображения ра­стительного и животного мира Земли, различных типов тюдей и различных форм че­ловеческой деятельности (вой­ны здесь не пок азаны).

Если это послание котда — нкбудь попадет к внеземным цивилизациям, смогут ли они расшифровать его? Касаясь этого вопроса, один из соста — ви гелей послания художник Джон Ломберг пишет: «Мы отдаем себе отчет в философ­ском, умственном, семанти­ческом и культурном богатстве

Нашего послания с Земли, но может случиться так, что даже развитая раса инопланетян не сможет ничего понять. С другой стороны, поскольку корабль «Вояджер» могут обнаружить существа, имеющие более высокий уровень раз­вития, мы можем предположить, что они не только интеллектуаль­ны, но и опытны. Если их опыт показал им различньге пути позна­ния Вселенной и если они очень захотят расшифровать послание, они смогут распознать наши намерения и получат изображение на­шей планеты и нас самих. И паже если послания не будут найдены

Никогда, они послужаг нам хорошим уроком в составлении и преду — гада шании посланий из космоса, если SETI когда-нибудь увенчается успехом»[66].

Сказанное Ломбергом в отношении посланий «Вояджеров» мож­но отнесги и к радиосообщениям С момента отправки «Послания Аресибо» прошло 25 лет, и лишь тогда радиопередачи с Земли на-

Шим далеким братьям были возобновлены в рамках международно­го проекта «Cosmic Call». Он является частью более обширного проекта «Encounter 2001» («Встреча третьего тысячелетия»). Ини­циатор проекта — американский бизнесмен Чарльз Чейфер пред­ложил осуществить его на коммерческой основе, привлекая частные средства участников проекта. Суть «Cosm Call» состоит в передаче радиосообщений к ближайшим звездам с помощью мощного пла­нетного радиолокатора. Попасть в список участников может каж­дый, заплативший 15 долларов США, это дает ему право отправить индивидуальное послание, не превышающее 30 слов. Предполага­лось, что для передачи сообщений будут использоваться планетные радиолокаторы в Аресибо или 1оддстоуне. Однако из-за чрезвы­чайной загруженности инструментов осуществить эти планы не уда лось. Тоща А. Л Зайцев из Института ргциотехники и электрони­ки (ИРЭ РАН), работающий на оадиолокаторе, установленном в фокусе 70-метровой ашенны в Евпатории (по программе защиты Земли от астероидов), предложил использовать этот локатор в про­екте «Cosmic Call».

В период с 24 мая по 1 июля 1999 г. из Евпатории осуществле­но 4 сеанса передачи информации к четырем звездам солнечного типа (см. таблицу вверху следующей страницы).

Послание состоит из двух частей Первая часть содержи! основ­ное сообщение и нескольких вспомогательных. Вторая часп — имена и индивидуальные письма участников проекта (около 50 тысяч). Основное сообщение состоит из 23 страниц. Каждая страница пред­ставляет собой последовательность 16129 (127×127) двоичных сим­волов. Первые несколько страниц вводные: сгр. 1: «Числа», стр. 2: «Операции», стр. 3: «Экспоненциальные представления», затем идут сведения по аорономии, биологии, географии. Страница 21 опи­сывает антенну и передатчик Евпаторийского радиолокатора. Пос­ледняя страница приглашает любого, кто прочитал послание, от — кликнугься и, если можно, сообщить сведения о своей цивилиза­ции. Помимо основного сообщения (из 23 страниц), первая часть Евпаторийского послания содержит описание проекта «Encounter 2001» (составленное Ричардом Ьраастлдом), список участвующего в этом проекте персонала и, наконец, в первую часть включено «По слание Аресибо». Общий объем Евпаторийского послания более 1,7 миллиона двоичных единиц.

Коммерческая основа «Cosmic Cad» вызывает определенные со­мнения, поскольку представляется предпочтительным, чтобы в кос­мическом контакте, во всяком случае на стадии его установления, субъектом выступали цивилизации, а не отдельные индивидуумы. С другой стороны, такая организация проекта позволяет привлечь к нему внимание широкой общественности, что может быть полезно для целей SET1. Как бы там ни было, проект отражает современ­ный уровень сознания нашей земной цивилизации.

Иногда высказываются сомнения в отношении активных мето­дов поиска, особенно в отношении передачи сообщений по кана­лам связи — из опасения, что т аким путем наша цивилизация может обнаружить себя перед лицом грозных и могущественных обитате­лей Космоса. Эти опасения основываются на историческом опыте взаимодействия цивилизаций на Земле. До сих пор взаимодействие протекало таким образом, что более сильная цивилизация стреми­лась подчинить себе более слабую. В какой мере ло можно распро­странять на космические цивилизации? В стремлении к подчине­нию человечество поймало к опасной черте, поставив себя на грань самоуничтожения. Поэтому можно думать, что возникновение но­вого мышления, важнейшим элементом которого является переход от конфронтации к сотрудничеству, является не случайным. Суще­ствует, видимо, определенная связь между уровнем развития, уров­нем знаний цивилизации и ее нравственным состоянием. Причем сьязь не обратная (как часто бывало на Земле), а прямая: т. е. чем выше уровень развития цивилизации, уровень ее знаний и культуры, тем выше должны быть ее нравственные принципы"7. Этот закон неизбежно вступает в силу, когда цивилизации достигают опреде­ленной ступени развития, ибо знание в безнравственных руках ста­новится разрушительным и неминуемо ведет к самоуничтожению.

«Поьнанне и нравственность — лве грани, В единстве выступающие четком»8". Чтоб высшее открылось людям Знанье, Им нравственность высока;! нужна. А чтоб быть нравственным, необходимо знанье — Зачем нам эта нравственность. Тогда Ее сознательно мы применим в сердце И путь откроем к знанию себе.

Впрочем, опасения обнаружить себя с помощью радиосигналов неосновательны по другим причинам. Действительно, если некие цивилизации способны представлять угрозу для человечества, они должны быть достаточно разеиты в научном и техническом отно­шении Поэтому их информация об окружающем пространстве не зависит от нашей SETI-актнвпосги В частности, нашу цивилиза­цию легко обнаружить по радиоизлучению телевизионных станций (не юворя уже о других методах обнаружения, доступных высоко­развитой циви тизации).

Одним из тех, кто решительно не соглашался с позицией — ог ­раничить нашу SETI-активносгь только поисками сигналов ВЦ, был

А Д. Сахаров. В ответе на анкегу CETI в 1971 г. он писал: «При этом я хотел бы отметить важность npi >ектных работ по посылке сиг­налов, доведенных до конкретного осуществления некоторых проек­тов — только так можно понять тонкие аспекты проблемы контак­тов. Здесь, как и в других делах, эгоисты, в конце концов, оказывают­ся в прошрыше» (Земля и Вселенная. 1990. № 6. С. 63-67).

Еще одно возражение против передачи сигналов сводится к тому, что ответ на свое послание (если он вообще будет) мы получим в лучшем случае через многие десятилетия. Касаясь этого вопроса A. JI. Зайцев пишет: «А разве бескорыс! пая мессианская деятельность, несущая братьям по разуму благую весть «Вы не одни!», и их озаре­ние ошеломляющим открытием искусственною происхождения нашего послания сами по себе не Moiyn являться достойными целя ми землян и оправданием радиовещания для ВЦ? Представьте на мгновение нас на их месте и наш прорыв в бесконечность после обнаружения сигнала ВЦ. Гак почему бы не предоставить такой шанс другим?»84 В самом деле — почему?

В коггце XX века отпранить свое послание в Космос решили дети Земли. В июле 2000 г. в Москве проходила Международная встреча «Дети Европы XXI века». При подготовке к Встрече группа ребят из Московского городского Дворца творчества детей и юношества решила подготовить Послание внеземным цивилизациям от детей Земли и приступили к его подготовке. В инициативную г руппу вхо­дили Вячеслав Авдеев, Анатолий Аникеев, Татьяна Аникеева, Анд­рей Гутиопгов, Еюр Киселев, Виктория Путанш и Владимир Фи­липпов. В рамках самой Встречи pa6oiajra секция «Послание вне­земным цивилизациям», которая обсудила проект Послания и представила его на рассмотрение Встречи. Бьгло решено продол жить работу над Посланием, подключив к ней с помощью Интср нета всех желающих. Участники проекта согласились в том, что Послание должно содержать информацию о нашей цивилизации, о тех, кто ег о посьшает. При этом в Послании должен найти отра­жение детский взгляд на мир и его проблемы. Содержание Посла­ния включает текстовую часть, рисунок, музыку и описание (алго­ритм) некоторых игр.

Было решено включить в текст список ключевых слов, важных для нашей цивилизации и отражающий детский взгляд на проблему. В сггисок вошли следующие 14 слов: Мама, Мир, Земля, Космос,

*V Зайцев Л J1. Радиовещание тля внеземных цшшлизаний // Информационный бюллетень ShTl 19^9 №15. С. 31-47

Контакт, Разум, Жизнь, Радость, Дружба, Любовь, Общение, Сво­бода, Дети, Человек.

В игровую часть после длительных дискуссий и отбора было ре­шено включить три игры: шашки, шахматы и «крестики-нолики». Все они отражают интеллектуальный мир человека, а «крестики — нолики» в дополнение еще и любимы детьми и легки для передачи.

Рпс. 1.14.11. Эмблема послания ВЦ от детей Земли

Наиболее тщательно разработана изобразительная часть Посла­ния, которая также служит его эмблемой (рис 1.4.11). Аь 1орами ее являются Владимир Филиппов и Егор Киселев. При построении рисунка эмблемы используется значение несущей длины волны Ев­паторийского локатора б см, а также преобразования этой частоты с использованием числа 3 как целочисленной части п.

Центральная часть эмблемы представляет собой лицо человека — землянина, помещенное в круг диаметром б см, что равно несущей длине волны, уже известной получателю, это задает масштаб для оп­ределения других линейных величин. Следующий круг окаймлен волнообразной линией, длина волны которой также соответствует несущей волне Послания 6 см, что является дополнительной под сказкой. Третья окружность, на которой изображены символичес­кие фигурки человечков, представляет собой образ поверхности пла­неты, где обитает человечество. Диаметр ее втрое превышает диа­метр первого круга и равен 18 см, что соответствует длине волны радиолиний гидроксила. Если количество человечков (54) разделить на 3 (приближенное значение числа 7Т), то получится вновь число 18, что указывает на ею важность в структуре Послания. Если полу­чатели догадаются, что это — длина волны линии гидроксила в на­ших единицах, они смогут уст ановить соотношение между единица ми длины в своей и нашей системе. Под поверхностью изображена волнистая линия, длина волны ее 1,35 см, что соответствует длине волны радиолинии воды и, следовательно, указывает на воду, как важный элемент для жизни на Земле. Кроме того, это указывает на существование гидросферы, обитатели которой символически пред­ставлены фигурками дельфинов. Над поверхностью Земли изобра­жены обитатели атмосферы (птицы) и тем самым дается понятие о пригодности воздушной среды планеты для жизни.

Внешнюю окружность окаймляют 10 кружков, в которых содер­жится научная информация, а также информация о других сферах человеческой деятельности. Каждый из этих кружков имеет диаметр б см, что опять возвращает нас к несущей длине волны и дает под­тверждение принятого масштаба. Число кружков символизирует десятичную систему счисления, принятую на Земле. (Глубокое зна­чение десяти — декады раскрывается в пифагорейской математике, вероятно, извес ной инопланетянам.) В верху каждого кружка име­ются вертикальные палочки: I, II, III, IXII, IIIIIIIIII. Нетрудно

Понять, что это числа натурального ряда. Если после каждого тако­го числа поставить знак «=» и за ним символы 1, 2, 3,4,…, 10 (I = 1, II = 2, III = 3, IIII = 4, …, IIIIIIIIII = 10), то можно догадаться, что общий для всех символ «=» обозначает сосп ношение равенства, а стоящие за ним символы — обозначение натуральных чисел в при­нятой на Земле системе счисления. Так как последнее число являет­ся двузначным, это указывает на то, что у нас принята десятичная система счисления.

Первый кружок изображает, как выглядит наша Галактика при наблюдении с ребра; стрелкой показано положение Солнечной си­стемы. Второй кружок изображает схему Солнечной системы; фи­гурка человека на третьей планете указывает, что послание пришло оттуда. Сама планета изображена на ■ ретьем кружке. Видны очерта­ния материков и мирового океана; материки изображены черным цветом, океаны — белым (это, конечно, условно: инопланетяне могут изобразить, наоборот, материки — белым, а океан — чер­ным). Фигурка человека на одном из материков указывает на то, что люди обитают на суше. На том же кружке схематически показан ес­тественный спутник Земли — Луна. На 4-м кружке изображена жизнь на Земле, основные ее царст за: растительное, животное и человек. Пятый кружок воспроизводит известную «космограмму Дрейка». Здесь изображена человеческая семья (папа, мама и я). Показано, что семья двуначальна. В отличие от космограммы Дрейка, фигурка ребенка здесь выделена — это символизирует тот факт, что данное послание исходит от детей. На 6-м кружке изображен земной дом человека; он находится на одном диаметре с кружком, где изобра­жена наша Галактика — космический дом человечест ва. 7-й кружок изображает человеческое тело в пропорциях золотого сечения. На 8-м кружке изображен древнейший космогонический символ из китайской «Книги перемен». В центре известный символ Ян и Инь, а черточки вокруг него — 8 основных триграмм, символизирую­щих жизненный цикл. Включение этого символа в Послание, по мнению авторов, помимо философского содержания, демонстри­рует нашу дань уважения к древности, к ценностям иных культур, что должно быть очень важным при межзвездных контактах На 9 м кружке показана игра в «крестики и нолики» (игра является частью человеческой культуры). На рисунке изображены два исхода этой игры: когда побеждают нолики, и коща побеждают крестики. Наконец, последний, 10-й кружок посвящен технике; причем из мно­жества технических достижений выбран радиотелескоп, так как с помощью него осуществлено Послание.

Для передачи эмблемьг можег быть использована та же процеду­ра, что и в «Послании Аресибо».

Музыкальная часть Послания включает 8 мелодий, предложен­ных теми же ребятами, которые составили эмблему Послания — Егором Киселевым и Владимиром Филлипивым. При отборе про­изведений они руководствовались не личньгми симпатиями, а жела­нием рассказать с помощью музыки об эмоциях, чувствах, творчес­ких способностях носителя разума на Земле.

По первоначальным наметкам в качестве позьгвньгх выбрана ме­лодия романса Е. Шашина на стихи М Ю Лермонтова «Выхожу один я на дорогу», где содержатся такие замечательные слова: «…И звезда с звездою говорит», которые могут бьгть эпиграфом ко всему проекту. Далее следует Финал 9-й симфонии Людвига Ван Бетховена на слова оды Шиллера «К радости». По мысли авторов в этом про­изведении раскрывается суть каждого человека и всего человечества, его гуманистические идеи и психология. Третий раздел музыкально­го послания— Токатта и фуга ре минор Иоганна Себастьяна Баха. Авторы так аргументируют свой выбор: «.. вся картина представляет собой 8-минутный восход солнца, где широкие и певучие аккорды живо описывают нам туман и облака, а беглые пассажи — лучи солн­ца, пробивающиеся сквозь туман. Чем не пейзажное предст авление о нашей планете?» Еще одна пейзажная зарисовка: Антонио Вивальди «Времена года. Март». Allegro. Помимо изображения природы, музыка несет в себе радстный весенний позитивный настрой земно­го человека. Затем следует Этюд № 12 опус 10 «революционный» Фредерика Шопена. Здесь слышится смятение, боль, злость и отчая ние от бессилия что-либо сделать; и в то же время поверх всей этой гаммы чувств — призыв к борьбе. Авторы считают, что это произве дение достойно того, чтобы быть посланным, как «чистый пример человеческих эмоций, не отягощенных никакими образами». Осталь­ные произведения пока в стадии обсуждения. Предполагается вклю чить песню Александра Дольского «Исполнение желаний» и две детс­кие песни. Первая «Галактика орлят» Музыка неизвестного автора на стихи Виктора Макарова. В песне, родившейся в пионерском лаге­ре «Орленок», говорится о дружбе высокоразвитых обитателей на нашей планете (людей и дельфинов) и о мечтах орлят, устремленных к звездам. Включение этой песни в Послание знаменует факт осуществ ления орлятской мечты. Вторая песня — Владимир Ланцберг «Ашь паруса». Здесь говорится об одном из самых прекрасных человечес­ких чувств — о любви, и еще о вере (не о суеверии, а о вере) в чудеса. Наконец, в музыкальную часть Послания ребята включили музыкаж ную интерпретацию энцефалограммы человеческого мозга, выполнен­ную Егором Киселевым. Предусматривается, что сюда могу1′ быть до­бавлены и другие мелодии по предложениям участников проекта.

Сейчас, когда пишутся эти строки (ноябрь 2000), Послание еще не завершено. Наверное, основные идеи его все же сохранятся и, быть мо­жет, будут найдены средства для его передачи в Космос40.

Идея использовать музыку и игры в обмене информацией между космическими цивилизациями принадлежит замечательному совет­скому астрофизику Викторию Фавловичу Шварцману. Он выска­зал ее в 1975 г. на Зеленчукской школе-семинаре CETI, но опуб­ликовать ее ему удалось много позднее (первая публикация отно­сится к 1983 г., последующая — к 1986 г.[67]). Обосновывая целесообразность передачи игр, Шварцман отмечал, что правила игр имеют очень небольшую длину в битах, но они несут в себе гигантскую информацию о всех партиях, которые когда-либо были сыгр? ны и которые, вообще, могут быть разыграны. Передавая правила игры, мы как бы сообщаем нашим партнерам ключ ко всем миллиардам партий, а дальше игра сама раскрывае т свое бо­гатство в процессе функционирования. Уже само устройство игр (скажем, число клеток шахматного поля порядка 102) позволяет сделать важные выводы о функционировании нашего мозга, а пе­редача нескольких образцов партий, разыгранных между людьми, дает весьма тонкую информацию о том, что представляют собой современные люди. Особый интерес для суждения об особеннос­тях человеческой психики представляют те игры, где наряду с ло­гикой существенную роль иг рает случай (домино, преферанс и т. п.), или даже такие, где результат, вообще, от логики не зависит (лоте­рея, рулетка). «В играх, — пишет Шварцман, — находят отраже­ние типичные методы мышления, склонности характеров, ценно­стные установки и т. п.»

Передача произведений искусства, и прежде всего музыки, по­зволяет сообщить важные сведения о самих себе. Так об устройстве человеческой психики наша музыка или поэзия могут поведать вы сокоразвитой цивилизации много больше, чем данные нейрофизи ологии и нейропсихологии, считает Шварцман При различии в уровнях цивилизаций важную роль играет многоплановость и мно — гоуровневостъ произведений искусства. Научное сообщение, как правило, построено на иерархическом принципе. Пропуск той или иной части сообщения — вследствие технических помех или по ка — ким-либо иным причинам, например, из-за лингвистического не­понимания текста — затрудняет или даже полностью исключает воз­можность понимания большинства следующих частей. К произве­дениям искусства это не относится.

Что касается технической стороны передачи музыки внеземным цивилизациям, то, по мнению A. JI. Зайцева[68], наилучшим спосо бом ее реализации является использование термр. нвокса. Этот уни­кальный музыкальный инструмент был изобретен замечательным ученым и инженером Львом Сергеевичем Терменом в 1918 г. Он представляет собой два идентичных автогенератора — опорный и управляемый плавными движениями руки исполнителя вблизи ан­тенны. Разностная частота генераторов и есть рождаемая мелодия. Таким образом — это единственный в своем роде бесконтактный Электромузыкальный инструмент. Терменвокс генерирует узкопо лосный квазисинусоидальный сигнал с гладкой частотной модуля­цией без разрывов фазы при смене частот, что делает его оптималь­ным для обнаружения и выделения из шумов космоса. Для излуче­ния в космическое пространство по радиоканалу сигнал терменвокса необходимо перенести вверх по частот : в сантиметровый диапазон.

Развивая идеи Шварцмана, Зайцев отмечает, что музыка более универсальна и доступна для понимания, чем обычные «логичес­кие» языки Она передает эмоциональные состояния человека, и это есть очень ценная и нестареющая информация о землянах и о нашей цивилизации в целом, она уникальна, как уникально всякое творчество и заведомо неизвестна абоненту. Зайцев предложил под готовить Первый терменвокс концерт и передать его в космос не­посредственно или в записи из Аресибо или Евпатории. Не исклю­чено, что в концерт (если он состоится) будут включены произведе­ния из Детского послания внеземным цивилизациям.

Вернемся к радиопоиску внеземных цивилизаций. Как уже отмеча­лось выше, возможность взаимного поиска в сильной степени зави­сит от расстояния между цивилизациями. Если расстояние не пре вышает 10 св. лет, то серьезных проблем здесь не возникает. В сфе­ре радиусом 10 св. лет находите,: всего несколько подходящих звезд, около которых можно ожидать партнеров по связи. Цивилизации — отправителю не составит особого труда непрерывно посылать сиг­налы на эти звезды, а цивилизация-получатель, в свою очередь, впол­не может непрерывно обследовать несколько подходящих звезд в поисках сигналов, идущих от одной их них. Здесь не требуются ни слишком большие антенны, ни фантастические значения мощнос­ти. Все параметры находятся в разумных пределах, дост) пных даже уровню нашей земной цивилизации. Если расстояние больше 1000 св. лет, то приходится обследовать уже миллионы звезд. Про­порционально квадрат;’ расстояния возрастает требуемая мощность передатчика или размеры антенн. В этих условиях трудности взаим­ного поиска для цивилизаций нашего уровня становят :я практи­чески непреодолимыми. В этом случае надежды на установление кон­такта (если исключить случайную удачу) связываются со сверхциви­лизациями, которые могут обеспечить непрерывную изотропную передачу в широкой полосе частот при доступном для обнаружения уровне сигнала (§ 1.4).

Для промежуточных значений дальности открывается еще одна возможность — посылка в предполагаемый район обитания косми­ческой цивилизации кибернетических устройств (зондов), которые осуществляют поиск и устанавливают контакт с цивилизацией по каналам связи (без непосредственного общения с ней). Идея ис­пользования таких зондов была высказана известным американс­ким радиоастрономом Р. Брейсуэллом в 1960 г.[57]

Предположим, что расстояние между ближайшими цивилизаци­ями порядка 100 св. лет. В сфере такого радиуса содержится не­сколько тысяч подходящих звезд. По мысли Брейсуэлла, цивилиза — ция-от правитель, вместо того чтобы длительное время облучать тысячи звезд, ожидая ог них ответа, может направить на ка:кдую подходящую звезду автоматический зонд с радиоаппаратурой и ком­пьютерами (с иску сственным интеллектом), управляющими его дви­жением, поиском и установлением контакта. Посылка подобных зондов, в принципе, доступна даже цивилизации нашего уровня. Уже сейчас на Земле разрабатываются проекты посылки подобных зондов к ближайшим звездам, которые, возможно, буд)т осуществ­лены в XXI веке. Поэтому цивилизации, опередившие нас в своем развитии (но не обязательно достигшие уровня II типа по Кардаше — ву), вполне могут направить тысячу зондов на подходящие звезды в радиусе 100 св. лет, осущесгьляя поиски с определенной периодич­ностью, например, 1 запуск в год. Следует иметь в виду, что в отличие от пилотируемых межзвездных перелетов, для которых основная труд­ность связана с обеспечением перелета туда и обратно за время жиз ни очного поколения астронавтов, для зондов этого требования не возникает. Поэтому здесь не обязательно использовать фотонную ракету, зонд можа перемещайся со скоростью, сос. авляющсй доли скорое 1 и света (скажем, 100-200 тыс. км/с). Тогда, чтобы достичь самых удаленных звезд в выбранной сфере радиусом 100 св. лет, ему потребуется несколько сотен лет, что вполне приемлемо.

Дальнейший сценарий установления контакта, согласно Ьрейсу — эллу, выглядит следующим образом. По прибытии к месту назначе­ния зонд выходит на круговую орбиту вокруг звезды в пределах ее «зоны жизни» (где имеются приемлемые для жизни температурные условия) и приступае! к выполнению программы. Его следующая за­дача состоит в обнаружении планет и поиске на них признаков ра — !умной жизни Одним из паких признаков может быть наличие мо­нохроматического радиоизлучения генерируемого планетными ра­диопередатчиками. Обнаружив подобные сигналы зонд, после некоторой задержки отправляет их обратно на планету (на той же частоте). Приняв собственную передачу из космоса, обитатели пла­нет должны догадаться, что в их планетной системе находится рет­ранслятор. Чтобы убедит ься в этом и "ведомить зонд, что его услы­шали, они должны будут повторить тот же сигнал снова. Получив его, зонд узнает, что вступил в контакт с искомой цивилизацией. После нескольких контрольных проверок с целью гараишй от случайнос­тей и для выясн :ния параметров аппаратуры инопланетны к абонентов (полоса частот, гувствительиосгь и др ) зонд начинает передачу зало­женного на его борту Послания. Первое сообщение может содер жать, в частности, телевизионное изображение участка неба, откуда прибыл зонд (для этого он, конечно, должен знать, как выглядит этот участок с той звезды, около которой он находится). В дальнейшем, по — видимому, может происходить обучение зонда языку исследуемой ци­вилизации, что даст возможность значительно уигубить контакт

В чем преимущество такого способа установления контакта? Прежде всего, находясь е зоне обитания искомой цивилизации, зонд даже при скромных энергетических затратах может обеспечить в пун* те приема гораздо более мощные сигналы, чем его «родительская» ци­вилизация. Подобные сигналы можно принять на малонаправлен­ные антенны, что значительно облегчает поиск но направлению для цивилизации-получателя. Отпадает необходимость в длительной не­прерывной «службе неба» с целыо поиска радиосш налов от подхо­дящих звезд. Наконец, здесь не возникает проблем с выборам часто­ты сигнала. И, что может быть самое главное, появляется возмож­ность диалога вместо односторонней передачи (и приема) информации. Связь зонда с «родительской» цивилизацией также не предст авляет груда, ибо между ними можег быть установлен высоко — направленный канал связи. Кроме того, на пути следования сигнала могут быть установлены ретрансляторы. Установив контакт с зон­дом, обнаруженная им цивилизация поучает возможность исполь — ювать ei о средства (имеющийся у зонда канал) для связи с цивилиза- цией-от правителем. В этом случае зонд сам выступает в качестве рет­ранслятора, вооружая найденную цивилизацию техническими возможностями своей более развитой цивилизации. Если энергети­ческие возможности зонда ограничены, цивилизация получатель сама может установить связь с цивитизацией-отправителем, используя по­лученные от зонда координаты и данные, касающиеся параметров канала (час тога, полоса, способ кодирования и т. д.).

Развивая описанную стратегию, Брейсуэлл исходил из предполо­жения, что высокоразвитые цивилизации Галактики давно находятся в контакте друг с другом, образуя своего рода «Галактический Клуб» (идея вполне созвучная «Великому Кольцу Разума», описанному в романс И. А 1 рремова « Гуманность Андромеды»), Метод зондов, по мнению Брейсуэлла, используется только для поиска и привлече­ния новых членов. При этом высокоразвитые цивилизации действу­ют согласованно, производя поиск каждая в своем районе Галакги­ки. Что касается самих членов Клуба, то связь между ними осуществ ляется по каналам, о которых мы не имеем никакого понятия.

Если эти соображения справедливы, то одно из направлений SETI д< шжно состоять в поисках зонда в Солнечной системе. «Такой зонд, — пишет Брейсуэлл. — может уже сейчас находиться здесь, ны таясь сообщить нам о своей прису1ствии. <…> Для того чтобы выб­рать волну, которая может проникнуть через ионосферу и которая в то же время расположена в исследуемом нами диапазоне, зонд можег вначале прослушать наши сигналы, а затем послать их назад Для нас сигналы зонда будуг напоминать эхо с задержками в секунды или минуты типа тех сигналов, о которых 30 лет назад сообщили Штер — мер и ван дер Пол, и которые так и не получили своего объясне­ния»[58] . О каких сигналах идет здесь речь5

Еще в 1920-х годах, на заре развития радиосвязи, было об­наружено, что при определен­ных условиях сигналы передаю­щих станций регистрируются повторно с некоторой задерж­кой, как своего рода радиоэхо. Иногда задержки достигали не­скольких секунд или даже десят­ков секунд. Это явление получи­ло название радиоэхо с длитель­ными задержками, по-английски long delayed echoes, или сокра­щенно LDE.

По-видимому, впервые LDE были зарегистрированы амери­канскими исследователями А. Тейлором и И. Юнгом. Одна­ко систематическое изучение фе­номена было предпринято по инициативе профессора К. Штсрмера, известного нор­вежского исследователя поляр­ных сияний. В декабре 1927 г. в беседе со Штермером радиоин­женер И. Хале сообщил, что он регистрировал эхо с 3-секундны — ми задержками от эксперимен­тальной радиостанции PCJJ в Эйдховене (Голландия). Хале по­лагал, wo это было эхо от Луны, Штермер придерживался иной точки зрения — он считал, что радиоэхо приходят от тороидаль­ного токового слоя, образуемо­го электронами, движущимися в геомагнитном поле. Для изуче­ния природы радиоэха Штермер, в сотрудничестве с доктором ван дер Полом из Эйдховена и Хал — сом организовал серию экспери-

Ментов. Передатчик в Эйдховене, работавший на волне 31,4 м, пере­давал в определенной последовательности импульсные сигналы, ко­торые регистрировались Халсом в Осло (рис. 1 13.1). Первоначаль­но каждый сигнал представлял собой последовательность трех точек Морзе, которые повторялись каждые 5 секунд. Серия экспериментов в начале 1928 г. не дала убеди 1ельных резулыатов. В сентябре 1928 г. режим работы передатчика был изменен" промежуток времени меж­ду сигналами увеличшгся с 5 до 20 с. Эго было сделано для того, чтобы однозначно опознать эхо, относящееся к данному сигналу.

Днем 11 октября 1928 г. Хале и Штермер зарегистрировали длинную последовательность эха: сначала время задержки составля ло 3 с, затем 4 с, потом возросло от 5 до 18 с. Штермер немедлен­но сообщил об этом ван дер Полу. Получив это сообщение, ван дер Пол снова измерил режим передатчика, увеличив интервалы между сигналами до 30 с. В тот вечер, 11 октября 1928 г., бьгло зарегист­рировано 14 радиоэхо со следующими задержками:

От двух сигналов наблюдалось двойное эхо с задержками (11с, 15 с) для сиг нала № 2 и (8 с, 12 с) для сигнала № 8. Если располо­жить задержки в зависимости от номера эха, то получим следующую последовательность:

Интервалы между сигналами по-по^жнему составляли 30 с. Эхо том но передает чту последовательность сигналов, при этом задержки меня­лись от 3 до 30 с, за исключением первого Cm нала, для которого задерж­ка составила 3,5 минуты. За. ем LDE Pei истрировались несколько раз в апреле 1929 г. В октябре промежуток времени между сигналами увели­чили до 1 минуты, было зарегистрировано несколько последовательнос­тей LDE. 7 ноября 192° г. эксперимент в Эйдховсне был прекращен. Однако изучение радио ж а не прекратилось.

В мае 1929 г., но время работы французской экспедиции по наблюде­нию солнечного затмения в Индокитае Ж Голль и Г. Талон провели ис­следование LDE с борта экспедиционного судна. Установленный па его борту передатчик мощностью 500 Вт генерировал на волне 25 м после довательность импульсов с интервалом 30 с. Были зарегистрированы длин­ные серии LDE с переменной временной задержкой.

В 1934 г. LDE наблюдал английский исследователь Е. Эпплтон. По­зднее, по мере увеличения числа коротковолновых радиостанций, из-за сильно возросшего уровня радиопомех наблюдал LDE стало все трудней и трудней. В 1947-1949 гг. К. Будден и Дж Ятис попытались исследо­вать радиоэхо на волне 14,5 м, но не смогли обнаружить его. Постепенно об удивительном феномене стали забывать, хотя время от времени радис любители и операторы коротковолновых телефонных станций слышалч радиоэхо от собственных передач (регистрировалась разговорная речь и сигналы Морзе, повторенные через несколько секунд). Как можно су­дить по этим сообщениям, область частот, в которой регистрировались LDE, простиралась от 0,8 до 140 МГц.

В 1967 г. изучение LDE было возобновлено в С тенфордском университете США Ф. Кроусрордом. Эти исследования подтверди­ли реальность феномена. Правда, в отличие от 20 х годов, в Стен — форде не наблюдались длинные последовательности I DE. Задерж­ки составляли несколько секунд, особенно часто наблюдались эхо с задержками 2 с и 8 с.

Феномен LDE до сих пор не получил удовле! верительного объяс­нения. Задержке в 3 с (минимальной из наблюдавшихся в 20-е годы) cooi ветствует расстояние отражающей материи 450 тысяч км от Земли, т. е. она должна распола1агься далеко за пределами земной атмосферьг, где-то в районе лунной орбиты. Между тем, мощность эха превышала треть мощности сигнала, что не соответствовало ожг: даемой мощности при естественном отражении от объекта, находя гцегося на таком расстоянии. Еще сложнее объяснить изменение за­держки эха. Если бьг оно было связано с перемещением отражаю щей материи в пространстве, то скоросг ь перемещения должна бьгть неправдоподобно высока. Этому противоречит то, что интенсив­ность эха в данной серии остается неизменной, независимо от вре мени задержки Неизвестно i акже, каким образом возникает двой­ное и тройное эхо (а такие случаи наблюдались). Одним словом, тайна мирового эха осталась неразгаданной.

В конце 60-х годов Ф Кроуфсол предложил довольно слож­ный (и довольно искусственный) механизм образования LDE. Со­гласно его гипотезе, в ионосфере, при определенных условиях, происходит преобразование электромагнитных волн в плазменные колебания Двигаясь по силовьгм лиггиям геомагнитного поля, плаз­менные волны, | конце концов, разрушаются и освобождают «вмо­роженную» в них электромагнитную волну, которая и наблюдается в виде LDE Реальность этог о механизма подвергалась сомнению[59]. Но если даже он, в принципе, возможен, в рамках этого механизма очень трудно объяснить постоянство интенсивности эха при раз­личных временных задержках. Ведь чем дольше путешествует волна, тел. большее расстояние она проходит, до того как возвратится в исходную точку, тем меньше, следовательно, должна быть ее интен­сивность Однако этого не наблюдается. Наконец, имеются данные, указывающие на связь ш гермеровских эхо с точками Лагранжа в си­стеме Земля-Луна74, а именно: время наблюдения LDb коррелирует с временем прохождения точек Лагранжа через меридиан. Можно бьшо бьг предположить, что эхо возникает при отражении радио­волн от скопления метеорных тел в окрестностях точек Лагранжа. Однако переменность времени запаздывания и отсутствие измене­ний интенсивности с изменением времени запаздывания исключает 1 акое объяснение.

Интересная особенность LDE была отмечена Л. В. Ксанфома — лити1 они неизменно появлялись при освоении каждого нового диапазона радиоволн; в дальнейшем частота их появления в этом диапазоне постепенно падала[60]. Все это наводит на мысль об ис­кусственном происхождении LDE. В 1973 г. молодой английский астроном Д. Лунен, опираясь на идеи Брейсуэлла, выдвинул сме­лую гипотезу о том, что штермеровские эха представляют собой сигнал инозвездного зонда, находящегося в Солнечной системе[61]. По его мнению, трехсекундные эха, которые наблюдались в конце 1927-начале 1928 годов, означали сообщение: «Я здесь, на орби­те вашей Луны». В дальнейшем, когда времена задержки начали меняться, это значило, что зонд перешел к передаче информации.

Д. Лунен пытался интерпретировать эту информацию. Он взял последовательность LDE, наблюдавшуюся вечером 11 октября 1928 г., и построил график зависимости времени задержки эха от номера сигнала (рис.1.13.2). На графике прежде всего бросается в глаза вертикальный 8-секундиый барьер. Слева от него — одна точ­ка, а справа — группа точек, конфигурация которых напоминает фигуру, со< гавленную из наиболее ярких звезд созвездия Волопас;. Правда, в фуппе из 6-ти точек не хватало одной гочки, соответ­ствующей звезде е Волопаса. Однако если изолированную 3-секунд — ную точку перенести вправо симметрично относит :лшо вертикаль­ного барьера, то она попадет приблизительно в то место, где долж­на быть звезда Е Волопаса. Лунен предположил, что эта звезда спе­циально была выделена зондом, чтобы показать, что он прибыл именно от этой звезды. Далее, Лунен обратил внимание на то, что самая яркая звезда созвездия а Волопаса (Аркгур) на его диаграмме находится левее и выше своего истинного положения приблизитель­но на 7°. Арктур одна из наиболее близких к нам звезд, ее соб­ственное движение довольно велико и составляет 2,29" в год. Дугу в 7° Арктур проходит за 12600 лет1. Любопытно, что если перенести положение Аркгура на 12600 лет назад, т. е. против его собствен­ного движения, то он попадег как раз в соответствующую точку па к рафике Лунена. Отсюда Лунен сделал вьгвод, что зонд прибыл в Солнечную систему около 13 тьгсяч лет тому назад; сразу же по при­бытии он составил каргу звездного неба и приступил к программе наблюдения за планетами. Все это время зонд терпеливо ждал. А когда у нас появились радиостанции и с Земли стали поступать ра­диосигналы, зонд активизировала! и, в соответствии с программой, начал отправлять нам сигналы обратно.

Итак, зонд прибыл в Солнечную систему со звезды е Волопаса около 13 тьгсяч лет назад. Звезда Е Волопаса — это двойная (а точнее тройная) система, расположенная на расстоянии приблизительно 100 св. лет от Сслнца. Главньгй компонент этой системьг (е Волопаса А) представляет собой красный гигант спектрального класса К1. Вто­рой компонент (е Волопаса В) — звезда шавной последовательности спектрального класса А2. Э та звезда, в свою очередь, является тесной двойной системой (спектрально двойная звезда). По современньгм представлениям, система е Волопаса мало подходит для жизни. Но может быть, наши представления не соответствую" действительности?

В интерпретации Лунена есть ( пределенньге несоответствия. Мьг не будем останавливаться на них (желающие мог ут познакомиться с комментарием Ю. Н. Ефремова на эту гипотезу в журнале: «Земля и Вселенная». 1973. № 6. С. 70). Изучая более поздние последователь­ности LDE, Лунен пытался получить дополни гельньге данные о пла нетной системе е Волопаса, в этих интерпретациях много произвола.

В 1976 г. А. В. Шггилевский дал иную интерпретацию «Посла­нию Зонда»[62]. Он использовал ту же последовательность LDE от 11 октября 1928 г. и применил сходный с Луненом метод дешиф­ровки. Только, в отличие от него, Шпилевский использовал не но­мер сигнала, а номер эха (см. Гиндилис JJ. М. Модель контакта, а не доказательство зонда // Земля и Вселенная. 1976. № 2. С. 78-82 )

(напомним, что два эха в серии были двойные) и отложил его не по вертикальной оси, а по горизонтальной; по вертикальной оси (сверху вниз) он отложил величину задержки в секундах (рис.1.13.3). Тогда 8 секундный вертикальный барьер трансформировался у нею в 8-секунднуго горизонтальную линию. Эту линию Шпилевский отождествил с отрезком небесного экватора или эклиптики, а точ­ки, лежащие ниже ее, — с созвездием Кита. Одинокая точка вьгше экватора после симметричного переноса ее относительно эквато­ра вниз попадала в место, соответствующее т Кита. Отсюда Шпи­левский сделал вьгвод, что зонд прилетел со звезды т Кита! С точки зрения наших сегодняшних представлений об условиях существова­ния жизни в Космосе, звезда т Кита, конечно, предпочтительнее е Волопаса. Но здесь кроется и коварная опасность: всегда можно подозревать подсознательный, непроизвольный элемент подгон­ки. В этом смысле позиция Лунена сильнее, ибо трудно заранее подозревать такую неподходящую звезду, как Е Волопаса в каче­стве отправного пункта зонда. В одной из последующих работ Лунен отметил, что, если смотреть с т Ки та на наше Солнце, то оно будет видно в созвездии Волопаса, Возникает заманчивая идея: нельзя ли предположить, что одна и та же последовательность эха несет двоякую информация — как выглядит наша область неба, если смотреть от них (т. е. с г Кита), и как выглядит их область неба, если смотреть от нас.

Но вернемся к интерпретации Шпилевского. По его мнению, точки горизонтального барьера не только указывают на положение небесного экватора, но несут еще дополнительную информацию о планетной системе т Кита. При этом он исходит из того, что посла­ние зонда должно быть одновременно и максимально простым для дешифровки и максимально информативным. В этой связи Шпи левский обращает внимание на то, что две правые точки в горизон­тальном барьере кажутся лишними, если единственное назначение барьера состоит только в том, чтобы отметить положение экватора (или эклиптики). Тогда с какой целью они были переданы? Шпи — левский полагает, что каждая точка барьера отмечает определенную планету в планетной системе т Кита. Исходя из позиции максималь­ной информативности, надо принять во внимание также точку пе­ресечения горизонтального барьера с перпендикуляром, опущен­ным из одинокой точки, который используется для выделения звез­ды т Кита. Тогда получим всего 8 точек. Шпилевский интерпретирует это как указание на го, что в планетной системе г Кита имеется 8 планет. Выделенная из веех точка пересечения барьера с перпенди­куляром является 3-й по счету, следуя в направлении возрастания номера эха. Отсюда можно сделать вывод, что зонд прибыл с 3-й планеты системы Тау.

Читатель, несомненно, отметит как остроумие, так и определен­ную долю произвола этой интерпретации (как, впрочем, и интер­претации Лунена). Любопытно, что Лунен тоже рассматривал вари­ант, когда по горизонтальной оси откладывается номер сигнала, а по вертикальной — величина задержки в секундах; но никакой ассо­циации с созвездием Кита у него не возникло, и лишь повернув кар­тину на 90°, он получил ассоциацию с созвездием Волопаса. Это иллюст рирует роль субъективного фактора в подобных интерпре­тациях.

Болгарские любители астрономии во главе с Ильей Илиевым применили другой способ дешифровки «послания зонда». Они раз­били последовательность задержек эха на пары и каждой паре зна­чений сопоставили декартовы координаты на плоскости (Х, у). В результате они получили «изображение» созвездия Льва и опреде­лили, что зонд прибыл со звезды Е, Льва (Техника молодежи. 1974.

№ 4. С. 54). Советский инженер П. П. Гилев усовершенствовал методику болгарских исследователей: он рассматривал не сами за­держки эха, а разносги между последовательными задержками. В результате он получил (изображение» того же созвездия, но опре­делил. что зонд прибыл со звезды Г) Льва, и получил много допол ■ нительной информации о планетной системе этой звезды (см.: Тех­ника молодежи. 1977. N3 5. С. 58-60). В связи с этим И. С. Ли — севич обращает внимание на то, что звезда Г) Льва входит в созвездие Сюаньюань, откуда, согласно древнекитайским преданиям, на Зем­лю прилетели космические «пришельцы»[63]. Все это очень интерес­но, но такая многозначность интерпретации настораживает’. По — видимому, межзвездное послание должно строиться на каких-то иных принципах, исключающие подобную неодн» >значносгь.

Принципиально иной подход предложен математиком из Омска Р. Т. Файзуллиным[64]. Прежде всего он обращает внимание на то, что если задана некоторая произвольная конфигурация точек (на­пример, конфигурация, полученная Луненом) и некоторое множе ство других точек или объектов (например, звезд на небесном сво­де), то при достаточном количестве этих точек мы всегда можем выделить среди них заданную фигуру ^теорема Рамсея). Конечно, идеально точного совпадения получить нельзя, но увеличивая мощ­ность множества (в данном случае число звезд, — принимая во вни­мание все более и более слабые звезды), можно получить сколь угод­но точную копию заданной фигуры. Таким образом, ошибка Луне­на и его последователей, по мнению Файзуллина, состоит в том, что они пытались, используя задержки эха, построить фшуру, ко­торая выглядела бы как созвездие.

Содержание сооощения, согласно Файзуллину, должно представ­лять собой объективную информацию, зафиксированную в анна­лах науки. Поскольку речь идет о космическом послании, инфор­мация скорее всего должна относиться к звездам и содержаться в Звездных каталогах. Исходя из этого, он предложил сопоставлять задержку эха с номером звезды в некоем звездном каталоге. Разви­вая эту мысль, Файзуллин пришел к выводу, что данной задаче наи­лучшим образом удовлетворяет совокупность звезд, упорядоченная по видимым звездным величинам (точнее, по фотоэлектрическим визуальным величинам V). Например, самая яркая звезда — Сири­ус, за ним следует Канопус, потом Арктур, за ним Бега и т. д. Рас­смотрим последовательность звезд, упорядоченную по звездным ве­личинам V:

Согласно идее Файзуллина, задержке 3 с соответствует звезда под номером 3 — это Арктур, задержке 6 с — Капелла, а задержке 8 с — Процион. •

Каждой звезде, в свою очередь, можно поставить в соответствие два числа — координ пы звезды на небесной сфере. В астрономии используются три системы координат: галактическая, эклиптичес­кая и экваториальная. Файзуллин г. зял за основу галакт ическую сис тему координат, преобразовав ее из сферической в цилиндричес­кую Таким образом, каждой задержке можно поставить в соответ­ствие точку в цилиндрической системе координат Файзуллина с координатами (/, Ь), где 1иЬ — галактическая долгота и галактичес­кая широта звезды, номер которой равен величине задержки. О >во- купность за держек в последовательности эха дает совокупность то­чек на поверхности цилиндра, которые образуют определенные гео­метрические фигуры. Математические свойства этих фигур поз) оляют сделать определенные выводы о природе задержек.

Возьмем, например, первую серию Штермера:

15, 9, 4, 8, 13, 8, 12, 10, 9, 5, 8, 7, 6

Ей соответствует фигура, изображенная на рис. 1.13.4. Она со­стоит из 8 прямых, из которых две тройки прямых и еще одна пара прямых взаимно параллельны. Может ли это быть случайным? Если взять координаты 50 ближайших звезд (в той последовательности, как они приведены в каталоге), то такой богатой «параллельности» не получается. Не получается она и в том случае, если рассматривать случайные наборы точек. Файзуллин делает вывод, что фигура, со­ответствующая первой последовательности Штермера, иллюстрирует математическое свойство параллельности.

Изучение последующих серий позволяет углубить представление о математических свойствах получаемых фигур. Интересно, что при этом принимается во внимание не только величина задержек, но и

Се дополнение до 20 (напом­ним, что 20 — это промежут ок между посылками импульсов в эксперименте Ш гермера).

Обработка более длинных лос — . [еловательностей в независимом эк­сперименте Эпилтона 1934 г также дает фигуры с неслучайными геомет­рическими свойствами Причем эти свойства симметрии сохраняются при переходе от галактических ко­ординат звезд к эклиптическим и эк­ваториальным Сохраняются они и при изменении начала координат. То есть если за начало координат взять не Солнце, а другую звезду (проверка делалаи> для а Центавра и Щш Про — циона) и соответствующим образом пересчитать звездные величины дру­гих звезд, го геометрические свойства полученных фигур сохраняются Фай­зуллин обращает внимание на то, что полученные фигуры «в некотором роде» похожи на так называемые математические конфигурации, про­стейшим примером которых может служить конфигурация Брианшона — Паскаы (девять точек удовлетворяют следующим условиям: через каждую точку проходит по три прямые и на каждой прямой лежит по три точки из 9 заданныхВсе это, по мнению Файзуллина, позволяет предполагать что задержки радиоэха имеют искусственное происхождение. Но какой смысл, какое содержание скрывается за полученными фигурами?

Забудем на время о радиоэхо. Рассмотрим ближайшие к нам галакти­ки и выберем из них семь восемь ярчайших: Туманность Андромеды, Двин- гело 1, Туманность Треугольника и т. д. Упорядочим их по звездным ве­личинам и построим фигуры аналогично тому, как это делалось для звезд, сопоставляемых с задержками эха. Оказывается, в экваториальной сис­теме координат получается фигура, аналогичная конфигурации Паска­ля. Определенные «конфигурационные свойства» и их инвариантность относительно преобразований координат имеют место и для ближайших ярких массивных звезд. Какова природа этих конфигураций? Можно ли придать им некий динамический смысл?

Файзуллин рассмотрел так называемую задачу Штейнера: заданы N точек на плоскости или в пространстве; необходимо соединить их от­резками прямых так, чтобы сумма длин этих отрезков была минималь­на. При этом можно вводить дополнительные точки, кроме тех, которые заданы Файзуллина интересовал механический аналог этой зада ш, ког­да минимум. длины интерпретируется как некий «экстремальный энерге тический принцип» для гравитирующей механической системы. Это по­
зволило решать некоторые динамические задачи, относящиеся к звезд иой динамике. Результаты Фаизуллин опубликовал в ряде специальных статей и в докладах на конференциях, где он ни словом не упоминал о проблем LDE, ему важно было получить апробацию результатов о «кон­фигурационных свойегвах» в системах звезд и галактик. Эти публикации и выстутш ния вызвали острую дискуссию в часги, касающейся попыток автора дать динамическую интерпретацию обнаруженным конфигура­циям, но сам факт наличия таких инвариантных конфигураций был при­знан (как пишет сам Файзуллин, «скрипя сердце»).

Здесь мы подходим к одному из принципов, которому, по мне­нию Файзуллина, должны удовлетворять любые попытки (гипоте­зы) интерпретировать задержки радиоэха как контакт с ВЦ: «резуль­таты должны пройти стандартную научную апробацию в виде выс­туплений на конференциях и в виде опубликованных научных статей (без упоминаний или ссылок на проблему SETI), что должно под­твердить независимую от гипотезы Контакта значимоетт выявленных математических и физических фактов». Конечно, такая процедура затягивает решение вопроса. «Дешифровка сигнала» перес. ает быть одномоментным событием. Надо сказать, что близкую мысль выск;. зывали ранее Рудольф Пешек и Джон Бичленгем в докладе на конфе­ренции ООН по исследованию и использованию космического про­странства в мирных целях (Юниспейс-82). Касаясь содержания ин­формации и процедуры ее дешифровки, они писали: «Информация, содержащаяся в сигналах другой цивилизации, може! быть достаточ­но богатой, и тогда на ее изучение уйду десятилетия, а то и жизнь нескольких поколений. Тогда новости в этой области будут обсуж­даться скорее на страницах научных книг и в университетских ауди­ториях, чем на страницах ежедневной печати»[65].

Вернемся к LDE. Интерпретация задержек по методу Ф шзулли — на привела к определенным мат ематическим конфиг/рациям, кото­рые не могут получиться при случайном переборе чисел. Дальней­шее изучение показало, что сходные конфигурации наблюдаются в упорядоченных системах звезд и галактик и, вероятно, отражают какие-то природные закономерности, происхождение которых пока неясно. Не может ли Послание зонда намеренно указывать на эти математические закономерности, чтобы подчеркнуть искусственный характер сигнала. Как отмечает Файзуллин, по идее это переклика­ется с предложением Гаусса о построении фигуры, иллюстрирую­щей теорему Пифагора (см. Введение).

Принимая искусственную интерпретацию задержек, можно ли определить местоположение зонда? Файзуллин предпринял такую попытку, в определенной мере отступив от принятой им строгой методологии. Он обращает внимание на то, что большинство за держек и в двадцатые (1920-е) годы и в более поздних эксперимен­тах Крсуфорда равнялось восьми. Задержке 8 отвечает звезда Про — цион. Если взять последовательность Штермера, которую исполь­зовал Лунен для определения местоположения зонда, то, следуя процедуре Файзуллина, мы получим фигуру из треугольников с общей вершиной в точке, отвечающей расположению Проциона. Файзуллин приводит и другие аргументы, указывающие на Проци — он, на которых мы останавливаться не будем. Читатель может по­знакомиться с ними в цитированной выше статье (см. сноску 84).

Подход Файзуллина представляется методологически более стро­гим по сравнению с предыдущими попытками расшифровки миро­вого эха. Однако сомнительным остается намерение искать в после­довательности задержек определенную содержательную информацию. Если исходить из гипотезы зонда, то последовательность LDE, ви­димо, не предназначена для дешифповки: скорей всего, это был сиг­нал привлечения внимания. (Может быть, математ ические конфигу­рации Файзуллина и являются таким сигналом привлечения внима ния.) Если это так, то, в соответствии со стратегией контакта, нам следовало отправить сигнал обрашо, соблюдая ту же последователь­ность задержек. Однако в то время этот шанс был упущен. В 1980-1981 гг. горьковские радиоастрономы провели пробную ра­диолокацию точек Лагранжа в системе Земля-Луна с целью поиска зонда в этих точках. Результат оказался отрицательным (см. гл. 7). Было бы желательно продолжить эти эксперименты. Высказывались также предложения о посылке космического аппарата в точки Лаг­ранжа и о постановке специального эксперимента по исследованию LDE на космических аппаратах, направляемых к планетам Солнеч­ной системы (Л. В. КсанфомалитиУ Было бы также полезно воспрс извести старые сигналы в той же последовательности задержек, кото­рые наблюдались в 1920-х годах, чтобы сообщить зонду, что мы на­конец-то поняли его сообщение и посылаем сигнал готовности к контакту.

Одно из направлений SETI — поиск следов астроинженерной дея­тельности ВЦ. Родоначальником этого направления является извес­тный американский физик-теоретик Ф. Дайсон. Обосновывая свою позицию, Дайсон писал: «Размышлять о грандиозном будущем че­ловечества — значит предаваться праздным меч гам или заниматься научной фантастикой. Но строго рассчитывать то, что можно было бы наблюдать, если бы оказалось, что технологически развитые су­щества обитают в нашем уголке Вселенной — это серьезная и впол­не законная часть науки»47.

Дайсон рассмотрел ряд проектов возможной, т. е. не противоре­чащей законам физики астроинженерной деятельности высокоразви­той цивилизации. Наиболее известен проект сферы Дайсона (СД)[40]. Речь идет о создании вокруг звезды (центра планетной системы, где обитает технологически развитая ВЦ), искусственной биосферы, которая, окружая звезду, способна перехватывать всю энергию, излу­чаемую ею в космическое пространство. Собственно, в этом и состо­ит цель создания СД — использовать всю энергию своей звезды (Для сравнения напомним, что Земля перехватывает менее одной милли­ардной доли энергии Солнца.) При радиусе СД порядка 1 а. е. (если звезда имеет тот" же спектральный класс, что и Солнце) температур­ные условия на поверхности сферы будут вполне подходящими для жизни. Цивилизация, обитающая в такой искусственной биосфере, может служить моделью цивилизации II типа (по Кардашеву).

Сколько вещества требуется для создания такой биосферы и где взять это вещество? По мысли Дайсона, для этой цели можно ис­пользовать вещество больших (необитаемьгх) планет. Так, если «рас­пылить» планету массой, равной массе Юпитера и использовать полученное вещество, равномерно распределив его по сферическому слою радиусом 1 а. е., то над каждым квадратным сантиметром по­верхности будет находиться приблизительно 720 г вещества. Это сопоставимо с условиями на Земле, где над каждым квадратным сан­тиме гром поверхности находится сголб атмосферы массой около 1000 г. Сферический слой вокрут звезды толщиной 2-3 м был бы вполне пригоден для жизни и мог бы содержать оборудование для использования радиации, падающей на него изнутри.

Последующие оценки показали, что массу сферы Дайсона мож но значительно сократить. Прежде всего необходимо заметить, что конструкция в виде сплошной сферы вокруг звезды не может суще­ствовать — она будет разорвана не скомпенсированными центро­бежными сил 1ми (на это обратил внимание В. Д. Давыдов[41]). По­этому надо говорить не о сплошной поверхности, а о системе спут­ников, вращающихся вокруг звезды, которые в совокупности перехватывают всю излучаемую ею энергию. Идея создании таких городов-спутников вокруг Солнца принадлежит К. Э. Циолковско­му, он назьгвал их «эфирными городами».

Дайсон описал и возможный принцип конструирования подобных со­оружений6" Возьмем стальной стержень длиной 1 м и диаметром 1 см. Из 12 таких стержней сделаем октаэдр диаметром 1 м и массой 10 кг. Из 100 таких октаэдров, соединив их гранями, построим новый конструк тивный элемент — «стержень» второй ступени Из таких стержней сде­лаем новый октаэдр; соединив их, получим «стержень» третьей ступени и т. д. Октаэдр шестого порядка будет иметь размер 106 км (почти в 80 раз больше диаметра земного шара), а масса его будет составлять всего 5 х 10"" массы Земли. Дальнейшее увеличение размера невозможно, так как при этом конструкция будет разорвана приливными силами. Таким образом, предельный размер спутника, обращающегося вокруг Солнца по орбите радиусом 1 а. е., сост тляет 106 км. Двести тысяч таких пре дельно больших спутников с общей массой 10~5 массы Земли полностью перекроют поверхность сферы и будут перехватывать всю энергию, из­лучаемую центральной звездой (солнцем).

Но где взять необходимый материал, как можно «распылить» массу большой план. ты? Дайсон предложил такой способ. Вокруг планеты вдоль линий широты прокладываются металлические изолированные провода, через которые пропускается электрический ток. Кроме того, ток про­пускается через тело планеты перпендикулярно линиям широты и замы­кается через металлические проводники, выведенные на планетоцентри-
Ческую орбиту или через плазму в магнитосфере. Планета становится, таким образом, якорем гигантского электромотора, В зависимости от направления токов планета может — ускоряться или замедляться Ускоряя вращение планеты, можно довести ее скорость до величины, при кото рой экваториальные области планеты будут отрываться и улетать в кос мическое пространство.

Иной проект был предложен советским ученым Г И. Покров­ским[42] . Согласно его проекту, Солнце (или звезда) окружается не сферой, а системой колец разного диаметра, вращающихся с раз

Личной скоростью, подобранной так, что­бы центробежная сила уравновешивалась силой притяжения звезды. Если посмотрегь на эту систему колец извне, она будет похс жа на раковину с двумя раструбами, повер нутыми в разные стороны, через которые, по мысли Г. И. Покровского, могут вхо­дить и выходить межзвездные корабли (рис. 1.12.1).

Каковы бы ни были инженерные дета Рис. 1.12.1. Астроииженср ли подобных конструкций, они, согласно

Ыс сонструк- ВТОрОМу закону термодинамики, должны Цин вокруг звезды (раковина

Г. И П. ,фовс1 го) перетачать падающую на них энергию в

Космическое прост ранство в виде отрабо­танного тепла при температуре меньшей, чем температура падаю щего излучения. Как показывают расчеты, основная часть этого ухо­дящего излучения будет сосредоточена в инфракрасной области спектра с максимумом излучения вблизи 10 мкм. Это излучение нельзя «утаить», независимо от того, хочет ли цивилизация или нет сообщить о своем существовании,

Таким образом, задача поиска астроинженерных конструкции сводится к поиску инфракрасных объектов с максимумом излуче­ния вблизи 10 мкм и плапковским распределением энергии в спек­тре. В случае неполного перекрытия звезды астроинженерными конструкциями, объект будет имен, характеристики обычной звезды с очень сильным инфракрасным избытком. Для обнаружения по­добных объектов необходимо провести полный обзор неба в инф
ракпасном диапазоне. Эта задача была пост авлена Н. С Кардашсвым[43]И вошла в соьетскую программу СЬТ1[44]. Поскольку земная атмосфе ра сильно поглощает излучение в ИВ области спектра, предусматри­валось, что обзор должен проводит, сл с помощью специального ИСЗ, оборудованного аппаратурой для такого исследования.

В 1983 г. в США был выведен на орбиту спутник ИРАС (сконст­руированный совместно США, Англией и Голландией), предназна­ченный для составления инфракрасного атласа неба. Установленный на спутнике телескоп диамет ром около 60 см охлаждался до темпера­туры ] 0 К, чтобы уменьшить его собственное ИК-излучение. Детек­торы, расположенные в фокусе телескопа, охлаждались до еще более низкой температуры 3 К (всего на три градуса выше абсолютного нуля!). Телескоп работ «л в четырех диапазонах: 8-15 мкм, 20-30 мкм, 40-80 мкм и 80-120 мкм. Наблюдения продолжались в течение все го 1983 г. (они были прекращены в результате израсходования ре сурса жидкого геям). За время работы было исследовано 98 % всей небесной сферы и было открыто около 200 000 инфракрасных объектов. Среди них есть звезды с сильным ИК избытком и объекты, излучающие только в ичфракрадюм диапазоне, в том числе, имею­щие планковский спектр с максимумом излучения в области 10- 100 мкм. Казалось бы, это свидетельствуе т об обнаружении сфер Дай­сона. Однако подобные же характеристики должны иметь звезды, окруженные плотным газопылевыми оболочками. Такие оболочки возникают вокруг звезд на стадии формирования планетой систе мы (нротопланетное облако), а. акже на поздней стадии, ко! да звезда типа Солнца переходит в стадию красного гиганта. При этом атмос­фера звездьг расширяется до нескольких астрономических единиц, и на периферии ее вновь возникает плотная пылевая оболочка.

Возникает вопрос: каким образом отличить сферу Дайсона от окружающей звезду пылевой обо почки > С. А. Кашган и Н. С. Кар­дашев указали на то, что это можно сделать, изучая распределение энергии в спектре инфракрасньгх обьек гов. Для твердотельньгх кон­струкций интенсивность излучения в релеевской части спектра па дает с длиной волны пропорционально Я2, в то время как для пыли­нок (размерьг которых меньше длины волньг) спектр меняется бо­лее круто. Кроме того, можно ожидать специфических особенностей структуры искусственных объектов ^резкие края, правильная гео­метрия и т. д.)[45]. Исследование структуры объектов требует приме­нения крупных космических радиоиг герфероыечров, которые мо — I ут обнаружить твердотельные кош. рукции по их экранирующему действию. В. И. Слыш o6painn внимание на то, что газопылевая оболочка вокруг звезды должна быть источником мощного излуче­ния в линиях гидроксияа 18 см. Отсутствие подобного излучения может бьггь индикатором того, что мьг имеем дело с искусственной твердотельной конструкцией[46].

До сих пор речь шла только об обнаружении астроинженерньгх конструкций по их ИК-излучению без попытки принять какую либо информацию. К. К Ребане обратил внимание на то, что высоко­развитая цивилизации, создавшая искусственную среду обитания вокруг звезды, может (без дополнительных энергетических затрат), передавать информацию, модулируя циркулирующие в такой сис­теме потоки энергии[47]. В этом случае поиск ВЦ должен сопровож­даться анализом ИК-излучения с целью обнаружения модулирован­ных сигналов.

В отличие от искусственных сооружений вокруг звезды, Н. С. Кардашев рассмотрел возможность создания астроинженер­ньгх конструкций значительно более крупного масштаба, например, создание искусс твенной биосферы размером несколько парсек вок­руг ядер галактик или квазаров[48]. Подобные объектьг будут иметь светимость 106—1012 светимости Солнца и могут служить моделью цивилизации III типа. Они являются источниками инфракрасного излучения со спектром, близким к планковскому при темпера iype излучения от 3 до 1000 К. Спектральная область поиска подобньгх (>бъектов — от нескольких микрометр! >в до нескольких миллимет­ров. Н. С. Кардашев рассмотрел конкретную модель подобной кон­струкции в виде вращающегося диска радиуса 12 пк и толщиной 1 км; такую же относительную толщину имел бы диск размером, равным диаметру Земли и толщиною в 1 мкм!). Масса диска 1012 масс Солнца, плотность 8 г/см3, период обращения 2600 лет, тем­пература 300 К, светимость 1012 светимости Солнца. Поток излуче­ния от такого объекта на расстоянии 1 Мпк составляет 1 Ян, чт о вполне обнаружимо при современных средствах.

С целью обнаружения подобных объемов, а также классических сфер Дайсона (вокруг звезд) Н. С. Кардашев, М. Ю. Тимофеев и В. Г. Промыслов из Астрокосмического центра ФИАН проанали­зировали источники, полученные cnv гником ИРАС[49]. Опреде шв их эффективные температуры, они выделили два узких интервала температур 110-120 К и 280- 290 К, в которых концентрировалось большинство источников. Из этих источников были отобраны те, у которых распределение энергии по спектру наилучшим образом совпадает с распределением энергии абсолютно черного т;ла. В первом интервале температур (110-120 К) таких источников оказа­лось 38, а во втором (280-290 К) — 60. Таким образом, удалось сильно сузить круг возможных «кандидатов» в СД (напомним, что каталог ИРАС содержит 200 000 источников). В результате тщатель­ного анализа около 30% отобранных источников удалось отожде­ствить с различными астрономическими объектами, в том числе и со звездами. Однако 58 отобранных источников остались не отож­дествленными. Могут ли среди них быть сферы Дайсона? Пока это уверено установить не удалось.

Упомянем еще об одном виде астроинженерной деятельности ВЦ, не связанной с сооружением крупных астроинженерных конструк­ций. Так, высокоразвитая цивилизация, желающая сообщить о сво­ем существовании, может ввести в атмосферу звезды, около которой она обитает, некоторое количество вещества, состоящего из какого — нибудь короткоживущего изотопа. Тогда дру1ие цивилизации, на­блюдая в спектре этой звезды соответствующие спектральные ли­нии, смог ут заключить об их искусственном происхождении. Дей­ствительно, короткоживущие изотопы за время существования звезды должны были бы распасться, и их присутствие укажет на то, что «кто-то» намерено подсыпал эти изотопы в атмосферу звезды. Рас­четы показывают, что количество вещества, которое необходимо распределить в атмосфере звезды, для того, чтобы его можно было обнаружить, относительно невелико, порядка 104 —105 тонн[50]. Этот метод, независимо предложенный И. С. Шкловским и Ф. Дрейком, получил название «звездных маркеров».

Развивая эти идеи, литовский астрофизик В. JI. Сграйжис при­шел к выводу, что в природе существует много астрономических объек­тов и явлений, которые можно было бы интерпретировать, как ре зультат деятельности высокоразвитых цивилизаций. Так, например, в рлде звездных скоплений имеются горячие голубые звезды, Koi орые на диаграмме Герцшпрунга-Рассела находятся на так называемой глав­ной последовательности. Между тем, если исходить из возраста скоп­ления, эти массивные звезды, эволюция которых протекает очень быс гро, должны были давно покинуть главную последовательность и превратит вся в красные гиганты Но эти светила почему — то не под­чинились теории звездной эволюции и заняли на диаграмме Герцш — пруш а-Рассела совершенно неподобающее им место. Для того чте бы как то объяснить это противоречие, было выдвинуто предполо­жение, что указанные звезды не образовались вместе со всеми звездными скоплениями, а лишь случайно «залетели» в него: это «странники», блуждающие по Галактке, и лишь временно находя­щиеся в данном скоплении, отсюда и их название «голубые бродя­ги». В. Л. Страйжис выдвш ает иную гипотезу. По его мнению, «го­лубые бродяги» принадлежат данному скоплению, но они задержи лись в своем развитии В чем же причина такой задержки? Она может быть следствием того, что в ядро звезды поступает большое количе ство водорода из внешних слоев. Такая «подсыпка» ядерного горю­чего в ядро, по мысли Страйжиса была выполнена высокоразвитой цивилизацией, обитающей в окрестностях данной звезды. «Легко догадаться, — пишет он, — с какой целью это может делап>ся: искус­ственное удерживание звезды на главной последовательности позво­ляет существенно продлить пост оянные температурные условия на ее планетах. Нашей цивилизации через 4 млрд лет будет весьма кстати применить этот метод, чтобы избежать быстрого превращения Сол­нца в красньгй гигант»[51].

Другой пример, приводимый Страйжисом, — так называемые пеку ллрные и металлические звезды В атмосферах пекулярных звезд содер­жатся аномально большое количество некоторых химических элементов (марганец, ртуть, кремний, стронций, европий, хром), концентрация этих элементов в сотни и тысячи раз превышает их обилие в атмосферах нор­мальных звезд. Мале того, эти элементы не распределены равномерно по всей атмосфере звезды, а концентрируются в отдельных областях, поэто му, когда звезда вращас гея вокруг своей оси, линии этих элементов в спек­тре звезды го появляются, то исчезают. В спектре металлических звезд линии металлов усилены в десятки раз по сравнению с обычными звезда ми. Все эти факты труди., объяснимы с точки зрения современной звезд ной эволюции «При определенной фантазии, — полагает Страйжис, — можно представить себе, что это промышленные отходы инженерной дел тельности высокоразвитых цивилизаций»[52]. Если это так, то масштабы такой деятельности должны быть, поистине, грандиозны, охватывая мил лионы звезд.

К этим фактам Страйжис добавляет данные об углеродных, бариевых и циркониевых 1везда> Все агто холодные звезды (с )ффективной темпе­ратурой меньше 3800 К), отличающиеся аномальным обилием соответ­ствующих элементов (углерода, бария и циркония). При этом в углерод ных и циркониевых звездах увеличено также содержание тяжелых метал лов (стронция, лантана и др ) В некоторых из них наблюдаются линии радиоактивного элемента технеция, период полураспада которого порядка 10S лет, в то время как возраст этих звезд превышает 10ч лет. Наблюдается также аномальное обилие лития, очень редкого быстро сгорающего эле­мента; в атмосферах некоторых углеродных звезд его содержание увели­чено в 100 000 раз Не являются ли все эти факты указанием на то, что в атмосферах некоторых холодных 1везд имеет место искусственное произ водство химически?; элементов? Заканчивая этот перечень, Страйжис пи­шет: «Рассказ о загадочных явленипх в астрофизике можно было бы про­должит! Например, что вызывает появление и свечение объектов Херби — га — Аро.4 Что происходит со звездой FG Sge, которая быстро передвигается по диаграмме Герцшпрунга-Рассела и в атмосфере которой в течение не­скольких лет исчезает железо, но усиливаются линии тяжелых металлов? Не проводится ли над объектом SS 433 гигантский физический экспери­мент сверхцивилизации, начатый в 1929 г. и который закончится гиганте ким взрывом через 50 лет5 Не являются ли звездные кольца километровы­ми столбами спиральных ветвей Галактики?»

«Автор не думает, — заключает он, — что все перечисленные обьекты и явления — это продукт деятельное ги сверхцивилизаций. Пройдут годы, и для многих из них будут найдены естественные причины их возникновения. Однако мы не должны закрывать гла за на возможность, что хотя бы некоторые из этих явлений могли быть вызваны искусственно»[53].

Завершая обсуждение данной проблемы, следует обратить вни­мание на одно важное обстоятельство. Реализация далеко идущих планов переустройства планетной системы (не говоря уже об экспе­риментировании со звездами) может привести к серьезным эколо­гическим последствиям. В то время, когда были выдвинуты первые асгроинженерные проекты, экологическое сознание человечества было неразвитым Негативный опыт, накопленный нами за эти годы, убедительно показал пагубность пренебрежения экологическими проблемами. Такое пренебрежение, наряду с (отступающей, кажет­ся) угрозой ядерной войны, поетт. вило жизнь на Земле на грань катастрофы. Не следует допускаib ту же ошибку применительно к космической среде. Учет экологических факторов приводит к огра­ничению астроинженерной деятельности ВЦ или к изменению ха­рактера и форм этой деятельности. По-видимому, высокоразвитая ВЦ организует свою творческую деятельность таим образом и с та­ких формах, чтобы не нарушать гармонии Вселенной. Это следует принимать во внимание при разработке стратегии поиска и при ана­лизе проблемы «космического чуда» (см. гл. 6).

Некоторые авторы предполагают, что высокоразвитые внезем­ные цивилизации могут быть причастны к образованию массивных звезд и черных дыр[54], к регулированию распределения плотности в Метагалакт ике[55] или даже к расширению видимой Вселенной[56]. Но это уже следует отнести не столько к астроинженерной деятельно­сти цивилизаций в Кем го созданной Вселенной, сколько к участию Космического Разума в самом акте ее творения.

До сих пор мы рассматривали возможности и попытки обнару­жения радиосигналов ВЦ. Это вполне естественно, поскольку ра­диосвязь является основным средством коммуникаций на Земле, и поскольку, начиная с пионерских работ Д;:с. Коккони, <£. Морри — сона и Ф. Дрейка, было показано, что радиоволны СВЧ-диапазона могут обеспечить связь на межзвездные расстояния. А возможны ли иные способы связи с ВЦ?

В XIX в., когда радиоволны еще не были известны, рассматрива­лись проекты световой сигнализации на планеты Со шечной систе­мы. Наиболее серьезный проект был предложен Э. Неовиусом, российским ученым финского происхождения[32]. Неовиус предло­жил поместить в фокусе оптического телескопа яркий источник света и с помощью специальной подвижной диафрагмы с вырезами мо­дулировать световой поток в виде «точек» и «тире» азбуки Морзе. В качестве источника света он предла! ал использовать недавно изоб­ретенную вольтову дугу Располагая ее в фокусе телескопа с диамет­ром объектива в 1 м, можно было создать сигнал вполне обнаружи — мый на поверхности Марса с помощью аналогичного телескопа Для создания обнаружимого сигнала на более удаленных планетах Нео — виус предлагал использовать систему из нескольких 1 — метровых теле­скопов. Он прекрасно понима и что создание такой системы не под силу одной какой-либо стране и предлагал объединить усилия мно­гих передовых стран, рассматривая задачу связи с внегемными циви­лизациями как общечеловеческую. Проект Неовиуса был рассчитан на связь в пределах Солнечной системы. А возможна ли связь с помо­щью световых сигналов на межзвездные расстояния? До изобретения лазеров мы должны были бы ответить отрицательно.

На первый взтлуд, это может показаться не совсем ясным Рели мы помещаем радиопередатчик в фокусе зеркальной антенны и таким обра­зом создаем луч, кот орый можно направить на различные звезды, полу чая при этом вполне обнаружимый си) нал, — то почему бы ни помес­тить источник света в фокусе оптического зеркала и с помощью такою прожектора не попробовать передавать световые сигналы? Различие между радиотелескопом и прожектором состоит в том, что радиотелескоп об­ладает гораздо большей направлепност ыо. Это связано с тем, что излуча­тель радиоволн, находящийся в фокусе зеркальной антенны, имеет раз­мер, не превышающий длину волны радиоизлучения, поэтому раствор радиолуча определяется только дифракцией и равен X/D Длина волны видимого света столь мала, что неволмоз:;но создать источник такой про­тяженности. Пламя вольтовой дуги или нить накаливания имеют размер порядка сантиметров, а длина волны видимого спектра меньше 1мкм, При таких условиях расходимость луча прожектора значительно больше дифракционного предела. Хороший прожектор имеет расходимость луча порядка полградуса. Такую же диаграмму направленности будет иметь радиотелескоп диаметром 1 м, работающий на волне 1 см. Это довольно низкая направленность. Чтобы обеспечить радиосвязь на межзвездные расстояния, требуется гора що более высокая направленность. Тем более это необходимо для светового сигнала. Веда условия обнаружения свете вого сигнала гораздо хуже, чел: радиосигнала. Это связано с необходима стыо выделения сигнала на фоне излучения звезды

Если цивилизация, посылающая радио или световые сигналы, нахо­дится в окрестности какой то звезды (на планете, обращающейся вокруг этой звезды), то при наблюдении ее даже с расстояния ближайших звезд (а тем более с дальних расстояний) излучение цивилизации невозможно отделить от излучения звезды практически они будут наблюдаться в од­ном направлении Значит, сигнал ВЦ должен быть обнаружен на фоне излучения 1везды. Мощность излучения нормальной звезды, типа Солн­ца, в радиодиапазоне низка, поэтому обнаружение радиосигналов на фоне Этого излучения не представляет труда. Ограничивающим фактором здесь является не излучение звезды, а галактический фок Если радиосигнал можно обнаружить на фоне галактического излучения, он «автомати­чески» выделяется из излучения зве щы Иное дело в оптическом диапа­зоне Здесь интенсивность излучения звезды гораздо выше, и именно она, а не галактический фон, ограничивает возможность обнаружения сигна­ла. Чтобы световой сигнал можно было обнаружить на фоне яркого из­лучения звезды, направленность светового пучка должна быть очень ост­рой, значительно острее, чем в радиодиапазоне. В то время как световой прожектор дает очень низкую нащ авленность. Изобретение лазеров по­зволило снять это противоречие.

Принцип работы лазера такой же, как у мазера (рассмотренного в § 1.8). Он является источником вынужденного когерентного из­лучения, в котором все фотоны данной длины волны летят в одном направлении. Конечно, это условие выполняется не абсолютно, а с определенной точностью: поскольку излучение лазера по всей его поверхности синфазно, то угловая ширина светового луча опреде­ляется дифракцией и равна Х/а, где а — линейный размер излуча­ющей поверхности. А так как длина волны видимого света очень мала, то и расходимость пучка лазера, даже при небо; шом размере све1ящейся поверхности, невелика. Так, идя X = 5000 А при а = 1 см, расходимость пучка составляет 5 • 10 q рад или 10 секунд дуги, что сопоставимо с направленностью радиотелескопа диаме гром 200 м, работающего на волне 1 см. Это уже достаточно высокая направ ленность. Однако с помощью оптической системы ее можно еще увеличить. Поместим в пучок лазера идеальную линзу диаметром а с фокусным расстоянием, равным тоже а. Тогда в фокусе линзы будет получено действительное изображение размером X. То есть такая система позволяет получить источник света, имеющий раз­мер, равный длине волны (как излучатель в радиодиапазоне). Если теперь совместить фокус линзы с фокусом большого зеркала, диа — мет ром £>, то пучок, выходящий из большого зеркала, будет иметь расходимость X/D. Для 5 мефово] о зеркала она составляет 10 7 рад или 0,02 yi ловой секунды. Это соот зетствуег очень высокой направ­ленности: телесный угол, в котором сосредоточено излучение, ра­вен 10"и стерадиана. (Чтобы реализовать такую направленность в радиодиапазоне, надо иметь гшангский радиотелескоп; если, на­пример, радиотелескоп работает в диапазоне 20 см, где расположе­ны радиолинии водорода и гидроксила, его размер должен быть 2000 км’) Столь высокая направленность лазера позволяет осуще­ствить передачу световых сигналов на межзвездные расстояния

Первые, кто обратил внимание на возможность использования лазеров для межзвездной связи, были американские ученые Р. Шварц и Ч. Таунс. Их статья в «Nature» на эту тему[33] появилась в 1961 г., спустя год после первых попыток поиска радиосигналов ВЦ (про­ект «Озма»). Таунс является одним из изобретателей лазера, вместе с советскими учеными Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым он был удостоен Нобелевской премии за это изобретение. Не удивительно поэтому, что именно Таунс исследовал возможности применения лазеров для связи между космическими цивилизациями.

В качестве примера Таунс и Шварц рассмотрели i акую систему: лазер мощноеTuio 10 кВт, работающий в непрерывном режиме на волне 5000 А, в полосе 1 МГц, диаметр дополнительного большо­го зеркала — 5 м. Угол раствора пучка в такой системе 10~7 рад. Чтобы сохранить столь высокую направленность, система должна быть вынесена за пределы атмосферы.

Если внеземная цивилизация, расположенная около одной из ближайших звезд на расстоянии 10 св. лет от Солнца, посылает к нам световые сигналы с помощью подобной системы, то поток из­лучения у Земли будет состав тять Ю-16 Вт/м2, что соответствует звез­дной величине 21,2’"’. В те годы это было близко к предельной звез­дной величине объекта, который можно было наблюдать на Земле при помощи самых крупных телескопов. Заметим, что обычный прожектор той же мощности (10 кВт) создал бы на Земле поток на 10 порядков (в Ю10 раз) меньше, что было бы далеко за пределами обнаружения

Рассмотрим теперь проблему выделения лазерного сигнала на фоне излучения звезды. Звезда типа Солнца, расположенная на расстоянии 10 св. лет, создаст у Земли поток, равный 3-10"9 Вт/м2. Эта величина на 7,5 порядков превышает ноток от лазера. Следова­тельно, если наблюдать в интегральном свете, мы ничего не увидим. Но можно воспользоваться тем, что лазер излучает в очень узкой полосе частот. Полос г 1 МГц на волне 5000 А соответствует интер­вал длин волн ~ 10 s А. То есть лазер излучает очень узкую спект­ральную линию, которая наблюдается на фоне непрерывного спек­тра звезды. Для того чтобы линию можно было обнаружить, выде­лить на фоне непрерывного спектра, с помощью спектрог рафа (или иного спектрального аппарата), спектральная плотность потока в линии должна превышать спектральную плотность потока звезды в непрерывном спектре на той же частоте. При принятых парамет­рах излучающей системы спектральная плотность потока от шзера на Земле будет равна 10"22 Вт/(м2 • Гц). Та же величина для звезды i оставляет 4 • Ю-24 Вт/(м2 ■ Гц). То есть спектральная плоскость по­тока лазера в 25 раз превышает спектральную плотность потока звез­ды. Условие обнаружения выполнено! Но его еще надо реализовать практически Если бы мы сумели выделить в спектре звезды участок шириной 10 s А на частоте лазера, тогда наблюдаемая контрастность линии по отношению к непрерывному спектру равнялась бьг 25, что с избьгтком достаточно для ее обнаружения. Но такая разреша­ющая способность совершенно недос1ИЖнма для звездных спект­рографов. Если же использовать спектрограф с более грубым раз­решением, интенсивность линии будет «размазываться» по спектру, и ее наблюдаемый контраст будет падать. Практически можно реа­лизовать звездный спектрограф с разрешающей способностью 0,03 А. Это очень вьгеокая разоешающая способность! Но даже при гаком разрешении наблюдаемый контраст линии составит всего 0,01 от непрерывного спекгра. При гаком кон трасте обнаружить линию практически невозможно. Чтобы преодолеть эту трудность, Таунс и Шварц предложили очень красивую идею: использовать дал пере­дачи частоту, которая совпадает с центром какой-нибудь сильной линии поглощения в спектре звезды. Тогда в центре широкой ли­нии поглощения будет наблюдаться узкая линия излучения, испус­каемая лазером. А так как излучение звезды в центре линии погло­щения слабее, чем в соседних участках непрерывного спектра, то наблюдаемый контраст лазерной линии возрастает. Расчеты пока­зали, что при использовании лазера на частоте одной из линий «Н» или «К» звездного спектра наблюдаемый контраст при разрешаю­щей способности 0,03 А будет составля ть 10%, что уже достаточно д, гя обнаружения. Для передачи информации по такому каналу мож­но менять какой-нибудь параметр излучения, например интенсив­ность линии.

Таким образом, описанная система позволяет осуществить пе­редачу сигналов в оптическом диапазоне с расстояния ближайших звезд. Применение более мощных лазеров даст возможность уве­личить дальность связи. При мощности 1010 Вт (подобные лазерьг разрабатываются для противоракетной обороньг и для реакторов термоядерного синтеза) дальность связи возрастет до 10000 св. лет. Для обнаружения таких сигналов необходимо изучать спект­ры звезд с высоким спектральным разрешением при помощи круп­ных оптических телескопов с целью поиска узких линий излуче­ния, расположенных на необычных частотах (например, в центре сильных линий поглощения) и обладающих переменными харак­теристиками.

Другой тип сигналов связан с применением лазеров, работаю­щих в импульсном режиме. В этом случае высокая пиковая мощ ность достигается за счет концентрации энергии в очень коротком импульсе. Так, лазер с энергией импульса 10 Дж при длительности импульса 10"12 с имеет мощность 1013 Вт.

А. Д. Сахаров предложил способ оптической сигнализации без применения лазеров, с помощью термоядерной «лампы-вспышки» — сокращенно J1B (рис.1.10.1). Устройство выводится за предел пла нетной системы и там взрывается. Энергия взрыва трансформирует­ся в короткий световой импульс, который можно обнаружи ь на рас­стоянии ближайших звезд. Согласно предложению А. Д. Сахарова, несколько J1B размещае гея в пространстве эквидистантно на одной прямой (рис. 1.10.2) и взрываются синхронно, либо через равные промежутки времени. Такой характер сигнала может служить крите­рием искусственности. Для передачи информации используется тон — гая микроструктура импульса Приемное устройство должно вклю­чать оптический телескоп с высоким угловым разрешением (до 0,01") и аппаратуру для регистрации очень корот ких световых импульсов. А. Д. Сахаров предложил систематически, раз в 10-20 лет, выводить заряды ЛВ за пределы Солнечной системы и взрывать там Помимо сигнализации, это хороший способ избавиться от термоядерного ору­жия на Земле.

Обсудим теперь сравнительные достоинства связи в радио и оп­тическом диапазонах. Прежде всего необходимо выделить две зада­чи: 1) передача и обнаружение позывных; 2) передача и прием ос­новной содержательной программы связи (космическое вещание). Назначение позывных — привлечь внимание получателя, облегчить ему задачу установления искусственной природы принимаемого излучения. Для этого наряду с физическими характеристиками сиг­нала, которые можно рассматривать в качестве предварительных кри­териев искусственности, позывные должны содержать определен­ное количество смысловой информации, на основании которой можно сделать окончательное заключение об искусственном харак­тере принятых сигналов. Кроме того, можно полагать, что позыв­ные содержат информацию, представляющую своего рода «ключ» к основной программе: указание на частоту, на которой ведется информативная передача; сведения о полосе сигнала, способе ко­дировки и т. д. Общее количество информации, которое требуется для этих целей, не так велико. Поэтому пропускная способность

Канала (скорость передачи информации) в случае позывных не име­ет решающего значения, она может быть невелика. После того как цивилизация обнаружит и расшифрует позывные, она может пе­рейти к приему основной программы космического вещания. Эта программа должна обеспечить передачу большого количества ин­формации, поэтому пропускная способность канала в этом случае приобретает существенное значение. С учетом этих требований рас­смотрим радио и оптический канал.

Основное достоинство радиоканала состоит в том, что в нем реализуется минимум принципиально неустранимых помех. Это делает радиосвязь наиболее экономичной в энергетическом отно­шении. Но дело не только в экономичности связи. Минимум прин­ципиально неустранимых помех — это определенное объектив-

4—4147 ное свойство, которое отмечает радиодиапазон среди других ди­апазонов электромагнитных волн, своего рода метка, известная всем цивилизациям. Поэтому стремясь найти согласованное реше­ние по выбору диапазона, они должны обратить внимание на эту «метку». Тем более, что отмеченное свойство делает радиодиапа­зон пригодным и, в известном смысле, оптимальным для всех ци вилизаций.

Главные достоинства оптического канала — его высокая про пускная способность и легкость осуществления остронанравленной передачи. Чтобы осуществить сравнимую направленность в радио­диапазоне, надо иметь зеркала размером в сотни километров. Та­кие зеркала можно построить только в космическом пространстве; на поверхности планеты они будут испытывать слишком большие деформации от собственного веса, при которых не удается сохра­нить требуемую точност ь поверхности. Впрочем, и лазерные уста­новки также надо выносито за преце. нл атмосферы, но но другой причине — чтобы избежат ь расширения луча в неоднородной ат­мосфере.

При определенных обстоятельствах направленность лазерных систем может быть даже излишне высокой, затрудняющей поиск. Так, в рассмотренном выше примере, когда сш нал посылается с расстояния 10 св. лет, а раствор пучка составные] 10~7 рад, его попе­речное сечение в «пункте наблюдения» будет составляв 10 млн км. Э то значительно меньше размеров Солнечной системы и даже мень­ше (в 15 раз) расс тояния от Земли до Солнца. Поэтому если циви­лизация отправитель направит гсуч лазера точно на Солнце, Земля не попадет в этот луч, и сш нал не может быть принят. Следова­тельно, чтобы облучить неизвестную планету, где, может быть, су­ществует разумная жизнь, цивилизация-отправитель должна будет «шарить» лучом своего лазеоа по околосолнечному пространству, в пределах всей Солнечной системы (или ожидаемой «зоны жиз­ни»)44. Это увеличивает время поиска для передающей ВЦ и зат­рудняет обнаружение сигнала, так как обитаемая планета лишь на г. ороткое время будет облучаться инозвездным лазером. На эту" труд — носгь обратил внимание И. С. Шкловский. Конечно, она не явля­ется непреодолимой. Все зависит от мощности лазера. Если мощ ностъ лазера увеличить на 4 порядка, доведя ее до 100 МВт, то, используя более скромную оптическую систему с диаметром объек­тива 5 см вместо 5 м, можно увеличить раствор пучка в 100 раз. При этом луч, направленный на звезду, покроет практически всю планетную систему (или, по крайней мере, ее «зону жизни»), и искать нужную планету в околозвездном пространстве уже не по- фебуется. С другой стороны, увеличив мощность лазера, можно при той же высокой направленности соответственно увеличить даль­ность связи. При дальности 1000 св. лет и растворе пучка 10~7 рад он будет покрывать практически всю планетную систему искомой цивилизации. Но в этом случае (при большой дальности) необхо­димо обследовать огромное число звезд.

В условиях взаимн01 о поиска, когда положение абонента совер­шенно неизвестно, желательно, чтобы в диаг рамме направленности телескопа, как у передающей, так и у принимающей ВЦ, одновре менно находилось возможно большее число потенциальных або­нентов (потенциальных обьектов поиска). А оно, естественно, уве­личивается с расширением диаграммы. В этом смысле более скром ная направленность радиотелескопов дает даже известное преимущество Другое дело, когда цивилизации обнаружат друг друга, тогда между ними може_ быть установлен постоянно действу­ющий высоконаправленный канал связи, для создания которого це­лесообразно использовать оптические средства.

Пропускная способности канала определяется его полосой час­тот. В этом отношении оптический канал обладает большим пре имуществом по сравнению с радиоканалом. Но опять-таки в уело виях взаимного поиска высокая пропускная способность оптичес­кого канала является излишней. Однако она необходима для осуществления высокоинформативной связи.

На основании этих соображений можно заключить, что для пе­редачи и приема позывных целесообразно использовать радиока­нал, а дчя информативной передачи эффективней использовать оптический или даже ренп еновский диапазон спектра. Это значит, что на первом этапе, ко! да реч! мдет о поиске позывных, предпоч­тительнее вести его в радиодиапазоне. Однако учитывая неизбеж­ную неполноту наших знаний, нельзя слишком категорически на­стаивать на этих выводах, как нельзя исключать и альтернативные подходы

1.11. Неэлектромагнитные каналы

В странной жажде ненасыгной Ощущаете смелы Скудость электромагнитной Вам наскучившей шкаль.

ЮЛинник

До сих пор мы обсуждали связь с помощью электромагнитных волн. Рассмотрим теперь другие, неэлекфомагнитиые каналы связи.

Гравитационные волны. Согласно общей теории от­носительности, при движении массивных тел с переменным ускоре­нием возникают возмущения гравитационного поля, которые рас­пространяются в вакууме в виде фавитационных волн. Скорость их распространения равна скорости света. Гравитационные волны ге­нерируются в любой системе вращающихся или колеблющихся масс. Мощным источником их являгс гея взрывы езерхновых звезд, про цессы гравитационного коллапса. Хотя никто не сомневается в су­ществовании фавитационных волн, обнаружить их эксперименгаль но пока не удалось. Это связано с чрезвычайно малой интенсивно­стью и крайне слабым взаимодействием фавитационных волн с веществом. Имеются лишь косвенные свидетельства излучения фа­витационных волн космическими объектами. Так, в тесной системе из двух нейтронных чвезд, одна из которых — пульсар PSR1913 + 16, наблюдается монотонное сокращение орбитального периода. Пред­полагается, что это происходит- вследствие сближения компонен­тов, которое вызвано потерей энергии из-за фавитационного из­лучения. Численные оценки согласуются с этим предположением. В настоящее время в десятках лабораторий мира создаются детек­торы для регистрации гравит ационных волн космического проис­хождения. Другая проблема — научиться генерировать гравитаци­онные волны, т. е. проблема создания достаточно мощных генера­торов фавитационных волн. Если какие-то высокоразвитые ВЦ решили эти проблемы, они могут использовать гравитационные волны дитя межзвездной связи.

Проходя через массивное тело, гравитационные волны изменяют на­правление, преломляются, подобно световым волнам, проходящим через линзу. В результате гравитационные волны фокусируются на некотором расстоянии от такой «гравитационной линзы». Как показал Л. X. Ин — гель, обычная зьезда (типа Солнца) обладает хорошими фокусирующими свойствами. Если в фокусе такой «линзы» поместить генератор трави-
тационных волн, то можно получить почти параллельный пучок лучей шириной 1000 км, который практически не расходится вплоть до меж звездных расстояний Ю4 св. лет5" Значит, гравитационная антенна диа метром 1000 км могла бы полностью перехватить всю энергию, излуча< мую генератором Фокусиру ющие свойства звезды линзы могут быть использованы и на приемном конце линии свя­зи Если направление на ис гочник сигнала известно (и значит, известно положение гравитационного фокуса сво­ей звезды), то можно разме­стить в нем детектор грави тационных волн; тогда для перехвата всей энергии гене ратора не потребуются гро моздкие антенны.

Мы не упоминаем здесь проблему доставки детекто­ра в фокус, расположенный достаточно далеко от звезды на периферии планетной си­стемы. Поскольку наша ци­вилизация не владеет пока техникой передачи и приема гравитационных волн, все эти проблемы представляют для нас чисто умозрительный интерес.

Нейтринная связь. Сходная ситуация имеет место и в отношении нейтрино. Идея нейтринной связи была высказана польским физиком М. Суботовичем в 1967 г., а затем обсуждалась другими авторами (помимо научных работ, надо упомянуть замеча­тельный роман С. Лема «Голос Бога» — в русском переводе «Голос Неба»), В качестве генератора нейтрино, по мысли Суботовича, можно использовать ускорители протонов с энергией в сотни гига — электронвольг. Такой ускоритель позволяет получить хорошо сфо­кусированный, направленный и достаточно интенсивный поток нейтрино с энергией 103* 107 эВ. Для кодирования информации можно использовать модуляцию потока по част ore (или энергии нейтрино).

Отличительной особенностью нейтрино является очень слабое взаимодействие их со всеми видами материи. Поэтому поток ней-

™ Ингель Л. Х Замечание о гравитационной фокусировке//Астрсн журн 1973. Т. 50 Вып 6. С. 1331-1332
Три но может проходи гъ гигантские расстояния от места генерации, где — го в удаленных областях Вселенной, до места обнаружения без всякого искажения. Это выгодно отличает нейтрино от электро­магнитных волн. Последние испытывают поглощение в межзвезд­ной среде, рассеяние на неоднородносгях среды, вращение плоско­сти поляризации, влияние дисперсии, которое приводит к искаже­нию сигнала. Выбором соответствующего диапазона электромагнитных волн можно добиться уменьшения этих эффек­тов, но полностью избавиться от них невозможно Поток нейтри­но практически не испытывает никаких взаимодействий и не иска­жается. Это очень ценное свойство для связи.

Но это же замечательное свойство нейтрино чрезвычайно затрудняет их обнаружение. Ели бы нейтрино совсем не взаимодействовали с веществом, их невозможно было бы обнаружил Но отдельные, очень редкие акты взаимодействия нейтрино с атомами на пути их следования все же происхо дят И вот эти редкие акты и надо зарегистрировать. Несмотря на слож ность задачи, первые нейтринные телескопы уже созданы. Детектор ней1 риио представляет собой большой объем вещества (мншень), в котором ре тистрируются акты взаимодействия нейтрино с атомами мишени. Чем больше атомов содержит мншень, тем чаще происходят взаимодействия — тем выше чувствительность детектора. Чтобы исключить помехи от космических лу­чей, детектор помещается глубоко под землей или под водой.

В одном из первых нейтринных телескопов — телескопе Р Девиса, построенном в 1967 г., мишень из тетрахлорэтилена С2С14 объемом 400 000 л размещается на глубине 1,5 км под землей, куда не проникают космические лучи, но свободно доходят нейтрино. При взанмодейств. ш солнечных нейтрино с изотопом хлор 37 он превращается в радиоактив­ный изотоп аргон-37 Последний выделяется и регистрируется с помо щыо радиохимических методов. Детектор этого типа был предложен Бруно Понтекорво в 1946 т.

Другой тнп детектора для регистрации солнечных нейтрино предло­жен советским ученым В. А. Кузьминым в 1964 г. Он основан на взаимо действии нейтрино с редкоземельным элементом галлием, который при этом превращается в германий. Галлиевый детектор сооружен в 1984 г. на Баксанской нейтринной обсерватории в Призльбрусье[34]. Он распо­ложен в — туннеле, вырытом в недрах юры, на расстоянии 3,5 км от устья штольни. Установка имеет 10 реакторов, содержащих 50 тонн металли­ческого галлия, который испол1 дуется в качестле мишени Образующий­ся в ре (ультате реакции германий извлекается с помощью очень топких химических процедур. Можно представить себе трудность этой задачи, если учесть, что требуется извлечь 10-15 атомов германия нз мишени, содержащей 10-" атомов.

Еще один действующий телескоп, предназначенный для регистрации солнечных нейтрино — Камчоклнде И[35], вступил в строй в Японии в 1988 г. Детектор размещен в шахте на глубине около 1 км под землей, он пред­ставляет собой цилиндрическую цистерн)’ объемом 3000 л, наполненную особо чистой водой При взаимодействии нейтрино с атомами воды воз-

Пикают потоки электронов, которые генерируют световые вспышки, ре­гистрируемые высокочувствительными фото детекторами, установленны­ми на стенках цистерны. В отличие от предыдущих установок, нейтрин­ный телескоп Камиоканде позволяет не только зафиксировать количество нейтрино, но и определить направление, откуда они приходят. Наблюде ния на Камиоканде подтвердили, что источником регистрируемых пейт рино является Солнце В 1996 г. вс-упил в строй новый более совершен­ный прибор Супер-Камиоканде, чувствительность которого в 100 раз пре­вышает чувствительность прежнего детектора Планируется с помощью этой установки исследовать не только солнечные нейтрино, но и нейтрино более высоких энергий от других астрофт шческих источников.

Для регистрации потоков нейтрино, возникающих при коллапсе мас­сивных звезд (вспышки сверхновых — см. гл. 2), используется сцинта. я ционный телескоп Баксанской нейтринной обсерватории. Он вступил в строй еще в 1978 г. Регистрирующая часть телескопа состоит из восьми слоев жидких сцинтиляционных детекторов; четыре горизонтальных слоя составлены в виде этажерки с расстояниями 3,5 м между «полками» эта­жерки (слоями), а четыре вертикальных слоя окружают «этажерку» с четырех сторон. Общие размеры VcTaHOBKH 17x17x11,5 м, полное коли чество детекторов — 3150. Каждый детектор представляет собой аллю — миииевый контейнер размерами 70x70x30 см, заполненный жидким орга­ническим сцингилятором, в центре контейнера установлен фотоумно житель, регистрирующий заряженные частицы. Принцип действия телескопа состоит в следующем. При взаимодействии нейтрино, идущих из нижней полусферы Земли, с окружающим детектор веществом обра­зуются заряженные частицы — мюоны. Проходя через сцитиляционный детектор, частица вызывает вспышку света, которая регистрируется фо тоумножителем. Частица высокой энергии вызывает световые вспышки в детекторах, лежащих на ее траектории, это позволяет определять на­правление прихода частицы с точностью до 2°. К 2000 г. на установке

Зарегистрировано около 700 нейтрино, что составляет более половины всей ми­ровой статистики

Для регистрации нейтрино более вы­соких энергий (1012-1015 эВ) требуются телескопы нового поколения. Самый большой из разрабатываемых телескопов этого типа — ДЮМА! Щ (DUMAND — Deep Underwater Muon And Neutrino Detector — глубоководный тетектор мю — онов и нейтрино). В качестве мишени в нем используется морская вода. При столкновении высокоэнер1ичного ней­трино с атомным ядром возникает ли­вень заряженных частиц, который, двигаясь со скоростью, превышаю­щей скорость света в воде (но, конечно, меньшей, чем скорость света в вакууме!), вызывает черенковское излучение, регистрируемое с помо­щью фотоумножителей. Согласно первоначальному проекту, детектор должен был содержать 30 тысяч фотоумножителей (в герметических контейнерах), которые образую’, пространственную решетку с рассто­янием между узлами порядка 30 м. Объем детектора 1x1x1 км, масса воды 109 тонн, предполагалось разместить его на глубине 5 км. В даль нейшем проект был видоизменен. В последнем десятилетии XX века разрабатывались три варианта ДЮМАНД меньшего масштаба[36]. Пер вый вариант, разрабатываемый американскими, японскими и европей скими институтами, предусматривает размещение детектора на глубине

Нсэлсктрома! Um лыс каналы

4,5 км в 30 км от одного из островов Гавайского архипелага. В его состав входя г 216 фотоумножителей Второй проект ДЮМАНД предусматрива ет сооружение нейтринного детектора иа Байкале (на глубине 1,4 км в 5 км от берега). Он разрабатывается Инстнту том ядерных исследований РАН совместно с Институтом физики высоких энергий (Берлин) и рядом дру­гих российских институтов и университетов. И наконец, третий проект ДЮМАНД разрабатывают совместно Институт ядерных исследова ний РАН и Афинский уни­верситет (Греция). Детектор предполагается разместить на глубине 4,1 км вблизи юго- западного побережья Греции.

Для изучения нейтрино сверхвысоких энергий (боль­ше 10Lft эВ) советские ученые Г. А. Аскарьян и Б. А. Дол­гошеий предложили исполь­зовать акустический метод (проект <ДЮМАНД акус­тический»). При взаимодей­ствии таких нейтрино с атомными ядрами в толще воды возникает ливень час­тиц, который распространи ясь в воде создает звуковую волну. Для регистрации звуковой волны Аскарьян и Долгошеин предло­жили использовать гидрофоны с пьезодатчиками, последние преобразу­ют звуковой импульс в электрический сигнал, который по кабелю пере­дается на компьютер. Согласно их предложению, установка должна иметь форму параллелепипеда с основанием LOxlO км и высотой 1 км, объем воды 100 км3, масса воды 10" тонн; в этом объеме предлагается равно­мерно распределить 100 000 гидрофонов с пьезодатчиками. В 1992 т. во время экспедиции на океанографическом корабле «Витязь» по испыта­нию элементов установки ДЮМАНД-3 проводились также испытания элементов акустической аппаратуры. Имеются и другие проекты, на г. оторых мы останавливаться не будем.

Реализация этих проектов откроет возможность регистрации нейтри­но галактического и межгалактического происхождения, в том числе ре­ликтовых нейтрино, возникших еще во время «Большого взрыва», в кото Ром родилась наша Вселенная. Поскольку ней. рино практически не взаи­модействуют ни с веществом, ни с излучением, они несут информацию о той эпохе и тех процессах, в которых они образовались: о Формировании! везд, галактик, о самых ранних этапах эволюции Вселенной. Таким обра зом, мы стоим на пороге возникновения нейтринной астрономии.

Когда нейтринные телескопы войдут в практику астрономичес­ких исследований, их можно будет использовать и для целей SFTI. Но при этом мы должны допустить, что ВЦ освоили технику гене­рирования достаточно мощных потоков нейтрино (в соответствую­щем диапазоне энергии).

Высказывалось также предположение о возможности использо­вания для межзвездной связи модулированных потоков заряжен­ных частиц. О щако такие потоки будут сильно искажаться в меж­звездных Mai нитных полях, поэтому применение их весьма сомни­тельно. Но, конечно, мы не можем полностью исключить такую возможность.

Интересные возможности открывает биологический канал свя­зи. Предпо гагается, что высокоразвитые ВЦ могут записывать ин­формацию в генетическую структуру некоторых микроорганизмов, ввода искусственные элементы в цепочки ДНК с помощью генной инженерии. Информационная емкое гь ДНК огромна. Ее вполне достаточно, чтобы, не препятствуя биохимическим функциям орга­низма, нести и элементы послания ВЦ. Считается, что только 5 % информационной емкости ДНК используется для передачи наслед­ственной информации; оставшуюся часть можно использовать для послания иным цивилизациям. Более того, этот вид связи имеет такие преимущества, как самовоспроизведение «послание» и само­исправление «ошибок» воспроизведения ( так как организмы, под­вергшиеся мутации, как правило, погибают ). Наконец, высокий уро вень сложности такого «послания» позволяет расшифровать его, только когда цивилизация-получатель достигнет достаточно высо­кого уровня развития

Реализация биологического канала связи восходит к идеям К Э. Циолковско! о о посеве жизни и к более поздним представле­ниям Ф. Крика и Л. Оргела о направленной панспермии. Гипотеза биологического канала в общем виде была высказана М. М. Aipec — том в 1975 г. и более детально развита Г. Марксом[37]. Японские ис­следователи X. Ёко и Т. Осимо попытались с этой точки рения про­анализировать генетическую структуру фага фХ-174. Хотя этот пред­варительный эксперимент не дал положительного результата, идея биологического канала заслуживает серьезного внимания.

Еще дальше в этом наппавлении идет советский астрофизик Г. М. Бескин Он полагает, что информация высокоразвитых ВЦ может быть закодирована не только в структуре Д1IK, но и в некото­рых сложных природных явлениях ‘ типа солнечной активности1).

Рассмотренные каналы связи при всей своей экзотичности осно­ваны на известных физических носителях сигнала. Но следует также иметь в виду возможность исполь: ования внеземными цивилизация­ми каналов связи неизвестной природы, основанных на пока непоз­нанных нами законах материального мира и, соответственно, на не­известных носителях сигнала. Существование непознанных законов природы и неизвестных форм материи представляется совершенно несомненным, ибо альтернативная точка зрения означала бы, что мы полное тыо познали весь беспредельный неисчерпаемый материаль­ный мир. История науки дает нам красноречивые примеры неправо­мерности подобных взглядов. Вспомним, как в конце XIX века уче­ные были уверены, что сооружение фундаментального здания теоре тической физики, в общих чертах, уже закончено, осталось лишь уточнить отдельные детали. Никто не придавал тогда серьезного зна чения небольшим изьянам в величественном здании классической фи зики. Но именно из них выросли теория относительности и кванто вая механика, коренным образом изменившие наше представление о мире и сам характер нашего мышления. А коль скоро так, коль скоро мы допускаем существование неизвестных нам форм материи и энер­гии, мы должны допустить, что другие цивилизации могут иснользо вать их как средство связи

О неизвестном говорить бесполезно. Но все же две возможное ти, лежащие на грани известного, упомянуть можно

Тахионная связь. Тахионы — это гипотетические час­тицы От обычных частиц они отличаются тем, что имеют мнимую массу. Это приводит к сущест венному отличию в характере их дви­жения. Если обычные частицы не могут двигаться со скоростью, превышающей скорость света, то тахионы, напротив, не могут дви гаться со скоростью меньше скорости света, их скорость всегда пре­вышает с. Существование тахионов не противоречит никаким фи зическим законам, в том числе теории относительности. Однако экспериментально они не обнаружены. И это понятно. Еслл тахи­онный мир — мир мнимых масс и больших скоростей — действи­тельно существует, то в нем должны действовать удивительные зако­номерности, например, в тахионном мире причина может опере­жать следствие. По существу, это означает, что причина и следствие меняются местами, то есть, происходит нарушение принципа при­чинности. В нашем мире этого никогда не бывает, и считается, что Быть не может. Поэтому про тахионы, нарушающие принцип при­чинности, можно сказать, что они «не от мира сего», следователь­но, они и не могут наблюдаться в нашем мире. Но бьггь может, та­хионный мир и наш мир сосуществуют? Если в тахионном мире есть свои «тахионные цивилизации», то они могут обмениваться информацией по каналам тахионной связи, где сигнал распростра­няется со скоростью, превышающей скорость света. Но дня нас эта связь не представляет пока практического интереса, поскольку та­хионы не принадлежат нашему миру. Вот если бы мы могли про­никнуть в Тахионный мир… Но здесь кончается область точного знания. Поэтому мы замолкаем и представляем слово поэту.

Тахиоиный мир

Мы проникаем в тахионный мир. Здесь Будущее правит Настоящим, А не Минувшее, как в нашем мире, Где следствие не смеет никогда Опережать причину. Эти Ограничения снимает Космос. За световым предельным рубежом. И вот мы замерли у этой грани, Где мнимыми становятся все массы И странно обращенной связь причин.

Что впереди, за световым пределом, Куда сейчас решительно шагнем?

Там Тонкий Мир — мир быстрых тахионов!

Он снился нам. Причинность сна подобна Телеологии сверхскоростной, Где следствие маячит впереди Перед причиной, уплотняя вечность В одно мгновенье. Странный этот мир! И в нашей интуиции есть отсвет Вселенной тахионов! — Мы теперь Открыли тайну дальнего прогноза: Предчувствие есть тахиониый луч, Который вырабатывает сердце В минугу высочайших напряжений, Налаживая с будущим прямой Спасительный контакт. И вот мы смело Ступаем за привычную межу…

Ю. Линник

%

Здесь самое время обратиться к экстрасенсорному каналу Экст­расенсорные явления, связанные с нераскрытыми возможностями человеческой психики, находятся вне рамок современной научной парадигмы, хотя некоторые видные ученые (Д. И. Менделеев, В. И. Бехтерев и др.) занимались их изучением. В настоящее время исследование экстрасенсорных явлений бурно развивается Несмотря на все издержки этого противоречивого процесса, можно ожидать существенного прорыва в данной области в ближайшие годы. Спектр экстрасенсорных явлений весьма разнообразен. К. Э. Циолковский счи! ал, что часть из них может быть связана с воздействием неизве­стных разумных сил космического происхождения. Именно они и представляют гштерес с точки зрения CETI. Ведь если речь идет о любой форме воздействия космического разума, то это и есть кон­такт с ним. Одним из первых на этот аспект CETI обратил внима ние московский литератор Ю. И. Долгин[38].

Можно высказать ряд умозрительных сооб] жжений в отноше­нии экстрасенсорного канала связи. Передача информации по та­кому каналу осуществляется непосредственно в форме мысли, без каких-либо промежуточных посредников и процессов (таких как, например, переход к устной речи или письменному тексту с после­дующим преобразоганием их в электрический, или иной, сигнал). По аналогии с электромагнитным каналом можно предположить, что носителем сигнала здесь являются ментальные волны, образу­ющие тонкую ментальную материю (ментальное поле). Так как ча­стота является универсальной характеристикой любого волнового процесса, независимо от его материального носителя, то можно полагать, что существуют ментальные золны различной частоты. Скорость распространения их неизвестна. Но поскольку речь идет о форме материи, не сводящейся к известным физическим взаи­модействиям (электромагнитному, сильному, слабому и гравита­ционному), то ограничения, справедливые для этих взаимодействий, могут не действовать для ментальной материи. Возможно, скорост ь распространения ментальных волн превышает скорост-. света. Не­даром древнее изречение гласит, что самой быстрой является мысль.

Важнейшая особенность ментального канала состоит в том, что приемником информации здесь выступает сам человек (человечес­кое сознание). Но человек — также и генератор мысли. Человек непрерывно мыслит. К сожалению, часто этот процесс является совершенно неуправляемым: мысли возникают произвольно, по­мимо воли и желания человека. Эт и хаотические мысли, подобно собственным шумам радиоприемника, затрудняют восприятие (прием) информации. Поэтому для успешной работы ментально­го канала необходима дисциплина мышления. («Голос Безмолвия», о котором говорят восточные мистики, можно интерпретировать как информацию, поступающую по бесшумному ментальному ка­налу.)

Другая сторона проблемы состоит в том, что любое мыслящее существо во всех слоях земного пространства является генератором ментальных волн. Следовательно, возникает задача избавления от земных помех. Вероятно, так же как и в случае радиоволн, этого мож1 о добиться путем отстроики но частоте. Поскольку помехи многочисленны и разнообразны, необходима очень гонкая настрой­ка ментального приемника. Может быть, творческое вдохновение, испытываемое поэтом, композитором или художником, когда им является их Муза, дает какое-то отдаленное представление об этом процессе. Отсюда ясно, что развитие ментальной связи надо искат ь на путях красоты, повышения культуры, совершенствования каждо­го человека и всего общества. Не это ли и имели в виду Ф М Дос­тоевский, когда он говорил, что красота спасет мир, и Н К Рерих, когда он уточнял, что осознание красоты спасет мир?

Мы коснулись двух каналов, которые лежат на г рани известно] о. Но, конечно, внеземные цивили (ации могут использовать каналы связи, о которых мы не имеем никакого понятия. Возникает воп рос: если это так, то насколько оправданы поиски в радиодиапазс не или других диапазонах электрома1 нитных волн? Думается, если мы хотим добиться прогресса, мы должны исследовать те каналы, которые нам уже известны, исследовать их всеми доступными нам средствами. Результат исследования заранее предсказать невозмож­но, но таким путем мы будем увеличивать свои знания. Ведь и отри­цательный результат означает получение определенного знания. (В процессе такого исследования может оказаться, что определенные каналы непригодны для CETI, тогда поиск в них проводить не сле- дус ) Поэтому возможность существования других каналов CETI, основанных на пока неизвестных нам законах природы, не исклю чает, а напротив, предполагает необходимость детального излуче­ния и использования единственного доступного нам канала — с по­мощью элею ромагнитных волн.

Этот Boiidoc обсуждался на советскс американской конференции CETI (Бюракан, 1971 г.). Касаясь его, Ф. Моррисон заметил, что следует начать с предположения о существовании цивилизаций, ис­пользующих известные нам законы физики, и оценить возможности связи с такими цивилизациями. Эту мысль поддержал и развил фон Хорнер. Он отметил, (те, если существуют высокоразвитые цивили­зации, использующие неизвестные нам каналы связи, го, вероятнее всего, они должны знать, как свяв#гься с такими «космическими мла­денцами как мы. Правда, не исключено, что у них в этом огноше нии имеется «нижний предел» интереса. Было бы важно установить, находимся ли мы за этим пределом. Проверить это — подчеркнул фои Хорнер, — можно только экспериментально.

Я думаю, было бы неверно, ссылаясь на существование непознан­ных законов природы, отказываться oi исследования известных ка налов связи. Но надо постянно «держать в уме» дру! ие возможнос­ти, иметь их в виду как в плане готов­ности использовать новые каналы для целей CETI, когда они станут досто янием науки, гак и при оценке резучь татов поиска.

«Нельзя полностью исклю­чил», — писал А. Д. Сахаров, — что мы еще слишком мало знаем и у меем. Нельзя исключить, что естт вопию­щие пробелы в наших основных пред­ставлениях о пространстве, об его топологической структуре, и что вне­земные цивилизации веду! свои пе­редачи с учетом этого обстоятельства, а мы «смотрим не в ту сторону». Нельзя также исключить вопиющий пробелов в отношении типов суще­ствующих в природе излучений. Еще более вероятно, что наши корреспонденты, исиользу." уже известные нам виды излучений и законы природы, рассчитывают при этом на такой уровень чувствительности приемной аппаратуры, который для нас пока еще совершенно недоступен по техническим, технологи ческим и экономическим причинам Однако все эти сомнения не должны расхолаживать нас на пути попыток приема сигналов с по­степенным увеличением чувствительности (и стоимости) приемной
аппаратуры и расширения методологии поиска. Только так, рано или поздно, можно рассчитывать на успех»[39].

Поиски сигналов — любой природы — не единственный путь обнаружения ВЦ. В следующих параграфах этой главы мы рассмот­рим другие возможности.