Текст книги "100 великих загадок астрономии"

Могут ли микробы перелетать из одной звездной системы в другую?

Проблема возникновения жизни на нашей планете – одна из фундаментальных проблем современной науки. Что если жизнь не зародилась на Земле, а переселилась сюда из космоса? В последние десятилетия все активнее обсуждается гипотеза панспермии – перенос жизни от одного небесного тела к другому. А не могла ли сама Земля после появления на ней живых организмов рассылать их на другие планеты?

Живучесть земных микроорганизмов поражает фантазию. Наблюдения и эксперименты, проведенные в последние годы, показали, что припорошенные пылью или притаившиеся внутри метеорита споры бактерий могут безболезненно перенести даже межпланетное путешествие. Эти организмы, которые мы не задумываясь называем «примитивными», приспосабливаются к любым условиям обитания, какие только можно представить себе. Их шансы выжить значительно выше, чем у других животных, продвинувшихся вверх по лестнице эволюции. «Панспермия скорее и чаще наблюдалась на ранней стадии существования жизни, – пишет американский биолог Питер Уорд, – когда ее формы располагали минимальным геномом и были готовы к самым суровым условиям».

Ни вакуум, ни жуткий холод, царящий в космосе, не вредят этим «бессмертным» микробам. Лишь воздействие ультрафиолетовых лучей они переносят с трудом, но достаточно густой пелены из пыли, чтобы их выживаемость в космическом аду заметно повысилась. Их не страшит и отсутствие пищи: они не гибнут, а, окутавшись плотной оболочкой, впадают в спячку – превращаются в споры. Таким образом, их генетический код сохраняется, чтобы, может быть, начать новую летопись жизни на какой-нибудь пустынной планете, куда упадет их «корабль». Тогда уснувшие микробы возвратятся к жизни.

Во время опытов, проведенных на российских спутниках серии «Фотон», контейнеры со спорами бактерии Bacillus subtilis (сенная палочка) были доставлены на околоземную орбиту и в течение двух недель оставались открытыми, подвергаясь воздействию космических лучей. По возвращении выяснилось, что до 70 % спор выживало, если они были защищены, например, слоями глины и камня. Расчеты показывают, что, оказавшись в расселине астероида, в метре-двух от его поверхности, споры бактерий могут провести без ущерба для себя миллионы лет.

Эксперименты с бактерией Deinococcus radiodurans показали, что та почти не чувствительна к космическому излучению. Ее споры могут выдержать дозы излучения в три миллиона рад, что в тысячи раз выше смертельной дозы для человека. К плаванию в открытом космосе готовы даже отдельные виды многоклеточных животных, например, тихоходки.

Поистине неисповедимы пути жизни. По гипотезе астронома из Кардиффского университета Уильяма Нейпьера, у земных микроорганизмов есть даже возможность попасть в другие звездные миры. Во время своих блужданий по Солнечной системе астероиды много раз сталкиваются друг с другом, постепенно крошась и рассыпаясь на части. Со временем самые твердые камни перемалываются в пыль. Если пылинки довольно малы – не более 0,1 миллиметра, то давления солнечного ветра хватит, чтобы вымести их за пределы нашей планетной системы. В случае же, если споры микробов окутаны каменным крошевом или находятся внутри крупиц, они, как уже отмечалось, порой неуязвимы для космического излучения, смертельного для всего живого.

Вокруг нашей планеты, на расстоянии в несколько световых лет, возможно, простирается громадная «биопленка», состоящая из многочисленных спор бактерий, которые постепенно относит к соседним звездам. Если эта гипотеза верна, то, наверное, немало планет в разных частях нашей Галактики «инфицировано» жизнью, занесенной с Земли. Ведь за последние 4 миллиарда лет Солнечная система в своем движении по Млечному Пути самое меньшее, пять раз пересекала громадные молекулярные облака, где рождаются новые звезды и планеты. Значит, те с самого начала могли разжиться и «кирпичиками жизни», и целыми колониями микроорганизмов, перелетевших на них с Земли.

Вероятность подобных межзвездных путешествий чрезвычайно мала, но все-таки их нельзя назвать невозможными. Например, шансы микроорганизмов добраться до звезды Альфа Центавра можно сравнить с надеждой слепца найти дорогу домой после того, как несчастного перевезут на другой континент. Прокрасться сослепу из Дар-эс-Салама в Северодвинск? Почему бы нет! Дайте только время! А если взять, к примеру, полмиллиона слепцов, то кому-то и впрямь улыбнется удача. Разумеется, чтобы «невиданная невозможность» стала явью, должно сбыться несколько условий, перечисляет астроном Джей Мелош из Аризонского университета, описывая свой секрет звездных странствий.

После падения на планету земного типа громадного метеорита в космос устремляется множество камней, выброшенных взрывом. Некоторые из них могут достигать в длину 5—10 метров и более. Как показывают расчеты, подобные глыбы – эти «корабли призраков», начавшие новое путешествие, – могут уберечь в своей сердцевине, в спасительном «трюме», колонии микроорганизмов, до которых не долетят губительные лучи.

Если такая глыба угодит в «гравитационную пращу», то она имеет возможность выбраться за пределы Солнечной системы. Так, обломки, разлетевшиеся с поверхности Марса, с вероятностью 30 % могут, пролетая мимо Юпитера, быть выброшены им в космическую даль. Правда, пока это случится, пройдет несколько десятков миллионов лет.

Вероятность межзвездных путешествий спор микроорганизмов чрезвычайно мала, но все-таки их нельзя назвать невозможными

Нужно приготовиться к очень долгому путешествию. Миновав Юпитер, метеориты, «приговоренные к изгнанию», движутся относительно Солнца со скоростью порядка 5 километров в секунду, постепенно смещаясь в открытый межзвездный океан. Пройдут многие миллионы лет, прежде чем эти обломки, подхваченные «невидимыми волнами» гравитации, прибьются к одному из архипелагов, лежащему на их пути. Например, полет до звезды, расположенной на расстоянии 2000 световых лет от Земли, займет, по Мелошу, 100 миллионов лет.

На пути должна встретиться планета. Тогда «семена жизни», заброшенные к другой звезде, найдут питательную почву. Если же, минуя все другие небесные тела, метеориты, как полешки в топку, будут один за другим вваливаться в пылающий шар звезды, все «семена» погибнут. Лишь случайная встреча с планетой земного типа убережет генофонд организмов, вырвавшихся за пределы Солнечной системы, даст им шанс заселить еще один мир двойниками наших микробов.

В подобных гипотезах процесс распространения жизни представляет собой цепную реакцию, начавшуюся неизвестно когда, неведомо в какой части галактики, а может быть, даже за ее пределами. Когда-то – в ходе этой реакции – жизнь была занесена и на нашу планету, «зародилась» на ней, и с тех пор сама Земля всюду рассеивает «семена жизни»: и внутри Солнечной системы, и вне ее – во всех галактических регионах, которые пересекает в своем вековечном кружении вокруг центра Млечного Пути. Если подобная идея справедлива, то жизнь «зарождается» всюду, где сложились условия, благоприятные для этого. Ведь вокруг всех небесных тел – планет и комет – роятся «семена жизни», споры микроорганизмов, летящие неизвестно откуда неизвестно куда. И попадут они в почву мягкую и влажную, не кипящую огнем и не омертвелую в холоде – и тогда непременно дадут всходы. В мироздании, устроенном по законам Эйнштейна, все наполнено жизнью, развивающейся по законам Дарвина. Во всяком случае, так видится с современного «гранита науки». А что там, за горизонтом, решат новые поколения ученых.

Наша Вселенная, ее пространство и время

Этот странный мир звезд

В погожую ночь можно увидеть невооруженным глазом около двух тысяч звезд. Если заглянуть в мощный бинокль или небольшой телескоп, станут заметны уже сотни тысяч звезд. Все эти крохотные пятнышки, видимые нами на ночном небосводе, на самом деле, – если не считать нескольких планет, например, Марса или Юпитера, – не уступают размерами Солнцу, но расположены так далеко, что предстают перед нами в виде светящихся точек.

Многие из них в действительности светят гораздо ярче, чем Солнце; другие излучают сравнительно мало света. Но все они представляют собой раскаленные газовые шары огромных размеров. Температура в их недрах так высока, что там могут протекать термоядерные реакции. Во время этих реакций крохотные атомные ядра сливаются и образуют более тяжелые ядра. При этом выделяется неимоверное количество энергии.

Все звезды мчатся сквозь космическое пространство с невероятными скоростями. Однако расстояние между ними так велико, что человеку не хватит всей его жизни, чтобы заметить, как изменилось взаимное положение звезд. Глядя на ночное небо, мы видим, что отдельные яркие звезды вроде бы образуют фигуры, которые мы именуем созвездиями. Тысячи лет эти созвездия как будто не меняют своей формы. Недаром в древности верили, что звезды закреплены на небесном своде и потому неподвижны; планеты же перемещаются по небосводу.

У звезд, как у людей: жизнь и смерть, юность и старость, «время хранить и время тратить», «время разрушать и время строить». Жизнь звезды – и символ, и прямое подобие человеческой жизни. У людей многое определено от рождения: у одних здоровая наследственность, другим передались дедушкины недуги. Вот и у звезд, едва они появятся на свет, многое в их судьбе предопределено. Вглядевшись в народившуюся звездочку, астроном мог бы предсказать ее жизненный путь куда точнее, чем астрологи пробуют угадать во тьме времени человеческую судьбу. В прозрениях астрономов – одна наука, точная наука, как и в соображениях генетиков, знатоков человеческой природы. У человека многое в его жизни – болезни, долголетие – определяют гены. У звезды – масса. Срок горения звезды зависит именно от ее массы – этакой «жизненной силы» светила. Солнце – это звезда с относительно малой массой. Есть звезды, что весят гораздо больше, чем Солнце, но они очень быстро сжигают свое топливо и потому живут намного меньше нашего светила.

Первые звезды возникли уже через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, то есть более 13 миллиардов лет назад. Но, как и прежде, звезды вновь и вновь продолжают рождаться в молекулярных облаках. Подобные облака – ученые шутливо называют их «фабриками по производству звезд» – и теперь еще можно увидеть в созвездиях Тельца, Змееносца, Ориона. Здесь находится множество молодых, ярко светящихся звезд, чей возраст не превышает нескольких миллионов лет.

Процесс зарождения звезд – это очень динамичный, необычайно хаотический процесс. Многие его особенности по-прежнему вызывают споры среди астрономов. Например, какое влияние на происходящее оказывают магнитные поля, пронизывающие молекулярное облако? Как образуются самые массивные звезды? Почему в той или иной части космоса начинается процесс зарождения звезд? Почему он завершается через определенное время, хотя запасы межзвездного газа имеются в достаточном количестве? А как возникли самые первые звезды во Вселенной? Понимание происходящего сложно еще и потому, что наблюдать за этим вживую невозможно. Области, где рождаются звезды, окружены плотными облаками газа и пыли. Остается лишь моделировать этот процесс на компьютере.

В наблюдаемой нами части Вселенной насчитывается не менее 10²² звезд. Они таят еще много неожиданного. Вот лишь некоторые из них – обычные и в то же время совсем не обычные. Надо лишь внимательно к ним приглядеться.

В 2007 году, наблюдая за звездой Мира в созвездии Кита, известной вот уже четыре столетия, астрономы сделали поразительное открытие. Вслед за этим красным гигантом тянется хвост, наподобие кометного. Этот хвост, правда, хорошо заметен лишь в ультрафиолетовом диапазоне. Он простирается примерно на 13 световых лет, что в три раза превышает расстояние от Солнца до ближайшей звезды. Ничего подобного астрономы еще не видели: «звезда-комета». Каждое десятилетие Мира, расположенная примерно в 300 световых годах от Земли, теряет столько газообразного вещества, сколько весит наша планета. За последние 30 тысяч лет – именно таков на сегодня возраст ее хвоста – из сброшенного ею вещества можно было бы создать не менее девяти таких планет, как Юпитер.

Самой быстрой звездой, известной астрономам, считается звезда PSR J1748—2446ad, расположенная в созвездии Стрельца, на расстоянии 19 тысяч световых лет от Солнца. В состав этого двойного радиопульсара (его обнаружил 10 ноября 2004 года канадский астроном Джейсон Хесселс) входит нейтронная звезда, которая вращается с невероятной скоростью, составляющей примерно 24 % скорости света. Всего за одну секунду она успевает совершить 716,36 оборотов (!) вокруг своей оси.

Звезда Мира и ее хвост, снятые в УФ лучах

Самая компактная звездная система – это 4U 1820—30. Она находится в шаровом скоплении NGC 6624, на расстоянии 25 тысяч световых лет от Земли, и состоит из нейтронной звезды, которая обращается вокруг другой звезды, в чьих недрах еще догорают остатки гелия. Два небесных тела разделяет всего 130 тысяч километров, что почти в три раза меньше расстояния от Земли до Луны.

Наиболее массивные из известных нам звезд обнаружены в 2010 году в двух молодых звездных скоплениях NGC 3603 и RMC 136a. Первое расположено на расстоянии 22 тысяч световых лет от Земли в созвездии Киля, а второе – в Большом Магеллановом Облаке, соседней с нами галактике.

Наблюдая за этими скоплениями, астрономы из Шеффилдского университета (руководитель – Пол Кроутер) отыскали несколько звезд, чья температура поверхности была выше 40 000 °C. Таким образом, они были примерно в семь раз горячее Солнца, а их яркость – выше в миллионы раз. Как показали расчеты, масса этих звезд первоначально превышала предельно допустимую, как считалось ранее, массу звезды – 150 солнечных масс.

Звезда R136a1 оказалась самой массивной звездой, известной науке. Сейчас она весит примерно в 285 раз больше, чем Солнце, а когда только родилась, весила и вовсе в 320 раз больше Солнца. Если бы она располагалась в центре нашей планетной системы, то светила бы во столько же раз ярче Солнца, во сколько то светит ярче Луны. При этом ультрафиолетовое излучение, испускаемое ею, было бы таким мощным, что всякая жизнь на Земле сделалась бы невозможной.

Очевидно, подобные звезды встречаются чрезвычайно редко, к тому же они живут очень недолго. Их можно отыскать только в самых плотных звездных скоплениях, где даже при наблюдении в мощный телескоп трудно отделить одну звезду от другой. Кстати, по мнению Кроутера, столь массивные звезды, как R136a1, возможно, возникают в результате слияния нескольких небольших звезд.

Как отмечают астрономы, открывшие этих гигантов, «наша работа подтверждает традиционное мнение о том, что у звезд есть предельно допустимая масса, однако этот предел надо увеличить вдвое – он равняется примерно 300 солнечным массам».

Последние звезды во Вселенной угаснут, по некоторым оценкам, через 100 триллионов лет, а значит, у ученых есть еще много времени впереди, чтобы разгадать все тайны звезд.

Таинственный мир спиральных галактик

Звезды, составляющие нашу Вселенную, образуют огромные скопления – галактики, которые насчитывают от сотен миллионов до многих сотен миллиардов звезд. Одни скопления имеют непонятную, неправильную форму. Другие напоминают дыню, то есть имеют форму эллипсоида. Третьи – словно застывшее вмиг, остановленное движение: вокруг их диска еще тянутся отдельные спиральные ветви, словно расплесканные струи вещества. Их называют спиральными галактиками.

Теперь нам известно, что треть всех наблюдаемых нами галактик являются спиральными. Например, в радиусе 30 миллионов световых лет от нашей Галактики – Млечного Пути – насчитывается примерно 34 % спиральных галактик, 13 % эллиптических галактик и 53 % иррегулярных и карликовых галактик. Спиральные галактики считаются одними из самых красивых астрономических объектов. Для многих они стали зримым образом космоса.

Один из величайших астрономов ХХ века, американец Эдвин Хаббл, доказав в 1926 году, что спиральные «туманности» лежат за пределами Млечного Пути, уже в конце 1920-х годов попробовал рассортировать известный к тому времени «галактический зоопарк», Так появилась на свет знаменитая «последовательность Хаббла». Она стала основой всех позднейших классификаций галактик.

Спиральные галактики содержат огромное количество газа, а потому здесь продолжаются процессы образования звезд

Открывают эту последовательность эллиптические галактики. От их череды отходят два ряда спиральных галактик. Верхний составляют «классические» спиральные галактики, сокращенно обозначаемые Sa, Sb, Sc, Sd. Они состоят из балджа и диска, от которого отделяются рукава (ветви) – здесь находятся самые яркие звезды. Буквенные индексы внизу характеризуют расположение ветвей. Так, рукава галактик типа Sa плотно прижаты к галактическому диску, в то время как у галактик типа Sd они широко раскрыты. Нижний ряд образован спиральными галактиками с перемычкой. К их числу относится почти каждая вторая спиральная галактика. В этих «звездных островах» балдж (выпуклая часть галактического диска) пересекает яркая перемычка (бар), от которой отходят ветви.

Спиральные галактики – очень динамичные системы. Они содержат огромное количество газа, а потому здесь продолжаются процессы образования звезд. Уже по прошествии нескольких миллионов лет самые крупные из новорожденных звезд взрываются. И тогда в клубах газа, окружавшего их, распространяются ударные волны, под действием которых сжимаются все новые газовые облака – рождаются новые звезды.

Эти галактики обладают также магнитными полями, которые вытянуты вдоль их ветвей. Межзвездный газ не является электрически нейтральной средой, а потому магнитные поля влияют на перетекание газа в ветвях галактики. Ученым пока не удается детально объяснить как природу этих полей, так и их стабильность. Согласно одной из гипотез, магнитное поле галактики поддерживается вихревыми потоками, возникающими при рождении новых звезд, взрывах сверхновых, а также при проникновении холодных газовых облаков в галактический диск. Еще одним источником энергии, питающим магнитное поле галактики, может быть то, что различные области ее диска вращаются с разной скоростью.

Как и большинство других звездных систем, спиральные галактики входят в состав скоплений и суперскоплений. Как установлено, на периферии подобных объектов их заметно больше, чем в центральной части. Это объясняется тем, что в центре скоплений различные галактики чаще сталкиваются и сливаются друг с другом. Результатом таких коллизий становится появление здесь эллиптических галактик.

Спиральные галактики таят еще немало загадок. В истории их формирования по-прежнему многое неясно. Как образуется балдж? Как возникают спиральные ветви? И почему они сохраняют стабильность на протяжении миллиардов лет? Астрономы, изучающие их, делают все новые открытия.

Так, несколько лет назад эти «огненные колеса», пылающие на просторах космоса, вновь произвели смятение в умах ученых. С помощью телескопа «Хаббл» и радиотелескопов астрономы заметили в одной из спиральных галактик джет – гигантский поток субатомарных частиц, вырывающийся из ее недр. Эта необычная спиральная галактика находится в галактическом скоплении Abell 428, почти в миллиарде световых лет от Земли. До этого джеты обнаруживали лишь при наблюдении за эллиптическими галактиками или же сталкивающимися «звездными островами». Подобные фонтаны вещества замечают, например, в окрестности сверхмассивных черных дыр. Очевидно, в центре этой галактики также располагается громадная черная дыра, предполагает астроном Алабамского университета Уильям Кил. Дальнейшие исследования позволят лучше понять структуру этой галактики. Возможно, астрономам удастся установить, является ли спиральная галактика с джетом исключением из правил или новой разновидностью спиральных галактик. Может быть, одной тайной этих «звездных островов» станет меньше?

А, кстати, не меняется ли со временем облик спиральных галактик? Как известно, из «последовательности Хаббла» выбиваются иррегулярные галактики, которые имеют странную, неправильную форму. Ситуация с ними остается непонятной. В последнее время астрономы приходят к выводу, что большая часть спиральных галактик в молодости тоже выглядела весьма необычно. Поэтому справедлив вопрос: не является ли эта «иррегулярность» чем-то временным, преходящим?

Так, в конце 2000-х годов группа исследователей из Парижской обсерватории проанализировала формы 148 галактик, обнаруженных телескопом «Хаббл» на расстоянии 6 миллиардов световых лет от Земли, а также 116 галактик, ближайших к Млечному Пути. Как выяснилось, 6 миллиардов лет назад было значительно больше иррегулярных галактик, чем теперь. По-видимому, поглощая ближайшие к ним карликовые галактики или же сталкиваясь с другими, более крупными «звездными островами», иррегулярные галактики постепенно превращаются в спиральные. Раньше предполагалось, что в результате таких столкновений образуются главным образом, эллиптические галактики, но, похоже, это мнение ошибочно. Итогом космических коллизий может быть и появление таких гигантских звездных систем, как туманность Андромеды, имеющих форму спиральной галактики.

А что предвещает скорую гибель спиральной галактики? Может быть, появление перемычки? Такую гипотезу выдвинули в 2010 году британские астрономы на страницах журнала «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society». Судя по статистике, среди самых старых галактик, переливающихся красными тонами, то есть содержащих особенно много старых, красных звезд, встречается вдвое больше спиральных галактик с перемычкой, нежели среди молодых галактик, окрашенных в голубые цвета. По мнению британских астрономов, между появлением перемычки и постепенным прекращением процессов образования новых звезд есть несомненная связь. Перемычка, эта обширная «жировая прослойка» галактики, возникает, когда та теряет способность порождать новые звезды.

И все-таки, что здесь причина, что следствие? Приводит ли появление перемычки к постепенному угасанию галактики? Или это лишь побочный эффект, сопровождающий ее гибель? Во всяком случае, в нашей Галактике, хотя она и обзавелась уже перемычкой, имеются области, где рождаются все новые звезды. Неслучайно некоторые астрономы предполагают, что спиральные галактики с перемычкой, наоборот, со временем превращаются в «нормальные» спиральные галактики. Кто прав, кто нет? Таинственный мир спиральных галактик нам еще предстоит понять.