Текст книги "Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы"

То же самое относится и к звуковым волнам. Если я еду на велосипеде при попутном ветре, звук клаксона едущего за мной автомобиля достигает моих ушей несколько быстрее, чем когда ветра нет, – и я слышу предупреждение немного раньше. Если же я поеду навстречу ветру, то услышу гудок сзади несколько позже: звук тоже распространяется против ветра. Если бы я мог крутить педали со сверхзвуковой скоростью, я никогда не услышал бы гудка. Если бы я крутил педали еще быстрее и опередил собственные звуковые волны, то преодолел бы звуковой барьер и создал ужасный шум, поскольку многие из производимых мною звуков достигли бы человека, слышащего их, одновременно. Но, в отличие от пилотов реактивных самолетов, ни одному велосипедисту еще не удалось преодолеть звуковой барьер.

Радиоволны должны вести себя подобным же образом – по крайней мере так думали люди более ста лет назад. По их представлениям эфир, в точности как воздух в нашей атмосфере, заполняет пустоту космического пространства, а Земля, бороздящая эфир со скоростью 100 000 километров в час по орбите вокруг Солнца, схожа с моим велосипедом или серфбордом. Если вы измерите скорость света в направлении движения Земли вокруг Солнца, то эта “скорость света” должна быть на самом деле совершенно другой, чем скорость, измеренная под прямым углом или в точно противоположном направлении. Иными словами, она должна зависеть от того, при “попутном” или “встречном” ветре движется свет в эфире.

Именно этот эффект пытались измерить американские физики Альберт А. Майкельсон[10]10
  Майкельсон родился в Пруссии и в 2 года вместе с родителями переехал в США: https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1907/michelson/biographical.


[Закрыть] и Эдвард У. Морли в конце XIX века. Для этого они измерили относительную скорость света в двух световых коридорах (или каналах), расположенных перпендикулярно друг другу. Эксперимент закончился полной неудачей. Ученые не смогли увидеть сколько‐нибудь существенного различия в скоростях света. Таким образом, не было найдено прямых доказательств существования эфира – он оказался просто иллюзией.

Неудачи могут быть прорывными, и этот неудачный эксперимент стал одним из тех немногих, которые принято называть ключевыми, так как они направили развитие физики и астрономии по ее нынешнему пути. Дело в том, что совершенно неожиданный крах теории эфира обрушил всю систему взглядов и потому пришлось, отбросив старые модели, начать искать новые идеи. Лучшими из них оказались идеи молодого Альберта Эйнштейна[11]11
  Достоверно не установлено, что на Эйнштейна существенным образом повлиял эксперимент Майкельсона-Морли. Вероятно, признаки относительности в поведении электромагнетизма были для него более важными. См. Jeroen Van Dongen. On the Role of the Michelson-Morley Experiment: Einstein in Chicago. // Archive for History of Exact Sciences 63 (2009): 655–63, https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2009ar Xiv0908.1545V.


[Закрыть], который был готов радикально все переосмыслить и создать новую теоретическую основу физики. Пока другие физики все еще пытались пробить головой стену, Эйнштейн стремительно ворвался в новую эру, в которой пространство и время больше не были абсолютными. Возникла смелая теория – теория относительности Эйнштейна, существенно изменившая веками доминировавшую концепцию мироздания.

Мальчик мечтает о Луне

Совершив достаточное количество оборотов вокруг Земли, мы можем начать следующую фазу протокола, составленного для полета нашей космической капсулы, и направить эту капсулу на Луну. Путешествие на Луну было древней мечтой человечества. 20 июля 1969 года Нил Армстронг ступил на ее поверхность, совершив, возможно, самый известный шаг, когда‐либо сделанный человеком, – и мечта стала реальностью. Даже спустя несколько лет я все еще ощущал значимость этого момента.

Жаркий летний день 1971 года в маленьком городке Штромбах в горном районе земли Северный Рейн-Вестфалия. До самого горизонта тянутся мягкие зеленые холмы и леса. В небольшом районе частных домов на улице играют и веселятся дети. Ведерки и лопатки, трехколесный велосипед с родительской ручкой для толкания и пара мячей – все, что им нужно для счастья. Взрослые сидят во дворе в шезлонгах и наблюдают за детьми.

Но один маленький пухлощекий мальчик не играет со сверстниками, а сидит в темной комнате и как завороженный смотрит на мерцающие размытые черно-белые картинки на экране большого лампового телевизора. Лунный модуль “Аполлона-15” “Фалькон” только что “прилунился” и передает свои изображения на Землю. После первых захватывающих и очень успешных космических полетов воодушевление взрослых членов семьи Фальке, вызванное посадками на Луну, довольно быстро испарилось.

И только мальчик никак не может оторваться от экрана. Ему всего четыре года, и он еще не имеет ни малейшего представления о размерах космоса или расстоянии, которое астронавты НАСА должны были преодолеть, чтобы добраться до Луны. Он даже вообразить себе не может, сколько энергии потребовал данный технологический прорыв и насколько значительным является это научное достижение. И все же где‐то в глубине души он чувствует, каким захватывающим и грандиозным является это смелое предприятие. Мальчик наслаждается каждой секундой космического приключения, и его воображение разыгрывается все больше. Что вообще в этом мире может быть неосуществимым, если человек смог ходить по Луне, прыгать на ее поверхности и даже управлять лунным вездеходом (а именно это и делали астронавты “Аполлона-15”)? Что еще предстоит открыть человечеству в бесконечно огромном небе?

Этим мальчиком, конечно же, был я. Тогда мы провели несколько дней в гостях у моей двоюродной бабушки Герды. Астронавты, отправившиеся под командованием Дэвида Скотта на Луну, казались мне в детстве героями из комиксов. Командир Скотт и член экипажа Джеймс Ирвин прилунились на модуле “Фалькон” очень близко к Апеннинам – одному из крупнейших лунных горных хребтов, – в то время как третий астронавт, Альфред Уорден, облетал Луну в командном модуле. Когда Скотт ступил на поверхность Луны, он произнес нечто глубоко человеческое: “Я вроде как понял, в чем состоит фундаментальная сущность нашей природы. Человек должен открывать новое!” “Да! – подумал я. – Это про меня”. И сегодня так можно сказать обо всех людях.

Как и многие дети, я хотел быть космонавтом, но позже (в основном интуитивно) пришел к пониманию, что на самом деле не создан для этого. Я был довольно разносторонне развит: умел работать в коллективе, был стрессоустойчивым и спортивным, разбирался в технике, был хорош в теоретической и экспериментальной работе. Но у меня легко начинали дрожать руки, и под давлением ситуации я допускал очень много ошибок. Годы спустя, на конференции по космическим путешествиям, мне довелось поговорить об этом с немецкими астронавтами Ульрихом Вальтером и Эрнстом Мессершмидом. Они оба знали себе цену, но при этом не были заносчивыми. “Нам, астронавтам, приходится без конца проходить отбор, и все показатели должны быть в норме”, – сказал мне один из них. В моем случае в норме были не все показатели. И все же моя мечта – подобраться ближе к Луне – никогда не умирала.

Чтобы долететь до Луны, космический корабль должен преодолеть расстояние от 356 000 до 407 000 километров – в зависимости от того, в какой именно части своей эллиптической орбиты она находится. Для большинства автомобилей это расстояние равно примерно их максимальному пробегу, а вот свету, чтобы его преодолеть, требуется всего около 1,3 секунды. Осознание того факта, что даже самые лучшие автомобили за свою жизнь способны проехать расстояние, ненамного превышающее световую секунду (важная астрономическая мера), здорово отрезвляет.

Скорость света – единственная во Вселенной по‐настоящему постоянная величина. Размеры космического пространства принято выражать в световых единицах, и световой год на самом деле является мерой длины, а не времени, как можно было бы предположить, исходя из слова “год”. И представление об истинных космических масштабах мы получаем, когда, говоря о расстояниях, оперируем иногда расстояниями, равными многим миллиардам световых лет. Так что для астрономов Луна не является нашим космическим двором – ни задним, ни передним: она от силы порог, который мы переступаем, готовясь к путешествию по Вселенной.

То, что нас с Луной разделяет расстояние, примерно равное одной световой секунде, также означает, что все то, что мы сейчас видим на Луне с Земли, случилось там секунду назад. Когда мы смотрим в космос, мы всегда видим его прошлое. В случае с Луной это немногим больше секунды, но в случае с галактиками, которые мы изучаем, мы наблюдаем события, произошедшие миллионы и миллиарды лет назад.

Свет всегда достигает нас “с задержкой” – небольшой задержкой, если источник света находится где‐то здесь, на Земле, и чрезвычайно большой, если свет идет к нам из глубин космоса. В результате мы никогда не можем точно знать, что происходит где‐то в другом месте в данный момент – ни во Вселенной, ни даже здесь, на Земле.

Между прочим, есть очень простой способ измерить и использовать задержку прихода света от Луны. Мой голландский коллега решил провести свою свадебную церемонию в диспетчерской радиотелескопа и с помощью радиоволн отправил на Луну брачный обет. Слова клятвы отразились от поверхности Луны и через 2,6 секунды вернулись в диспетчерскую. Это произошло так быстро, что невеста не успела сбежать, и брак официально зарегистрировали. Вероятно, это была первая в мире свадьба с участием Луны [12]12
  Andre and Marit’s Moon bounce wedding. // YouTube, February 15, 2014. https:// www.youtube.com/watch?v=Rh³z8TwGwrY.


[Закрыть].

По несколько менее торжественным поводам, а на самом деле – с чисто научными и технологическими целями мы сегодня регулярно стреляем лазерными лучами в Луну. Они отражаются от зеркал, которые были размещены там во время миссии “Аполлон” и теперь работают так же, как и тогда (вопреки заявлениям сторонников теории заговора, утверждающих, что НАСА никогда не сажала корабли на Луну). По задержке светового эха можно чрезвычайно точно измерить движение Луны и ее расстояние до нас, и мы можем проверить предсказания, сделанные в рамках общей теории относительности.

Еще мы можем заметить, что с каждым годом Луна становится на четыре сантиметра дальше от нас, а Земля немного замедляет свое вращение. Гравитационные силы привязывают Землю и Луну друг к другу, а приливные силы заставляют каждую из них несколько замедлять вращение другой. Ежегодно каждый лунный месяц и земной день увеличивают свою длину на крошечную долю секунды. Теоретически мы в результате стареем несколько медленнее, но и умираем немного раньше – если, конечно, наш возраст выражается в месяцах и днях. Четыре с половиной миллиарда лет назад в сутках было всего шесть часов[13]13
  Adam Hadhazy. Fact or Fiction: The Days (and Nights) Are Getting Longer. // Scientific American, June 14, 2010. https://www.scienti camerican.com/article /earth-rotation-summer-solstice.


[Закрыть] – для таких трудоголиков, как я, жизнь была бы непереносимой.

Вращение Луны вокруг своей оси уже очень сильно замедлилось. За время оборота по орбите вокруг Земли она поворачивается вокруг собственной оси ровно один раз и, следовательно, всегда показывается нам одной и той же стороной. Вот почему людям привычен один и тот же улыбающийся и дружелюбный лунный лик. Обратную же сторону Луны мы смогли увидеть только после первых лунных миссий. И хотя это не темная сторона, как ее часто поэтически называют (поскольку Солнце освещает ее в течение двух недель каждый месяц), она все же остается загадочным и малоизведанным миром.

Я никогда полностью не отказывался от своей мечты, связанной с Луной, и в некотором отношении эта мечта осуществилась, когда на какое‐то время я стал руководителем радиотелескопа LOFAR[14]14
  M. P. Van Haarlem, and 20 °Contributors. Lofar: The Low Frequency Array. // Astronomy and Astrophysics 556 (2013): A2.


[Закрыть] в Нидерландах. Название LOFAR расшифровывается как “низкочастотная антенная система”. Радиотелескоп представляет собой сеть радиоантенн, работающих в низкочастотном диапазоне. Они связаны между собой и образуют единый астрономический инструмент – благодаря суперкомпьютеру, объединяющему данные, полученные с помощью разных антенн; таким образом создается виртуальный телескоп. Считалось, что с его помощью мы сможем углубиться в прошлое Вселенной вплоть до Большого взрыва и найти все активные черные дыры во Вселенной.

Сегодня сеть LOFAR состоит из 30 000 антенн, раскиданных по всей Европе, – то есть LOFAR стал континентальным телескопом. Но идеальное место для приема радиоволн из космоса без помех – это обратная сторона Луны. Дело в том, что на Земле самыми большими проблемами для астрономов являются рассеянное излучение, создаваемое наземными радиопередатчиками, и искажение космических радиоволн в самом верхнем слое атмосферы – ионосфере. С Земли мы никогда не видим обратную сторону Луны, а следовательно, там нет помех от какого‐либо рассеянного земного излучения. “Луна может быть лучшим местом на Земле для работы радиоастрономов”, – обычно говорю я в шутку. Но долгое время идея установить там антенны казалась мне несбыточной мечтой.

И в космическом путешествии, и в науке нужно быть очень терпеливым. Если набраться терпения и подождать, то может случиться нечто совершенно невероятное. Я, например, дождался приятного сюрприза в октябре 2015 года, когда во время государственного визита король Нидерландов Виллем-Александр и глава КНР Си Цзиньпин договорились о совместных проектах в области космических полетов. В рамках подписанного соглашения китайцы предложили взять с собой в космос лунную антенну, разработанную нами для программы LOFAR. Это был первый голландский прибор, включенный в китайскую лунную миссию. В мае 2018 года с космодрома Сичан стартовала ракета китайского космического агентства КНКА с нашей антенной на борту, и за запуском именно этой ракеты я, будучи в отпуске в Ирландии, следил в прямом эфире. Однако тогда же синтезировалось самое первое изображение черной дыры, и вся моя энергия и мои мысли были сосредоточены исключительно на получении этого изображения. То был самый напряженный период моей научной жизни, и потому я, хоть и неохотно, препоручил исполнение своей детской мечты о Луне коллегам.

Наша станция наблюдения LOFAR установлена на китайском спутнике связи “Цюэцяо”. Спутник, название которого переводится как “сорочий мост”, находится на расстояниях от 40 000 до 80 000 километров за Луной. Основная функция “Цюэцяо” – ретранслировать радиосигналы на Землю с обратной стороны Луны. Осенью 2019 года мы раскрыли нашу антенну и с тех пор слушаем космические сигналы. Совсем недавно мы занимались поиском чрезвычайно слабых радиошумов, которые, согласно современным теориям, должны были появиться в какой‐то момент так называемых “темных веков Вселенной”, то есть миллиарды лет назад, до рождения первых звезд. Они содержат радиоэхо Большого взрыва, являющегося началом пространства и времени. Вероятно, нам потребуется много лет, чтобы завершить чрезвычайно сложный анализ массива данных, и вполне возможно, что только будущие космические миссии смогут что‐то такое обнаружить.

Но когда “Цюэцяо” еще только направлялся к своей орбите, он подарил мне невероятный эмоциональный всплеск. Его небольшой бортовой камере удалось сделать уникальный снимок, на котором были видны Луна, а за ней – почти такого же размера – Земля. В углу фото красовалась наша все еще нераскрытая антенна. Рассматривая снимок, я снова почувствовал себя тем маленьким мальчиком, что сидел у старого черно-белого телевизора. Передо мной предстала таинственная обратная сторона Луны, за которой виднелось маленькое и размытое изображение нашей собственной голубой планеты, где я сейчас сидел. Сам я никогда не летал на Луну, но в тот момент я словно был там – был “дома”. С тех пор каждый раз, когда я смотрю на Луну, мне кажется, будто теперь там поселилась маленькая частичка меня.

2
Солнечная система и наши изменяющиеся представления о Вселенной

Солнце – наша ближайшая звезда

Теперь мы покидаем Луну и направляемся к Солнцу. Если мы вылетим с Земли, то до цели нам нужно преодолеть расстояние в 150 миллионов километров. Свет может справиться с этим за 8 минут, а это значит, что мы находимся в 8 световых минутах от Солнца и, смотря на него, видим то, что происходило на нем 8 минут назад.

Солнце – звезда, благодаря которой мы существуем, и это утверждение носит универсальный характер, ибо ни на одном другом небесном объекте, кроме Земли, нет условий для человеческой жизни. Солнце влияет на погоду и на человеческую культуру, а также упорядочивает нашу повседневную деятельность, задавая ритм дня и ночи. Мы начинаем понимать важность Солнца, только когда нам приходится какое‐то время жить без него. Поэтому неудивительно, что и в доисторические времена, и в древности солнечное затмение вызывало у людей серьезную тревогу. Да и сегодня оно может заставить нас беспокоиться, хотя обычно не слишком сильно.

Лето 1999 года. Я стою перед директрисой нашей местной начальной школы, чуть ли не умоляя ее позволить моей дочери отправиться со мной в путешествие. Сегодня, 11 августа, в некоторых областях Германии и Франции должно наблюдаться полное солнечное затмение. В течение нескольких дней немецкие СМИ рекламировали это событие. Специальные защитные очки распроданы, и вся Германия ждет наступления космического таинства. Для нас с дочерью это уникальная возможность увидеть редкое событие вместе: к тому времени, когда в 2081 году произойдет следующее наблюдаемое в наших краях подобное солнечное затмение, меня уже не будет в живых.

Но строгие правила обязательного посещения школ в Германии не учитывают всякие сентиментальные мотивы. Наши законы в сфере образования позволяют отменять уроки, если объявляется высокий уровень опасности из‐за жары или холодов, но никак не в дни солнечного затмения. Сочувствующая нам директриса мнется и говорит мне, что по школьным правилам она не может отпускать детей из школы ради солнечных затмений, которые случаются раз в столетие, даже если это дети астрономов. “Однако, – задумчиво добавляет она, – пропустить занятия можно, если из‐за вашей работы вам приходится временно менять место жительства. В этом случае вы могли бы взять Яну с собой”. Я благодарю ее за информацию и на один день меняю место жительства – во всяком случае, на бумаге.

Взволнованный и охваченный нетерпением, я сажаю в машину свою шестилетнюю дочь и прыгаю за руль. Иногда ученые в поисках тайн Вселенной и удовлетворения собственной любознательности готовы отправиться хоть на край земли. Вот и мы отправляемся в нашу небольшую семейную экспедицию.

Тень затмения будет проходить около полудня лишь по узкой полосе, протянувшейся через несколько областей на юго-западе Германии. Именно сюда я и хочу попасть, потому что только здесь можно будет пережить самый захватывающий момент полного солнечного затмения: зловещий мрак, который наступает, когда мир внезапно посреди дня погружается в темноту. Став тому свидетелем, вы никогда не забудете ощущение важности солнечного света для нашей жизни и для жизни вообще. Есть только одна проблема, которая может нам помешать и с которой астрономы – увы! – хорошо знакомы: капризы погоды. 11 августа небо во всей Германии окутано облаками.

Мы едем на запад от моего родного города Фрехен, расположенного недалеко от Кёльна, в поисках подходящего места. Мы отчаянно мечемся, гоняясь за солнечным светом, то здесь, то там пробивающимся сквозь облака. Наконец мы оказываемся во Франции, в поле, неподалеку от города Мец. До начала затмения осталось всего несколько минут… и тут небо очищается и из него проливается свет Солнца. Иногда в жизни тебе просто должно повезти, даже если ты скромный ученый. Медленно, величественно диск Луны начинает скользить перед Солнцем, пока наконец полностью не закрывает его. Мы попали точно в нужное место в нужное время. Это необычное и прекрасное зрелище, редкий момент “коллективного озарения” в полной темноте.

Солнечное затмение – это проявление одного из самых замечательных космических совпадений в нашей Солнечной системе. Только благодаря тому, что намного меньшая Луна расположена на “правильном” расстоянии от Земли, ей удается полностью закрыть для нас диск большого Солнца. Если бы она была немного ближе, то закрыла бы большую площадь, чем диск Солнца. Если бы она была дальше, диск Солнца оказался бы закрытым не полностью и мы бы видели яркий ослепительный ореол. Однако сейчас Луна в точности закрывает весь раскаленный диск Солнца и позволяет нам увидеть нечто совершенно особенное: солнечную корону. Она состоит из горячего, с температурой в несколько миллионов градусов, газа, который иногда начинает бурлить, – и тогда возникают гигантские плазменные протуберанцы, вздымающиеся над солнечной поверхностью.

Во время солнечного затмения в течение нескольких мгновений мы можем увидеть, что Солнце – вовсе не спокойная звезда: оно кипит и клокочет, как волшебный котелок на кухне у ведьмы. Но есть и еще кое‐что не менее магическое: во время больших и не очень больших взрывов на поверхности Солнца образуются и выбрасываются в космос мельчайшие частицы-призраки. Это осколки атомов, которые появляются при распаде атомов на части под воздействием солнечной температуры, а затем проносятся на высокой скорости сквозь Солнечную систему.

Атомное ядро состоит из тяжелых положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов почти той же массы. Ядра окружены одной или несколькими электронными оболочками. Электроны заряжены отрицательно, и они гораздо легче.

Эти вылетающие частицы с высокими энергиями не очень корректно называют космическими лучами. Когда космические лучи – лучше назвать их космическими частицами – входят в атмосферу, они вызывают, кроме всего прочего, северное сияние, которое иногда появляется в темном небе над Лапландией или Аляской, и, по рассказам наблюдателей, эти мерцающие и танцующие зеленые сполохи – совершенно фантастическое зрелище. Однако поток частиц, вызванный наиболее интенсивными солнечными бурями, важен для нас, людей, также и по другим причинам. Эти бури могут разрушить чувствительную электронику спутников, изменить магнитное поле Земли и помешать передаче радиосигналов. Особо сильные бури могут даже поднять напряжение в наших электросетях и нарушить электроснабжение целых городов. К счастью, подобные события случаются редко, и регулярный мониторинг погоды в открытом космосе позволяет заранее принимать меры предосторожности.

Только во время солнечного затмения мы можем невооруженным глазом увидеть, откуда берутся эти космические частицы. Зрелище оказывает на меня особое воздействие. По своей работе я знаю, что элементарные частицы, движение которых мы с дочерью наблюдали на краю Солнца, подчиняются тем же физическим законам, что и элементарные частицы на краях черных дыр, только последние находятся в гораздо более экстремальных условиях. Совместное воздействие магнитных полей и огромной турбулентности превращает эти мельчайшие заряженные частицы в подобие мячиков для пинг-понга, перебрасываемых туда-сюда, в результате чего они приобретают все большую энергию. Электроны, которые ускоряются в этих процессах и отклоняются магнитным полем, заставляют как Солнце, так и ближайшие окрестности черной дыры светиться в радиочастотном диапазоне. Космические частицы, образующиеся при взрывах звезд и вблизи черных дыр, могут достигать еще более высоких энергий, чем те частицы, которые образуются на Солнце. Они проносятся через неспокойные магнитные поля нашего Млечного Пути и открытого космоса.

Некоторые из них врезаются в нашу атмосферу, и их можно поймать и измерить. В крупномасштабных экспериментах, подобных эксперименту, проводимому в аргентинской обсерватории Пьера Оже, в котором я до сих пор участвую, ведутся исследования таких частиц с помощью множества детекторов, расположенных на тысячах квадратных километров.

Если бы мы не поняли физику Солнца и космических частиц, мы не смогли бы понять и физику черных дыр. Как удивительно, что во всей Вселенной происходят одни и те же процессы и действуют одни и те же законы! Излучение черных дыр, солнечные протуберанцы и северные сияния на Земле подчиняются бесконечным переплетениям действующих во всем космосе законов физики.

Во время солнечного затмения 11 августа у меня возникает чувство, будто я могу видеть все это собственными глазами. Для моей дочери это была увлекательная детская экскурсия, наполненная приключениями и удивительными зрелищами. После нее она сделала специальные очки для всех своих знакомых и пригласила их взглянуть на Солнце. Что должны были подумать о нас соседи?

Когда мы с моим ребенком смотрели на Солнце, я испытывал благоговейный трепет перед могуществом Вселенной. Особенно меня завораживало зловещее красное свечение Солнца, закрываемого тонкой дымкой облаков. В этом клубящемся кольце было что‐то мощное и почти гипнотическое. Это зрелище позже вдохновит меня на выбор цветов для картинки в нашей статье, предсказавшей возможность получения радиоизображения черной дыры.

Конечно, у меня есть преимущество перед многими людьми: ведь я знаю, почему происходит солнечное затмение и какие космические явления его вызывают. Но в каменном веке, да и позже, вплоть до наших дней, это зрелише казалось пугающим и считалось карой божественных сил. Документы, которым более четырех тысяч лет, рассказывают об одном таком затмении. В то время китайские придворные астрономы пытались предсказывать подобные явления, наблюдая за небом, но это не всегда выходило у них удачно. Согласно одной древней легенде двоих ученых мужей даже казнили по приказу императора за то, что они не смогли объявить точное время солнечного затмения и были пьяны, когда затмение все же произошло[15]15
  P. K. Wang and G. L. Siscoe. Ancient Chinese Observations of Physical Phenomena Attending Solar Eclipses. // Solar Physics 66 (1980): 187–93. https:// doi.org/10.1007/BF00150528; также см. https://eclipse.gsfc.nasa.gov/Sehistory /Sehistory.html#–2136.


[Закрыть]. Хотя не исключено, конечно, что эта популярная история – просто выдумка. Так или иначе, но сегодня астрономы могут точно и без риска для жизни предсказывать время солнечных затмений. Разумеется, мы тоже иногда ошибаемся, особенно когда проводим исследования в неизведанных областях, однако за эти ошибки нам, к счастью, больше не грозит смертная казнь.

Солнце – такая же звезда, как и любая другая, – конечно, за исключением того, что это наша звезда, а следовательно, она намного-намного ближе к Земле и намного-намного ярче всех остальных звезд. Ни наша Луна, ни какая‐либо планета не были бы видны на небе без этого горячего гиганта – ведь они лишь отражают солнечный свет. Солнце настолько огромно, что в нем заключено более 99 процентов массы нашей Солнечной системы. Его сила тяготения удерживает планеты на своих орбитах, и именно ей мы должны быть больше всего благодарны за наши знания о звездах и гравитации.

Солнце – это массивный и невероятно горячий газовый шар, в ядре которого происходит ядерный синтез. Топливом служит водород – из него в основном и состоит Солнце. В ядре этой горячей звезды атомы легкого водорода сливаются, образуя гелий. Температура в ядре невероятно высокая – примерно 15 миллионов градусов Цельсия, но и на поверхности Солнца она все еще весьма значительна: 5 500 градусов. Тепло, излучаемое Солнцем, является единственным источником всей энергии на Земле, и оно не могло бы быть произведено без гравитации и, значит, высокого давления в солнечном ядре. Без солнечного света растения не могут расти: ведь они получают свою энергию с помощью фотосинтеза. Да и все мы тоже – и веганы, и вегетарианцы, и мясоеды – можем добывать еду только благодаря Солнцу, поскольку животные питаются растениями, которые, в свою очередь, не могут обойтись без солнечного света.

Когда мы сжигаем дрова, мы высвобождаем энергию, полученную от Солнца. Нефть, газ и уголь появились в результате биологических процессов, протекающих с момента рождения Земли, то есть они представляют собой накопленную солнечную энергию. Однако мы с такой скоростью уничтожаем наши природные запасы, сжигаем вещества, которые откладывались миллионы лет, что не нужно быть климатологом, чтобы понять: если мы продолжим в том же духе, добром это не кончится.

Кроме того, без Солнца мы не могли бы производить электричество. Понятно, что не была бы изобретена солнечная энергия, но и гидроэлектростанции также функционируют только потому, что Солнце постоянно заставляет воду испаряться и она потом проливается дождями, наполняющими наши озера и реки. Даже ветряки работают только потому, что Солнце нагревает нашу атмосферу неравномерно и в разных точках Земли создаются разные температуры, что и приводит к возникновению ветра. И хотя приливные электростанции получают энергию от Луны, а атомные станции – от элементов, которые были созданы в космосе при рождении черных дыр и нейтронных звезд, эти элементы попали к нам лишь благодаря гравитации Солнца. Ну, а исходным источником всей энергии Солнца, Луны, звезд и элементов является Большой взрыв – первичный источник энергии Вселенной.

Солнце ускорило процесс нашего превращения в двуногих существ, способных мыслить абстрактно. Солнечные космические частицы, попадая на Землю, увеличивают скорость мутаций в клетках организмов. Именно Солнцу мы обязаны тем, что эти клетки смогли видоизменяться, что эволюция пошла вперед, что мелкие млекопитающие эволюционировали в человека. Мы в некотором смысле космические мутанты. Однако повышенный уровень мутаций приводит и к образованию раковых клеток, а значит к смерти и распаду. Наше существование как людей было буквально выстрадано, заработано ценой глубоких страданий. Но без этих потенциально опасных генетических изменений мы все еще были бы одноклеточными организмами.

По сравнению с другими, более буйными, звездами Солнце имеет довольно спокойный темперамент. Оно по всем параметрами среднее – не особенно большое, не особенно массивное и даже не особенно активное[16]16
  Yuta Notsu, et al. Do Kepler Superflare Stars Really Include Slowly Rotating Sun-like Stars?: Results Using APO 3.5 m Telescope Spectroscopic Observations and Gaia-Dr2 Data. // The Astrophysical Journal 876 (2019): 58. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2019ApJ…876…58N.


[Закрыть]. Его возраст – 4,6 миллиарда лет, и оно находится в расцвете сил. Учитывая его общую массу, термоядерный реактор в ядре Солнца горит медленно. Количество энергии, вырабатываемой в его единице объема, значительно ниже, чем при метаболизме человека. Наш организм – это отлаженный механизм, который постоянно работает на полную мощность. Если бы мы все встали очень близко друг к другу, мы могли бы стать маленькой звездой[17]17
  Твит Марка МакКогрина от 5 января 2020 г.: @markmccaughrean, January 5, 2020. https:// twitter.com/markmccaughrean/status/1213827446514036736.


[Закрыть].

Однако Солнце – благодаря своим размерам – затмевает абсолютно все. Население Земли должно было бы увеличиться почти в квадриллион раз, чтобы производить столько энергии, сколько производит Солнце.

Солнце практически сжигает себя. При синтезе гелия из водорода материя частично превращается в энергию. В результате наша звезда становится легче примерно на четыре миллиарда килограммов в секунду. И хотя Солнце излучает огромную энергию, оно использует лишь ничтожную часть собственной массы, то есть демонстрирует невероятную эффективность. На сегодняшний день ни одна машина, созданная человеком, не может произвести так много энергии при таком небольшом расходе топлива. Если бы наши тела были такими же эффективными и экономичными, как Солнце, каждому человеку понадобилось бы менее половины грамма пищи в течение всей его/ее жизни. Когда речь заходит об эффективности преобразовании массы в энергию в космосе, звезды уступают только черным дырам.

Тем не менее во всем этом есть и толика грусти: в какой‐то момент источник энергии Солнца истощится. Дозаправиться топливом в данном случае не получится. Ядерный реактор на Солнце выгорит, а вместе с ним – конечно, если человечество столько протянет – закончится и жизнь на Земле. Но это событие пока еще далеко. Современные прогнозы дают Солнцу от пяти до шести миллиардов лет, и у нас достаточно времени, чтобы создать побольше солнечных батарей!