Смерть в черной дыре и другие мелкие космические неприятности Тайсон Нил

Глава двадцать восьмая

Хаос в Солнечной системе

Наука тем и отличается от всех прочих человеческих начинаний, что позволяет предсказывать грядущие события, причем довольно точно. Из ежедневных газет зачастую можно узнать даты предстоящих фаз Луны или время завтрашнего восхода Солнца. Однако там обычно не печатают «новости будущего» вроде цен на Нью-Йоркской фондовой бирже при ее закрытии в ближайший понедельник или сообщение о крушении авиалайнера в следующий вторник. Общественность интуитивно, если не в явном виде, понимает, что наука делает предсказания, однако будет удивлена, когда узнает, что иногда наука предсказывает, что то или иное явление непредсказуемо. Такова сущность хаоса. И такова эволюция Солнечной системы в будущем.

Несомненно, хаос в Солнечной системе очень огорчил бы немецкого астронома Иоганна Кеплера, который подарил человечеству первые предсказательные законы физики, увидевшие свет в 1609 и 1619 годах. Опираясь на формулу, которую он вывел эмпирически из положения планет на небе, он смог предсказать среднее расстояние между каждой планетой и Солнцем на основании всего лишь знаний о периоде времени, за который эта планета совершает полный оборот вокруг Солнца. В «Началах» Исаака Ньютона, опубликованных в 1687 году, был сформулирован закон всемирного тяготения, из которого можно вывести все законы Кеплера. Несмотря на то, что закон тяготения тут же стяжал заслуженную славу, Ньютон все же тревожился из-за того, что рано или поздно солнечная система может прийти в полный беспорядок. С типичной для него прозорливостью Ньютон писал в Книге III пересмотренного издания своей «Оптики», которое увидело свет вскоре после его кончины, в 1730 году:

Планеты движутся одним и тем же образом по концентрическим Орбитам, и при этом ожидаются некоторые незначительные Неправильности, которые могут возникнуть из-за взаимодействия… Планет друг с другом, и которые будут способны увеличиваться, пока системе не понадобится Преобразование.

(Newton 1730, p. 402)

Ньютон сделал вывод, что Господу, по всей видимости, приходится время от времени вмешиваться и все подправлять. Об этом мы еще поговорим в части VII. Знаменитый французский математик и один из основателей современной динамики Пьер-Симон Лаплас придерживался противоположного мировоззрения. В своем пятитомном труде «Трактат о небесной механике» («Trait de mcanique cleste», 1799–1825) он выражал уверенность, что Вселенная стабильна и полностью предсказуема. Позднее Лаплас писал в своих «Философских заметках о вероятности» (1814):

При всех силах, которые движут природой… нет ничего неопределенного, и глазам [наблюдателя] будущее открыто точно так же, как и прошлое.

(Laplace 1995, Chap. II, p. 3)

На взгляд того, кто вооружен лишь карандашом и бумагой, Солнечная система и в самом деле стабильна. Однако в век суперкомпьютеров, когда все уже привыкли, что можно выполнять миллиарды операций в секунду, ученые просчитывают модли развития Солнечной системы на сотни миллионов лет вперед. И какой благодарности, спрашивается, мы дождемся за то, что так прекрасно разбираемся в механизмах Вселенной? Что мы получим в награду?

Хаос.

Если вложить проверенные временем физические законы в компьютерные модели грядущей эволюции Солнечной системы, получится хаос. Впрочем, хаос поднимает голову и в других дисциплинах – например в метеорологии, при изучении экосистем с участием хищников и их добычи и практически везде, где есть сложные сильно взаимодействующие

системы.

Чтобы понять, как именно хаос возникает в Солнечной системе, нужно сначала осознать, что различие в положении двух тел, которое принято называть расстоянием, – это всего лишь одно из множества различий, которые можно вычислить. Два тела могут отличаться друг от друга и энергией, и размером и формой орбиты, и ее наклоном. Поэтому можно расширить понятие расстояния и включить в него и разницу между телами по другим перечисленным переменным величинам. Например, два тела, которые в данный момент находятся рядом друг с другом в пространстве, могут вращаться по орбитам совсем разной формы. Тогда расширенное понятие расстояния покажет нам, что на самом деле эти два тела сильно разделены.

Понять, что такое хаос и когда он начинается, обычно можно с помощью двух компьютерных моделей, которые во всем идентичны, кроме того, что в самом начале между ними есть крошечное различие. Например, в одной из двух моделей Солнечной системы Земля по вашей воле чуть-чуть задерживается на орбите, потому что сталкивается с небольшим метеором. Теперь мы уже вооружились знаниями и можем задать простой вопрос: каково «расстояние» между двумя почти идентичными моделями? Расстояние может оставаться постоянным, колебаться и даже возрастать. Если расстояние между двумя моделями возрастает по экспоненте, это происходит потому, что мелкие различия между ними со временем увеличиваются, что на корню подрывает способность исследователя предсказывать будущее. В некоторых случаях тот или иной объект просто вышвыривается из Солнечной системы навсегда.

Это верный признак хаоса.

Если имеет место хаос, то надежно предсказать, к чему приведет эволюция системы в далеком будущем, практически невозможно.

Первыми соображениями по поводу природы хаоса мы обязаны Александру Михайловичу Ляпунову (1857–1918), русскому математику и инженеру-механику. Его докторская диссертация «Общая задача об устойчивости движения» (1892) и по сей день считается классическим научным трудом. Со времен Ньютона все были уверены, что вычислить точную траекторию двух тел в замкнутой системе, которые вращаются друг вокруг друга по орбите – например двойной звезды, – можно всегда. Никакой нестабильности. Но стоит включить в этот танец другие тела, как орбиты становятся все сложнее и сложнее и все больше и больше зависят от тонкостей первоначальных условий. А у нас тут, в Солнечной системе, девять планет, семьдесят с лишним спутников, астероиды и кометы. Казалось бы, куда уж сложнее, но это только начало. Орбиты небесных тел в Солнечной системе зависят еще и от того, что Солнце ежесекундно теряет 4 миллиона тонн вещества в ходе термоядерного синтеза в его недрах. Вещество превращается в энергию, которая затем покидает поверхность Солнца в виде света. Кроме того, Солнце теряет массу, поскольку испускает солнечный ветер – постоянный поток заряженных частиц. К тому же, Солнечная система ощущает притяжение звезд, которые время от времени проходят неподалеку при своем регулярном движении по орбитам вокруг центра нашей Галактики.

Чтобы оценить, какую задачу приходится решать тому, кто собрался изучить динамику Солнечной системы, вспомните, что уравнения движения позволяют вычислить совокупную силу гравитации, которая действует на тело в каждый данный момент со стороны всех известных объектов в Солнечной системе и вне ее. Если знать, какая сила действует на каждый объект, можно (на компьютере) подтолкнуть все эти объекты в том направлении, в каком они должны двигаться. Однако теперь сила, воздействующая на каждое тело в Солнечной системе, меняется, поскольку все сдвинулось. Поэтому придется пересчитать все силы и снова все подвинуть. Это происходит на протяжении всей работы с моделью, что в некоторых случаях требует триллионов таких сдвигов. И если проделать все эти вычисления – или им подобные, – поведение Солнечной системы станет хаотичным. Когда пройдет примерно 5 миллионов лет для внутренних планет земной группы (это Меркурий, Венера, Земля и Марс) и около 20 миллионов лет для внешних газовых гигантов (Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна), произвольно маленькие «расстояния» между первоначальными условиями заметно возрастут. А если проследить согласно модели, что произойдет через 100–200 миллионов лет, то мы окончательно утратим способность предсказывать траектории планет.

Это, конечно, плохо. Рассмотрим такой пример. Задержка Земли на орбите, которая возникает из-за запуска одного-единственного космического аппарата, способна так повлиять на наше будущее, что примерно через 200 миллионов лет Земля сместится на орбите вокруг Солнца почти на 60 градусов. Если речь идет об отдаленном будущем, можно, в принципе, и не знать точно, в какой точке орбиты будет находиться Земля, это вполне невинное заблуждение. Однако, когда мы понимаем, что астероиды из одного семейства орбит могут хаотически мигрировать в другое семейство орбит, становится уже не по себе. Если астероиды способны мигрировать, а Земля окажется в какой-то точке орбиты, которую мы не в состоянии предсказать, значит, рассчитывать риск столкновения с крупным астероидом, которое может привести к гибели всего живого на планете, нам удастся лишь до некоторого предела.

Так что же, надо делать космические аппараты из более легких материалов? Или вовсе отказаться от космической программы? Надо ли волноваться из-за того, что Солнце теряет массу? Надо ли тревожиться, что поскольку Земля продирается через межпланетный мусор, на нее каждый день налипают тысячи тонн метеоритной пыли? Или всем нам нужно перебраться на одно полушарие и одновременно подпрыгнуть? Нет, всего этого нам не нужно. Отдаленные последствия мелких отклонений все равно потонут в море надвигающегося хаоса. В некоторых случаях незнание перед лицом хаоса идет лишь на пользу.

Возможно, скептик и решит, что непредсказуемость сложных динамических систем в долгосрочной перспективе на самом деле лишь результат накопления погрешностей при вычислениях либо какой-то особенности компьютерной микросхемы или программы. Однако, если бы такое предположение было верно, компьютерные системы предсказывали бы хаос и в системах из двух тел. Но этого не происходит. И если убрать из модели Солнечной системы Уран и повторить все те же вычисления для газовых гигантов, никакого хаоса не последует. Еще одна проверка модели – это моделирование динамики Плутона, у орбиты которого высокий эксцентриситет и поистине позорный крен. В сущности, поведение Плутона – это такой благовоспитанный хаос: маленькие «расстояния» между начальными условиями тоже приводят к непредсказуемому набору траекторий, однако сам по себе набор этот ограничен. Но главное в другом: разные исследователи на разных компьютерах при помощи разных методов вычислений вывели примерно одни и те же сроки зарождения хаоса в долгосрочной эволюции Солнечной системы.

Мы изучаем долгосрочное поведение Солнечной системы не только потому, что эгоистически стремимся избежать вымирания. Располагая всесторонней моделью эволюции, специалисты по динамике могут вернуться в прошлое и исследовать историю Солнечной системы, когда даже личный состав планет и тот, вероятно, был совсем не таким, как сегодня. Например, планеты, которые возникли при рождении Солнечной системы 5 миллиардов лет назад, вполне могли быть впоследствии выброшены за ее пределы. Более того, начинали мы с нескольких десятков планет, а не с восьми, и большинство из них оказались вышвырнуты в межзвездное пространство, словно чертик из коробочки.

В последние 400 лет мы проделали огромный путь – от полного непонимания закономерностей движения планет до уверенности, что мы не сможем предсказать эволюцию Солнечной системы в необозримом будущем. Это пиррова победа в нашей бесконечной борьбе за понимание устройства Вселенной.

Глава двадцать девятая

Гравитационные соблазны

Чтобы услышать страшные прогнозы о гибели всего сущего из-за столкновения с астероидами-убийцами, далеко ходить не приходится. И это хорошо, поскольку почти все, что вы видели, читали или слышали, – истинная правда.

Вероятность, что на моем или на вашем надгробии напишут «Погиб от попадания метеорита», примерно такая же, как и «Погиб в авиакатастрофе». Однако за последние 400 лет от падения метеоритов погибло человек двадцать, а за сравнительно краткую историю пассажирских авиаперевозок число жертв авиакатастроф составляет тысячи. Неужели в этой сравнительной статистике нет противоречия? Как такое может быть? Очень просто. Данные о падениях метеоритов говорят, что за период в 10 миллионов лет – именно за это время во всех авиакатастрофах погибнет миллиард человек (если считать, что в авиакатастрофах погибает в среднем 100 человек в год), – скорее всего, в Землю врежется астероид, у которого хватит энергии, чтобы убить миллиард человек. Правильно понимать эту статистику мешает то обстоятельство, что в авиакатастрофах погибает по несколько человек за раз, а астероид, вероятно, не убьет никого и за несколько миллионов лет. Зато уж когда он попадет в Землю, то унесет жизни нескольких сотен миллионов человек сразу и еще несколько сотен миллионов – в результате последующих глобальных климатических катастроф.

На ранних этапах существования Солнечной системы кометы и астероиды бомбардировали ее с устрашающей частотой. Теории и модели формирования планет показывают, что химически обогащенный газ конденсируется, создает молекулы, потом частички пыли, потом камни и лед. А потом начинается настоящая бомбежка. Столкновения помогают химическим и гравитационным силам связывать более мелкие объекты в более крупные. У тех объектов, которые по случайности набрали массу немного больше среднего, и гравитация немного больше, поэтому они еще сильнее притягивают другие объекты. Набор массы – ученые называют его аккрецией – продолжается, в конце концов гравитация превращает глыбы в шары, и рождаются планеты. У самых массивных планет гравитации хватает на то, чтобы сохранять газовую оболочку. Все планеты продолжают набирать массу до конца дней своих, просто темп аккреции со временем становится гораздо меньше, чем в период формирования.

И все же на самой периферии Солнечной системы – на расстоянии до тысячи раз большем, чем расстояние до Плутона – остаются миллиарды, а вероятно, даже триллионы комет, чувствительных к гравитационным толчкам от проходящих мимо звезд и межзвездных облаков, которые отправляют кометы в долгое путешествие вовнутрь системы, к Солнцу. Кроме того, в число строительного мусора после возникновения Солнечной системы входят и кометы с коротким периодом, несколько десятков которых, как мы знаем, пересекают орбиту Земли. И несколько тысяч астероидов, как известно, тоже.

Слово «аккреция» звучит не так весело, как «столкновение, в результате которого вымирают биологические виды и разрушаются экосистемы». Но с точки зрения истории Солнечной системы это одно и то же. Нельзя одновременно радоваться, что живешь на планете, радоваться, что твоя планета богата химическими соединениями, радоваться, что ты не динозавр, и при этом дуться из-за риска катастрофы всепланетного масштаба.

Энергия от падения на Землю метеоритов отчасти гасится в нашей атмосфере – уходит на трение и на ударную волну в воздухе. Грохот при переходе через звуковой барьер – это тоже ударная волна, но обычно его производят самолеты, летящие со скоростью от одной до трех скоростей звука. Самое страшное, что может сделать такая ударная волна, – это задребезжать посудой в буфете. Но когда скорость достигает 70 000 километров в час, то есть превышает скорость звука примерно в семьдесят раз, ударная волна от столкновения небольшого астероида с Землей может привести к страшным последствиям.

Если астероид или комета достаточно велики и их собственная ударная волна их не разрушит, то вся оставшаяся энергия окажется направлена на поверхность Земли – и произойдет взрыв, от которого почва расплавится и образуется кратер диаметром раз в двадцать больше самого астероида. Если на Землю упадет много астероидов с небольшими промежутками, то земная поверхность не успеет остыть в промежутке между ударами. Изучение древних кратеров на поверхности Луны – нашей ближайшей космической соседки – говорит нам, что примерно 4,6–4,0 миллиарда лет назад Земля пережила эпоху сильнейшей бомбардировки. А возраст древнейших ископаемых останков живых организмов на Земле – примерно 3,8 миллиардов лет. Незадолго до этого поверхность Земли подвергалась непрерывной стерилизации, что препятствовало возникновению сложных молекул, а следовательно, и жизни. Это, конечно, плохо, – но надо учесть, что при этом на Землю бесперебойно доставлялись необходимые ингредиенты.

Сколько времени требуется, чтобы зародилась жизнь? Обычно говорят, что 800 миллионов лет (4,6 миллиардов – 3,8 миллиарда = 800 миллионов). Однако, если по-честному принять во внимание данные органической химии, надо сначала вычесть все то время, на протяжении которого поверхность Земли была так раскалена, что ни о каких органических молекулах не было и речи. И тогда на то, чтобы из первобытного бульона, богатого химическими соединениями, возникла жизнь, останется всего 200 миллионов лет. А этот бульон, как полагается всякому нормальному бульону, был приготовлен на воде.

Да-да. Та самая вода, которую вы пьете каждый день, попала на Землю отчасти благодаря кометам, упавшим 4 миллиарда лет назад. Однако не весь космический мусор родился во время формирования Солнечной системы. На Землю по меньшей мере десяток раз попадали каменистые обломки с Марса – и куда большее число раз обломки с Луны. Эти обломки получаются, когда у метеоритов, которые падают на небесное тело, энергии столько, что более мелкие каменные глыбы, оказавшиеся поблизости от места падения, выбивает вверх со скоростью, которой хватает на то, чтобы преодолеть притяжение планеты. После этого каменные глыбы сами регулируют собственную баллистику на орбите вокруг Солнца, пока не врежутся еще во что-нибудь. Самый знаменитый марсианский метеорит – это первый, который в 1984 году был обнаружен в районе гор Алан Хиллс в Антарктиде. Официальное его название – аббревиатура, которая выглядит загадочно, но на самом деле совершенно логична: ALH-84001. Так вот, при изучении этого метеорита были получены очень соблазнительные, но все же косвенные данные, что миллиард лет назад на красной планете кишмя кишела простейшая жизнь. А совсем недавно марсоходы «Спирит» и «Оппортьюнити» обнаружили минералы и породы, которые могли образоваться только в присутствии стоячей воды.

Поскольку жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, не может обойтись без жидкой воды, гипотеза о вероятном появлении жизни на Марсе совсем не противоречит научной точке зрения. Самое интересное начинается, когда задумываешься, не могло ли быть так, что жизнь зародилась сначала на Марсе, а потом ее вышвырнуло с поверхности красной планеты – и первые бактериальные астронавты в Солнечной системе очутились на Земле и запустили на ней эволюцию. У этого процесса есть даже ученое название – «панспермия». Не исключено, что все мы – потомки марсиан.

Гораздо вероятнее, что вещество перемещалось именно с Марса на Землю, а не наоборот. Чтобы вырваться из гравитационных уз Земли, нужно более чем в два с половиной раза больше энергии, чем для того, чтобы покинуть Марс. Более того, атмосфера Земли примерно в сто раз плотнее. Сопротивление воздуха на Земле по сравнению с марсианским просто чудовищное. В общем, это должны были быть очень выносливые бактерии – ведь им ко всему прочему пришлось бы пережить несколько миллионов лет межпланетных странствий, прежде чем добраться до Земли. К счастью, на Земле нет недостатка ни в жидкой воде, ни в разнообразных химических соединениях, поэтому для объяснения происхождения жизни на нашей планете в привычном для нас виде не обязательны теории панспермии. С одной оговоркой: такого объяснения у нас до сих пор нет.

Как ни парадоксально, в основных эпизодах вымирания, известных по ископаемым останкам, мы вполне можем винить именно падение метеоритов, более того, их мы и виним. Однако каков риск для жизни и общества в наши дни? Ниже вы увидите таблицу, где приведена средняя частота столкновений Земли с метеоритами и астероидами, размер этих метеоритов и астероидов и энергия столкновения в тротиловом эквиваленте. Для справки я включил в таблицу столбец, где за единицу энергии столкновения взята та атомная бомба, которую США сбросили на Хиросиму в 1945 году. Эти данные я взял из диаграммы, которую составил в 1992 году Дэвид Моррисон из НАСА.

Таблица основана на тщательном анализе истории кратеров, оставшихся на Земле после падения метеоритов, а также кратеров на поверхности Луны, не подверженных эрозии, и на том, что мы знаем количество астероидов и комет, чьи орбиты пересекаются с орбитами Земли.

По таблице можно найти энергетику некоторых знаменитых метеоритов. Например, взрыв метеорита возле сибирской реки Тунгуски в 1908 году повалил тысячи квадратных километров тайги и выжег 300 квадратных километров вокруг эпицентра. Считается, что тогда на Землю упал каменный метеорит диаметром 60 метров (размером примерно с двадцатиэтажный дом), который взорвался в воздухе и поэтому не оставил кратера. Судя по таблице, столкновения подобного масштаба должны происходить в среднем раз в двести лет. Двухсоткилометровый кратер Чиксулуб на полуострове Юкатан в Мексике, как полагают ученые, – визитная карточка десятикилометрового астероида. Энергия удара была приблизительно в 5 миллионов раз больше, чем от взрывов атомных бомб во время Второй Мировой войны, и по расчетам подобные столкновения происходят примерно один раз в 100 миллионов лет. Возраст кратера – около 65 миллионов лет, и с тех пор подобных катастроф еще не было. По странному совпадению, примерно в то же время вымерли тиранозавр и его приятели, благодаря чему, собственно, млекопитающие и получили возможность эволюционировать в нечто более честолюбивое, чем землеройка.

Те геологи и палеонтологи, которые упорно отрицают роль космических катастроф в истории исчезновения некоторых биологических видов на Земле, должны найти какое-то другое применение огромному количеству энергии, попадающему на Землю из космоса. Правда, само количество энергии от попадания на Землю метеорита может быть разным, и его значения варьируются в поистине астрономических масштабах. В обзоре метеоритной опасности для Земли, написанном для толстой книги «Hazards Due to Comets and Asteroids» («Опасности, связанные с кометами и астероидами», Gehrels 1994), Дэвид Моррисон из Эймсовского исследовательского центра НАСА, Кларк Р. Чепмен из Планетологического института США и Пол Словик из Университета штата Орегон кратко описывают, каковы могут быть последствия нежелательных энергетических вбросов для экосистемы Земли. Их соображения я и привожу здесь в несколько упрощенном виде.

Большинство метеоритов, энергия которых меньше 10 мегатонн, взрываются в атмосфере и не оставляют ни следа кратера. Те немногие, которые остаются целы, скорее всего, богаты железом.

Железный метеорит с энергией от 10 до 100 мегатонн оставит кратер, а его каменный эквивалент развалится, и это приведет к серии взрывов, в основном в воздухе. Если такой метеорит упадет на поверхность Земли, то разрушит территорию, равную площади города Вашингтона.

При падении на земную поверхность метеоритов с энергией от 1000 до 10 000 мегатонн опять же остаются кратеры; если метеорит попадет в океан, это вызовет значительные приливные волны. При падении на сушу будет разрушена территория размером со штат Делавэр.

Если на Землю упадет метеорит с энергией 100 000–1 000 000 мегатонн, это приведет к поражению озонового слоя в масштабах всей планеты; если он попадет в океан, это вызовет гигантские волны, которые скажутся на целом полушарии, а если на сушу – поднимет в стратосферу столько пыли, что климат Земли изменится, а посевы замерзнут. При падении на Землю такой метеорит разрушит территорию размером с Францию.

Падение метеорита с энергией 10–100 миллионов мегатонн приведет к долгосрочным климатическим катаклизмам и к пожарам в масштабах всей планеты. Падение на поверхность уничтожит территорию, равную континентальной территории США.

Падение на поверхность или в океан метеорита с энергией 100 000 000–1 000 000 000 мегатонн приведет к массовому вымиранию того же масштаба, что и падение метеорита, оставившего кратер Чиксулуб 65 миллионов лет назад, когда с лица Земли были внезапно стерты почти 70 % всех биологических

видов.

К счастью, у нас есть возможность заносить в каталог все астероиды крупнее километра из числа тех, орбиты которых пересекаются с орбитой Земли: именно начиная с такого размера можно опасаться глобальной катастрофы. Создать систему раннего предупреждения и защиты рода человеческого от астероидной опасности – вполне реалистичная цель, и именно это и рекомендовано в документе НАСА «Spaceguard Survey Report» и – хотите верьте, хотите нет, – это находится под пристальным наблюдением Конгресса США. К сожалению, объекты меньше километра не отражают достаточно света, чтобы их можно было надежно регистрировать и отслеживать. Они могут врезаться в нас безо всякого предупреждения, а если и предупредят, то у нас не хватит времени, чтобы хоть что-то предпринять. Правда, не все так плохо: хотя у них хватит энергии, чтобы устроить локальную катастрофу и выжечь целую страну, все человечество из-за них точно не вымрет.

Земля, разумеется, не единственная каменистая планета, которой грозит опасность столкнуться с астероидом. Поверхность Меркурия вся изрыта кратерами, на взгляд непосвященного он очень похож на Луну. Недавние радиотопографические исследования закутанной в облака Венеры также показали, что на ней много кратеров. А на Марсе, на котором когда-то шли очень активные геологические процессы, есть большие кратеры, которые сформировались совсем недавно.

Юпитер более чем в триста раз массивнее Земли и более чем в десять раз больше в диаметре, поэтому никто в Солнечной системе не может тягаться с ним в способности притягивать кометы и астероиды. В 1994 году на той неделе, когда праздновалась двадцать пятая годовщина посадки «Аполлона-11» на Луну, комета Шумейкеров-Леви 9, распавшаяся на два десятка обломков в результате взаимодействия с Юпитером во время предыдущего прохода мимо него, угодила по частям в его атмосферу. Газовые «шрамы» были заметны с Земли даже в любительские телескопы. Поскольку Юпитер быстро вращается – один оборот за 10 часов – разные части кометы попали в разные участки вращающейся атмосферы. Кстати, если вам интересно, каждый обломок кометы нес с собой столько же энергии, сколько и метеорит, оставивший кратер Чиксулуб. И теперь, хотя мы еще очень многого не знаем о Юпитере, одно можно утверждать наверняка: динозавров там точно не осталось!

Ископаемые остатки на Земле изобилуют вымершими видами, организмами, которые прожили в покое и процветании гораздо дольше общего стажа, набранного Homo sapiens на сегодняшний день. В этом списке есть и динозавры. Как же нам защититься от чудовищных энергетических зарядов из космоса? Боевой клич тех, кому хочется найти применение ядерным боеголовкам, раз уж никакой ядерной войны никто не ведет, – «Разбомбим их прямо в небе!» Конечно, ядерное оружие – это и правда самый мощный заряд разрушительной энергии, придуманный человеком. Прямое попадание в надвигающийся астероид, пожалуй, может разбить его на мелкие кусочки, что смягчит удар, и вместо глобальной катастрофы получится безвредный, хотя и зрелищный метеоритный дождь. Обратите внимание, что в пустом пространстве, где нет воздуха, нет и ударных волн, поэтому ядерная боеголовка, чтобы разрушить астероид, должна вступить в ним в непосредственный контакт.

Есть и другой метод: задействовать нейтронные бомбы, испускающие мощное излучение (напомню, что это именно те бомбы, которые убивают людей, но оставляют нетронутыми здания), тогда высокоэнергичная нейтронная ванна разогреет одну сторону астероида до такой температуры, что вещество, из которого он состоит, резко расширится, и это вытолкнет астероид с траектории столкновения. Более деликатный и вежливый способ – отклонить астероид в сторону при помощи неспешной, но постоянной ракетной бомбардировки, которая каким-то образом будет нацелена в одну его сторону. Если заняться этим заблаговременно, то потребуется всего лишь небольшой толчок при помощи ракет на обычном химическом топливе. Если бы мы составили каталог всех до единого объектов размером километр и больше, орбиты которых пересекают земную, то смогли бы при помощи тщательных компьютерных расчетов предсказывать катастрофические столкновения за сотни и даже тысячи оборотов по орбите, в отдаленном будущем, так что землянам хватило бы времени, чтобы наладить соответствующую оборону. Однако наш список потенциально смертоносных объектов прискорбно неполон, а предсказывать поведение объектов через миллионы и миллиарды оборотов по орбите нам сильно мешает хаос.

Самая страшная порода небесных тел, участвующих в этих гравитационных игрищах, – это, безусловно, долгопериодические кометы, то есть, по общепринятой классификации, те, период которых превышает 200 лет. Это примерно четверть общего количества объектов, с которыми Земля рискует столкнуться; они попадают во внутреннюю часть Солнечной системы с огромных расстояний и при приближении к Земле достигают скоростей свыше 150 000 километров в час. Следовательно, долгопериодические кометы набирают куда больше энергии для своих габаритов, чем какой-нибудь приблудный астероид. А главное – они на протяжении почти всей орбиты такие тусклые, что их невозможно отследить. К тому времени, как мы поймем, что на нас летит долгопериодическая комета, у нас, вероятно, останется совсем немного времени, от нескольких месяцев до двух лет, чтобы финансировать, разработать, построить и запустить какое-то устройство для ее перехвата.

Например, комета Хякутакэ была обнаружена в 1996 году всего за четыре месяца до того момента, когда она подошла ближе всего к Солнцу, поскольку ее орбита была сильно наклонена относительно плоскости Солнечной системы и проходила именно там, куда никто не смотрел. По пути комета Хякутакэ прошла в 15 миллионах километров от Земли (почти попала!) и была прекрасно видна в ночном небе.

Кстати, внесите в ежедневник: в пятницу 13 апреля 2029 года астероид такого размера, что он впишется в стадион «Роуз-Боул», словно яйцо в подставку, подлетит к Земле на такое расстояние, что поднырнет под наши спутники связи. Мы решили не называть его «Бэмби». Он получил имя Апофис в честь египетского бога мрака и смерти. Если траектория Апофиса при приближении к Земле пройдет в определенном диапазоне высоты, называемом «замочная скважина», влияние земной гравитации на его орбиту будет таково, что гарантирует прямое столкновение с Землей при следующем проходе – семь лет спустя, в 2036 году, – и тогда Апофис упадет в Тихий океан между Калифорнией и Гавайями. Возникшее в результате цунами сотрет с лица Земли все Западное побережье Северной Америки, потопит Гавайи и опустошит всю территорию Тихоокеанского хребта. Если же Апофис в 2029 году промахнется мимо замочной скважины, то в 2036 году нам, разумеется, можно будет ничего не опасаться[5].

Так надо ли нам создавать высокотехнологичные снаряды, чтобы они сидели в своих шахтах и ждали, когда их призовут на защиту человечества? Сначала нам нужна подробная перепись орбит всех объектов, представляющих риск для Земли. На всем белом свете этим занимается всего несколько десятков человек. Кстати, на какой срок имеет смысл наладить оборону Земли? Если люди когда-нибудь вымрут из-за катастрофического столкновения с астероидом, это будет величайшая трагедия в истории Вселенной. И не только потому, что у нас не хватило мозгов, чтобы защитить себя, но и потому, что у нас не хватило прозорливости. Биологический вид, который сменит нас на постапокалиптической Земле, будет, наверное, дивиться, глядя на наши скелеты в витринах своих музеев естествознания, почему же большеголовый Homo sapiens оказался ничуть не умнее динозавров, у которых мозги были буквально с горошину.

Глава тридцатая

Концы света

Бывают времена, когда все кругом только и трещат о том, когда настанет конец света и каким он будет. Иногда сценарий оказывается знакомым, иногда нет. В СМИ обычно обсуждают всевозможные гибельные инфекции, ядерную войну, столкновения с кометами и астероидами, загрязнение окружающей среды. Сценарии эти совсем разные, однако вполне могут привести к гибели человека как биологического вида на Земле (и заодно нескольких других избранных видов).

Разумеется, всевозможные приевшиеся лозунги вроде «Берегите Землю» на самом деле призывают к тому, чтобы мы берегли не саму планету, а жизнь на ней. Однако правда состоит в том, что погубить Землю людям не под силу. Наша планета останется на своей орбите вокруг Солнца, как и другие ее сестры-планеты, и тогда, когда вид Homo sapiens давно уже вымрет по той или иной причине.

При этом почти никто не говорит о сценариях конца света, которые на самом деле ставят под угрозу положение нашей планеты с благоприятным климатом на стабильной орбите вокруг Солнца. Я предлагаю подобные прогнозы не потому, что считаю, будто люди успеют столкнуться с подобным развитием событий до того, как вымрут, а потому, что могу их рассчитать при помощи астрофизического инструментария. Первые три апокалиптических сценария, которые приходят на ум, – это гибель Солнца, возможное столкновение галактики Млечный Путь с галактикой Андромеда и гибель Вселенной, по поводу которой в астрофизическом сообществе в последнее время достигнуто определенное согласие.

Компьютерные модели эволюции звезд сродни актуарным таблицам, какими пользуются в страховых компаниях. Из них следует, что ожидаемая продолжительность жизни нашего Солнца – целых 10 миллиардов лет. Поскольку на сегодня возраст Солнца, по оценкам, составляет около 5 миллиардов лет, нашу звезду ждет еще 5 миллиардов лет относительно стабильной выработки энергии. Если к этому времени мы не придумаем, куда деваться с Земли, то сможем пронаблюдать, как Солнце истощит свои запасы топлива. И станем свидетелями значительного, пусть и печального, события в жизни звезды.

Своей стабильностью Солнце обязано тому, что в его недрах при температуре в 15 миллионов градусов идет устойчивый термоядерный синтез водорода в гелий. Гравитация, которая хочет, чтобы звезда схлопнулась под своим весом, уравновешена направленным вовне давлением газа, которое поддерживается термоядерной реакцией. Более 90 % атомов в Солнце – это атомы водорода, но нам важны только те из них, которые находятся в его горячем и плотном ядре. Когда там выгорит весь водород, останется всего лишь шар из атомов гелия, которым для того, чтобы перегореть в более тяжелые элементы, нужна температура даже большая, чем водороду. Когда центральный двигатель временно отключится, Солнце выйдет из равновесия. Гравитация победит, внутренние области звезды схлопнутся, температура в центре поднимется до 100 миллионов градусов, и запустится синтез углерода из гелия. При этом светимость Солнца, фигурально выражаясь, взлетит до небес, и это заставит внешние слои чудовищно раздуться, так что Солнце поглотит орбиты Меркурия и Венеры. Затем Солнце разрастется так, что займет весь небосвод – при расширении оно захватит и орбиту Земли тоже. Температура на земной поверхности будет подниматься, пока не сравняется с температурой внешних слоев расширяющегося Солнца и не достигнет отметки в 3000 градусов. Океаны сначала вскипят, а потом полностью испарятся в межпланетное пространство. При этом испарится и жаркая атмосфера. И Земля превратится в раскаленный докрасна уголек, вращающийся глубоко под внешними газовыми слоями Солнца. Газ замедлит движение Земли по орбите и заставит ее устремиться по смертоносной спирали прямо в солнечное ядро. При спуске туда из-за быстро повышающейся температуры солнечного вещества Земля быстро испарится, и исчезнут все ее следы. Вскоре после этого термоядерная реакция в недрах Солнца окончательно остановится, Солнце утратит тонкую газовую оболочку, в которой еще сохранятся рассеянные земные атомы, и из-под нее покажется мертвое ядро.

Впрочем, нам-то какое дело. Задолго до того, как этот сценарий воплотится в жизнь, мы наверняка вымрем по какой-нибудь другой причине.

Вскоре после того, как Солнце затерроризирует Землю, у Млечного Пути начнутся свои сложности. Из сотен тысяч галактик, скорости которых относительно Млечного Пути удалось надежно измерить, лишь несколько движутся в нашу сторону, а остальные – от нас со скоростью, прямо пропорциональной расстоянию от нас. То, что галактики по большей части удаляются от нас, открыл в двадцатые годы прошлого века Эдвин Хаббл, в честь которого назван Космический телескоп им. Хаббла, и это наблюдение считается доказательством, что наша Вселенная расширяется. Млечный Путь и галактика Андромеда, в которой несколько сотен миллиардов звезд, находятся друг от друга так близко, что расширение Вселенной пренебрежимо мало влияет на их относительное движение. Так сложилось, что Андромеда и Млечный Путь дрейфуют друг к другу со скоростью около 100 километров в секунду, то есть треть миллиона километров в час. Если наша Галактика движется в сторону медленно (а этого мы точно не знаем), то разделяющие нас 2,4 миллиона световых лет примерно через 7 миллиардов лет сократятся до нуля.

Межзвездное пространство такое пустое и просторное, что нам нечего тревожиться, как бы какая-нибудь звезда из Андромеды случайно не врезалась в Солнце. При встрече двух галактик – а с безопасного расстояние зрелище будет потрясающее – звезды, скорее всего, пройдут друг мимо друга. Однако без неприятностей не обойдется. Некоторые звезды из Андромеды могут зарулить слишком близко к нашей Солнечной системе и повлиять на орбиты планет, а также сотен миллиардов комет, которые обитают во внешней части Солнечной системы. В частности, появление поблизости посторонних звезд – серьезное испытание для гравитационной верности небесных тел. Компьютерные модели обычно показывают, что незваные гостьи либо украдут планеты – этакий мимолетный в буквальном смысле слова грабеж, – либо сорвут их с орбит и вышвырнут в межпланетное пространство.

Помните, как придирчиво относилась к чужой каше Златовласка в части IV? Если Землю похитит своими гравитационными узами другая звезда, нет никакой гарантии, что новая орбита окажется на нужном расстоянии, чтобы на поверхности Земли сохранялась жидкая вода, а в наши дни все согласны, что это необходимое условие поддержания жизни в привычном для нас виде. Если Земля окажется на слишком близкой орбите, вода быстро испарится. А если на слишком далекой, запас воды замерзнет.

Если благодаря каким-то чудесам технического прогресса будущие обитатели Земли умудрятся продлить жизнь Солнца, эти усилия пойдут насмарку, когда Землю вышвырнет в холодные пучины космоса. В отсутствие близлежащего источника энергии поверхность Земли быстро остынет значительно ниже нуля по Цельсию. Наша драгоценная атмосфера из азота и кислорода и других газов сначала станет жидкой, затем прольется на поверхность и замерзнет, покрыв Землю подобием глазури на сферическом торте. Мы замерзнем насмерть прежде, чем у нас появится шанс умереть от голода. Последними живыми организмами, которые сохранятся на Земле, будут те привилегированные виды, которые в результате эволюции полагаются не на энергию Солнца, а на слабые (какими они станут тогда) геотермальные и геохимические ресурсы и обитают глубоко под поверхностью, в трещинах и разломах земной коры. Пока что люди среди них не значатся.

Избежать подобной участи можно разве что если заведешь гиперпространственные двигатели – и, подобно улитке, покидающей раковину, или раку-отшельнику, отправишься искать где-нибудь на просторах Галактики другую планету, которую назовешь своим домом.

Сколько ни строй гиперпространственные двигатели, от судьбы всего космоса не уйдешь: гибель Вселенной невозможно отсрочить и тем более отменить. Где бы ты ни спрятался, все равно ты часть Вселенной, которая неумолимо катится к финалу – причем довольно странному.

Самые свежие, самые надежные данные о плотности вещества и энергии в космосе и о темпе расширения Вселенной показывают, что у нас билет в один конец: совокупная гравитация всего вещества на свете не способна остановить и обратить вспять расширение Вселенной. Самая удачная модель Вселенной и ее происхождения сочетает концепцию Большого Взрыва с современным пониманием гравитации, выведенным из общей теории относительности Эйнштейна. Как мы увидим в части VII, вскоре после рождения Вселенная представляла собой бурлящий океан вещества, смешанного с энергией, а ее температура достигала триллиона градусов. За последующий период расширения в 14 миллиардов лет фоновая температура Вселенной упала всего до 2,7 градусов по абсолютной шкале (шкале Кельвина). А по мере дальнейшего расширения Вселенной эта температура будет все ближе к абсолютному нулю.

Такая низкая фоновая температура влияет на нас, землян, разве что косвенно, потому что наше Солнце в нормальных обстоятельствах обеспечивает нам покой и уют. Но по мере того, как из облаков межзвездного газа рождаются все новые поколения звезд, остается все меньше и меньше материала для следующих поколений. Рано или поздно драгоценные запасы межзвездного газа истощатся, что уже произошло почти в половине галактик во Вселенной. Небольшая доля звезд с самой большой массой схлопнутся полностью, и больше мы их не увидим. Жизнь некоторых звезд завершается тем, что они взрываются и рассеивают свое вещество по всей галактике – происходит взрыв сверхновой. Тогда получается, что газ, из которого они состоят, отчасти возвращается во Вселенную и расходуется на следующее поколение. Однако большинство звезд, и в том числе Солнце, в конце концов просто израсходуют топливо у себя в недрах и, миновав фазу раздувшегося гиганта, схлопнутся и превратятся в компактный шар вещества, который излучает в холодную Вселенную свое жалкое остаточное тепло.

Краткий список звездных трупов всем, наверное, знаком: черные дыры, нейтронные звезды (пульсары) и белые карлики – все это тупиковые ветви на эволюционном древе звезд. Однако у них есть и кое-что общее: вещество, из которого они состоят, навсегда исключается из вселенского строительства. Иначе говоря, если звезды сгорают, а новых не появляется, во Вселенной в конце концов не останется ни одной живой звезды.

А как же Земля? Мы рассчитываем, что Солнце будет исправно изо дня в день поставлять нам энергию на поддержание жизни. Если мы лишимся и Солнца, и энергии от других звезд, все механические и химические процессы на Земле и в ее недрах, в том числе и жизнь, остановятся, словно незаведенные часы. В конце концов вся энергия движения израсходуется на трение, и температура по всей системе выровняется. Земля зависнет под беззвездным небом и окажется беззащитной перед холодом расширяющейся Вселенной. Температура на ней упадет – так остывает на подоконнике свежевыпеченная шарлотка. Однако такая судьба ждет не только Землю. Когда пройдет много триллионов лет и ни одной звезды не останется, а все процессы во всех уголках Вселенной остановятся, все части Вселенной остынут до той же температуры, что и остывающий фон. К этому времени никакие межзвездные путешествия никого не спасут, поскольку замерзнет даже преисподняя. И тогда можно будет объявить, что Вселенная умерла – не с шумом и треском, а с тихим всхлипом.

Глава тридцать первая

Галактические двигатели

Галактики во многих отношениях – объекты феноменальные. Во-первых, это фундаментальные единицы организации видимой материи во Вселенной. Всего их насчитывается сотня миллиардов. В каждой из них упакованы сотни миллиардов звезд. Галактики бывают спиральные, эллиптические или неправильной формы. По большей части они светятся. Большинство летает в пространстве поодиночке, хотя некоторые в результате гравитационного взаимодействия вращаются парами, семейными группами, скоплениями и сверхскоплениями.

Галактики бывают самой разнообразной формы, что породило всевозможные классификации, обогащающие словарный запас астрофизиков. Одна из разновидностей – так называемая активная галактика, центр которой испускает необычно много энергии в одном или нескольких диапазонах. Именно в центре галактики и расположен галактический двигатель. Именно в центре галактики и расположена сверхмассивная черная дыра.

Список обитателей зоопарка активных галактик выглядит будто перечень призов для беспроигрышной лотереи: галактики с активным звездообразованием, лацертиды, сейфертовские галактики (I и II типа), блазары, N-галактики (от слова «nucleus» – ядро), LINER-галактики (от словосочетания «low-ionization nuclear emission-line region» – «ядро с эмиссионными линиями слабой ионизации»), инфракрасные галактики, радиогалактики и, разумеется, сливки общества активных галактик – квазары. Незаурядная светимость этих элитных галактик объясняется загадочной активностью в небольшой области, скрытой глубоко в их ядре.

Самые экзотичные из них – квазары, открытые в начале 60-х годов XX века. Среди них есть объекты со светимостью в тысячу раз больше, чем у нашей галактики Млечный Путь, однако энергию они черпают из области, которая вполне вписалась бы в орбиты планет нашей Солнечной системы. Любопытно, что поблизости от нас таких объектов нет. Ближайший находится на расстоянии примерно 1,5 миллиарда световых лет, то есть свет от него шел до нас через межзвездное пространство 1,5 миллиарда лет. А большинство квазаров расположены дальше 10 миллиардов световых лет. Поскольку квазары маленькие и находятся на огромном расстоянии, на фотографиях их невозможно отличить от точечек, которые оставляют ближайшие звезды из нашей собственной галактики Млечный Путь, так что при помощи оптического телескопа квазар не откроешь. Первые квазары открыли по данным наблюдений радиотелескопов. Поскольку звезды не испускают много радиоволн, было понятно, что объекты с сильным радиоизлучением – это что-то другое, притворяющееся звездой. Поскольку астрофизики придерживаются традиции «что вижу, то пою», они прозвали эти объекты «Quasi-Stellar Radio Sources» – «квазизвездные радиоисточники», а если коротко – квазары.

Что же это за птица – квазар?

Возможности описать и понять какое-то новое явление всегда ограничены преобладающим научно-техническим инструментарием. Если бы к нам ненадолго занесло человека XVIII столетия, он, вернувшись, описывал бы автомобиль как карету без лошади, а лампочку – как свечку без пламени. Если ничего не знаешь о двигателях внутреннего сгорания и об электричестве, до подлинного понимания будет далеко. А теперь позвольте мне с этой оговоркой заявить, что мы, кажется, понимаем основные принципы устройства квазара. Согласно так называемой «стандартной модели» двигателями и квазаров, и всех активных галактик считаются черные дыры. Внутри горизонта событий – границы черной дыры во времени и пространстве – вещество так сконцентрировано, что для того, чтобы вырваться оттуда, нужна скорость больше скорости света. Поскольку быстрее света двигаться невозможно и это ограничение фундаментально, если попадаешь в черную дыру, то это навсегда – даже если состоишь из чистого света.

Читатель вправе спросить, как это объект, не испускающий никакого света, может быть источником энергии для объекта, испускающего рекордное количество света во Вселенной? В конце 60-х и в 70-е годы астрофизики довольно быстро успели разобраться, что экзотические свойства черных дыр добавляют в арсенал теоретиков поистине поразительные инструменты. Согласно некоторым хорошо известным законам гравитационной физики, когда газообразное вещество устремляется в черную дыру, то прежде, чем опуститься за горизонт событий, оно разогревается и испускает интенсивное излучение. Энергию оно получает от почти безотходной переработки потенциальной энергии гравитации в тепло. Между прочим, преобразование потенциальной энергии гравитации все мы наблюдали в обычной жизни на Земле, хотя не всегда понимали, что это такое. Если вам случалось уронить тарелку на пол и разбить ее, если вы когда-то сталкивали что-то с подоконника во двор и оно разбивалось вдребезги внизу, значит, вы понимаете, что такое потенциальная энергия гравитации и на что она способна. Проще говоря, это неприкосновенный запас энергии, которым тело обладает просто благодаря расстоянию от другого тела, о которое оно ударится, если упадет. Когда тело падает, то обычно набирает скорость. Но если что-то остановит падение, вся энергия, которую тело успело накопить, преобразуется в ту разновидность энергии, которая все ломает и разбивает. Именно поэтому у вас больше шансов погибнуть при прыжке с высокого здания, чем с низкого.

Если что-то мешает телу набрать скорость, однако оно продолжает падать, то преобразование потенциальной энергии происходит как-то иначе – обычно в тепло. Это наглядно видно на примере того, как нагреваются космические корабли и метеоры, когда входят в атмосферу Земли: им хочется набрать скорость, но мешает сопротивление воздуха. Английский физик XIX века Джеймс Джоуль поставил опыт, ставший знаменитым: он придумал устройство, которое размешивало воду в емкости, вращая лопасти энергией опускающихся грузов. Потенциальная энергия грузов передавалась воде и успешно повышала ее температуру. Вот как Джоуль описывал, что у него получилось:

Лопасть двигалась в емкости с водой, преодолевая сильное сопротивление, так что грузы (по четыре фунта каждый) опускались медленно – со скоростью около фута в секунду. Блоки находились на высоте двенадцати ярдов от земли, а следовательно, когда грузы опускались до самого низа, их требовалось поднимать обратно, чтобы возобновить движение лопастей. Когда эта операция была повторена шестнадцать раз, при помощи весьма чувствительного и точного термометра было зарегистрировано повышение температуры воды. … Из этого я могу заключить, что получено доказательство наличия эквивалентных отношений между теплом и обычными видами механической мощности… Если мои представления верны, то температура реки Ниагары из-за падения с высоты 160 футов поднимается примерно на одну пятую градуса.

(Shamos 1959, p. 170)

Речь в мысленном эксперименте Джоуля идет, само собой, о великом Ниагарском водопаде. Но если бы он знал о существовании черных дыр, то, пожалуй, сказал бы: «Если мои представления верны, то температура газа, устремившегося к черной дыре, поднимается на миллион градусов в результате падения с высоты в миллиард миль».

Как вы, вероятно, уже догадались, черные дыры с аппетитом заглатывают и звезды, подобравшиеся слишком близко. Парадокс галактических двигателей состоит в том, что черные дыры, чтобы светиться, должны есть. Тайна топлива для галактических двигателей состоит в том, что черная дыра способна безжалостно и с наслаждением разрывать звезды в клочки еще до того, как те достигнут горизонта событий. Приливные силы гравитации черной дыры вытягивают шарообразные в нормальных обстоятельствах звезды примерно так же, как приливные силы Луны вытягивают земные океаны, отчего и возникают приливы и отливы. Газ, который прежде был частью звезд, а может быть, находился внутри обычных газовых облаков, не может просто набрать скорость и упасть в черную дыру, поскольку газ уже разодранных в клочья звезд мешает безоглядному свободному падению. А что в результате? Потенциальная энергия звезды, находящейся в гравитационном поле, преобразуется в огромное количество тепла и излучения. И чем больше гравитация цели, тем больше запас гравитационной потенциальной энергии, которую можно преобразовать.

Покойный Жерар де Вокулер, великолепный специалист по морфологии галактик, задумавшись о том, как стремительно растет количество терминов для описания диковинных галактик, поспешил напомнить астрономическому сообществу, что автомобиль, пострадавший в аварии, не становится автомобилем другой марки (de Vaucouleurs 1983). Философия автокатастроф привела к созданию стандартной модели активных галактик, которая позволила по большей части унифицировать весь этот зоопарк. В этой модели много всевозможных гибких параметров, которые объясняют почти все основные наблюдаемые черты галактик. Например, газ, устремляющийся в черную дыру, прежде чем попасть за горизонт событий, часто образует непрозрачный вращающийся диск. Если направленный наружу поток излучения не может проникнуть за диск уплотнившегося газа, излучение оказывается направлено вверх и вниз от диска, и за счет истекающего вещества и излучения возникает колоссальная реактивная тяга. Наблюдаемые свойства такой галактики будут разными в зависимости от того, куда направлен реактивный выброс, на вас или в сторону, и от того, как движется испускаемый материал – медленно или с околосветовой скоростью. На то, как диск выглядит, влияет его плотность и химический состав, а также темп поглощения звезд.

Чтобы прокормить здоровый квазар, нужно, чтобы его черная дыра заглатывала до десяти звезд в год. Другие, не такие активные галактики из нашего балаганчика растерзывают в год гораздо меньше звезд. Светимость некоторых квазаров меняется день ото дня и даже час от часа. Позвольте удивить вас и объяснить, почему это так необычно. Если бы активная часть квазара была размером с Млечный Путь (100 000 световых лет в поперечнике) и решила бы засветиться вся одновременно, то вы узнали бы об этом сначала по той стороне галактики, которая расположена к вам ближе, а потом, через 100 000 лет, до вас дошел бы и свет с дальней стороны галактики. То есть вам потребовалось бы 100 000 лет только на то, чтобы пронаблюдать, как весь квазар светится одновременно. Чтобы яркость квазара колебалась в пределах нескольких часов, габариты его двигателя не должны превышать несколько световых часов. А сколько это? Примерно с Солнечную систему.

Если провести тщательный анализ колебаний интенсивности света во всех полосах спектра, можно сделать грубую, но информативную оценку трехмерной структуры вещества, окружающего активное ядро. Например, светимость в рентгеновском диапазоне может колебаться в пределах нескольких часов, а в диапазоне видимого красного света – в течение нескольких недель. Если вы сопоставите эти факты, то сделаете вывод, что часть активной галактики, которая испускает красный свет, значительно больше, чем часть, которая излучает в рентгеновском диапазоне. Это упражнение можно проделать для разных диапазонов света – и тогда получится на удивление полная общая картина всей системы.

Все это происходило в далеких квазарах вскоре после рождения Вселенной – а почему больше не происходит? Почему у нас под боком нет ни одного квазара? Может, у нас под носом таятся мертвые квазары, просто мы о них ничего не знаем?

Есть несколько хороших способов это объяснить. Самое очевидное объяснение – в ядрах соседних галактик кончились звезды, служившие топливом для галактических двигателей, поскольку все звезды, чьи орбиты проходили слишком близко к черной дыре, уже поглощены и образовался вакуум. А без еды и никакой отрыжки не будет.

Более интересный механизм отключения галактических двигателей основан на том, что происходит с приливными силами по мере нарастания массы черной дыры (и расширения горизонта событий). Как мы увидим чуть дальше, приливные силы не имеют отношения к общему гравитационному воздействию на тело, главное – разница гравитации с разных его сторон, а чем ближе к центру, тем эта разница больше. Поэтому большие, сверхмассивные черные дыры на самом деле обеспечивают меньше приливных сил, чем маленькие черные дыры с небольшой массой. В этом нет никакого противоречия. Гравитационное воздействие Луны на Землю очень мало по сравнению с гравитацией Солнца, однако близость Луны позволяет ей оказывать гораздо более сильное приливное воздействие на нас с расстояния всего в 384 000 километров.

Значит, если черная дыра съест очень много, то ее горизонт событий разрастется до таких размеров, что его приливных сил уже не хватит на то, чтобы разорвать звезду. И тогда вся потенциальная энергия гравитации звезды преобразуется в скорость, и звезда, попав за горизонт событий, заглатывается целиком. Не будет никакого преобразования в тепло и излучение. Этот отсечной клапан запускается, когда черная дыра набирает массу примерно в миллиард масс Солнца.

Все это очень правдоподобные гипотезы, которые и в самом деле снабжают нас богатым арсеналом инструментов для объяснения происходящего. Единая картина предсказывает, что квазары и другие активные галактики – это просто начальные главы в жизни галактического ядра. Чтобы это подтвердилось, нужны изображения квазаров с особой экспозицией, на которых была бы видна неяркая размытая структура галактики вокруг ядра. Квазар настолько ярче окружающей галактики, что нужно применять особые фильтры, чтобы увидеть хоть что-нибудь кроме самого квазара. И в самом деле, почти все изображения с высоким разрешением показывают окружающий квазар «пух». Однако есть и несколько исключений – «голые» квазары, которые обманывают ожидания стандартной модели. А может быть, эти галактики просто невозможно рассмотреть, потому что не хватает чувствительности приборов.

Единая картина предсказывает также, что рано или поздно квазары сами себя отключают. В сущности, единая картина должна предсказывать это хотя бы потому, что поблизости от нас нет ни одного квазара. Но еще это означает, что черная дыра в ядре галактики – это обычное явление, даже если ядро галактики неактивно. И в самом деле, список ближайших галактик, в ядрах которых затаились спящие сверхмассивные черные дыры, растет с каждым месяцем, и в него входит наш Млечный Путь. Их существование выдают сверхскорости, до которых разгоняются звезды, когда они приближаются (но не слишком) по своим орбитам к черной дыре.

Плодотворные научные модели – это всегда соблазнительно, но иногда нужно задаваться вопросом, почему, собственно, модель так плодотворна – потому что она описывает глубокие научные истины или потому, что в ее конструкцию входит много переменных, которые можно подстраивать таким образом, чтобы объяснить что угодно. Можно ли сказать, что мы уже достаточно поумнели, или нам просто не хватает какого-то инструмента, который изобретут или откроют завтра? Об этой дилемме очень хорошо написал английский физик Деннис Скьяма:

Если нам трудно построить подходящую модель определенного типа, значит, Природе это тоже трудно. Этот довод упускает из виду вероятность, что Природа умнее нас. И даже вероятность, что завтра мы можем стать умнее, чем сегодня.

(Sciama 1971, p. 80)

Глава тридцать вторая

Прихлопни их!

С тех самых пор, когда люди обнаружили кости вымерших динозавров, ученые высказывали самые разные предположения о том, куда подевались эти злополучные звери и почему так вышло. Может быть, глобальное потепление иссушило все доступные источники воды. Или вулканы покрыли всю землю слоем лавы и отравили воздух. А может, слишком много первых млекопитающих полюбили есть яйца динозавров на ужин. Или динозавры-мясоеды подъели всех динозавров-вегетарианцев. Или потребность в воде привела к массовым миграциям, отчего стремительно распространились инфекционные заболевания. А может быть, все дело было в изменении ландшафта из-за тектонических сдвигов.

У всех этих катастроф есть одна общая черта: ученые, которые выдвинули эту гипотезу, были очень хорошо приучены смотреть себе под ноги. Но есть и другие ученые, овладевшие искусством смотреть вверх, и они решили проследить связь между особенностями земной поверхности и визитами бродяг из дальнего космоса. Возможно, некоторые из этих особенностей возникли в результате падения метеоритов – например, кратер Барринджера, знаменитое углубление в виде глубокой тарелки в Аризонской пустыне. В пятидесятые годы XX века американский геолог Юджин М. Шумейкер и его сотрудники обнаружили там разновидность горной породы, которая формируется только при очень высоком давлении, пусть и в течение очень короткого времени, – именно такие условия создает стремительно движущийся метеорит. Геологи в конце концов пришли к согласию, что кратер получился именно в результате падения метеорита (теперь его иногда так и называют – «Метеоритный кратер»), и открытие Шумейкера воскресило к жизни концепцию катастрофизма, модную в XIX веке, – идею, что изменения в коре нашей планеты могли быть вызваны краткими, но мощными разрушительными воздействиями.

Едва открылся простор для спекуляций, как все заинтересовались, не могло ли получиться так, что и динозавры погибли от рук такого же метеорита-убийцы, только крупнее. Познакомьтесь, иридий – металл, который на Земле встречается редко, зато его часто находят в металлических метеоритах, а еще его подозрительно много в слое глины, возраст которой составляет 65 миллионов лет, и она встречается в самых разных местах по всему свету. Эта глина, датирующаяся примерно тем же временем, когда динозавры нас покинули, указывает на момент преступления – конец мелового периода. А теперь познакомьтесь, кратер Чиксулуб – вмятина диаметром 200 километров на краю мексиканского полуострова Юкатан. Ему тоже около 65 миллионов лет. Компьютерные модели изменений климата ясно показывают, что любой удар, оставивший по себе этот кратер, выбросил в стратосферу такой огромный кусок земной коры, что неминуемо вызвал климатическую катастрофу. Чего еще желать? У нас есть и преступник, и дымящийся пистолет, и признание.

Дело закрыто.

Правда?

Нельзя прекращать научные изыскания только потому, что, видимо, найдено разумное объяснение. Некоторые геологи и палеонтологи скептически относятся к тому, чтобы назначать главным виновным в вымирании динозавров метеорит, после которого остался кратер Чиксулуб, и вообще в чем-то его подозревать. Кое-кто считает, что метеорит упал задолго до исчезновения динозавров. Более того, именно в те времена на Земле наблюдалась сильная вулканическая активность. Кроме того, по Земле прокатывались и другие волны вымирания, не оставившие никаких визитных карточек в виде кратеров и редких космических металлов. И не все плохое, что прилетает из космоса, оставляет кратеры. Иногда метеориты взрываются в воздухе и не добираются до земной поверхности.

Так что же кроме падения метеоритов уготовил для нас неуемный космос? Что еще может наслать на нас Вселенная, чтобы жизнь на Земле быстро покатилась под откос?

Последние полмиллиарда лет на Земле отмечены несколькими эпизодами массового вымирания биологических видов в масштабах планеты. Самые крупные произошли в ордовикский период примерно 440 миллионов лет назад, в девонский – около 370 миллионов, в пермский – около 250 миллионов лет назад, в триасовый – около 210 миллионов лет назад и, само собой, в меловой – около 65 миллионов лет назад. Эпизоды массового вымирания меньшего масштаба тоже происходили на масштабах десятков миллионов лет.

Некоторые исследователи указывали, что заметный эпизод подобного рода происходит раз в 25 миллионов лет. Те, кто чаще смотрит в небо, чем под ноги, легко мирятся с явлениями, которые происходят через длительные интервалы, поэтому астрофизики решили, что теперь наша очередь назвать имена подозреваемых в убийстве.

А давайте предположим, что у Солнца есть звезда-компаньон, тусклая и далекая, сказали некоторые внебо-смотрящие в 80-е годы прошлого века. Давайте предположим, что период ее обращения по орбите составляет примерно 25 миллионов лет, а орбита очень вытянутая, так что почти все время эта звезда очень далеко от Земли и ее невозможно зарегистрировать. Такой компаньон, проходя по соседству с Солнечной системой, каждый раз выводил бы из равновесия далекие запасы комет, вращающиеся вокруг Солнца. Сонмища комет сходили бы со своих величественных и неспешных орбит на периферии Солнечной системы, и количество их падений на земную поверхность резко возросла бы.

Так появилась гипотеза Немезиды – так назвали эту гипотетическую звезду-убийцу. Затем провели анализ всех массовых вымираний, и его результаты убедили большинство специалистов, что время между катастрофами все же слишком разное, чтобы считать их и в самом деле периодическими. Однако несколько лет эта теория была в большой моде.

Гипотезы о смерти извне периодическими набегами звезды-убийцы не ограничились. Есть и другие популярные сценарии, например пандемии. Покойный английский астрофизик сэр Фред Хойл и его многолетний сотрудник Чандра Викрамасингх, который теперь работает в Кардиффском университете в Уэльсе, взвешивали вероятность, что Земля время от времени проходит через межзвездное облако, засеянное микроорганизмами, или получает подобным же образом зараженную пыль из хвоста пролетающей мимо кометы. Подобные встречи способны привести к стремительному распространению неизвестных заболеваний, предположили ученые. Хуже того, подобные гигантские облака и пылевые хвосты могут быть самыми настоящими убийцами, если несут в себе вирусы, способные заражать и уничтожать представителей самых разных видов. Чтобы подобная гипотеза была правдоподобной, нужно очень много натяжек, в частности, никто не понимает, как в межзвездном облаке может возникнуть и сохраниться нечто настолько сложное.

Хотите еще? Астрофизики навоображали поистине бесконечное множество вариантов разнообразных поразительных катастроф. Например, в данный момент галактика Млечный Путь и галактика Андромеда, наш, можно сказать, близнец, находящийся на расстоянии в 2,4 миллиона световых лет, падают друг другу в объятия. Как уже говорилось, примерно через 7 миллиардов лет они могут столкнуться, и это будет космический эквивалент крушения поездов. Газовые облака врежутся друг в друга, звезды будет швырять туда-сюда. Если мимо промчится какая-то другая звезда и посягнет на нашу гравитационную верность Солнцу, нашу планету может вырвать из Солнечной системы, и мы останемся без крова во тьме.

Это было бы очень скверно.

Однако за 2 миллиарда лет до этого само Солнце раздуется и умрет от естественных причин, поглотив внутренние планеты, в том числе и Землю, и испарив все их вещество.

Это было бы еще хуже.

А если к нам слишком близко подберется непрошеная черная дыра, она с аппетитом слопает всю планету, но сначала перемелет ее в груду щебенки своими непреодолимыми приливными силами. Остатки будут протерты сквозь ткань пространства-времени, тонкой струйкой атомов устремятся за горизонт событий черной дыры прямо в ее сингулярность.

Однако за всю геологическую историю Земли не зарегистрировано никаких данных о встречах с черной дырой – никто ее не перемалывал и не лопал. А учитывая, что черных дыр по соседству почитай что и нет, думаю, мы вполне можем заняться более актуальными проблемами выживания.

Вот, например, как вам понравится, если вас поджарит высокоэнергичное электромагнитное излучение и частицы, извергнутые в космическое пространство взорвавшейся звездой? Обычно звезды умирают мирно: просто отдают внешнюю газовую оболочку в межзвездное пространство, и все. Однако одна из тысячи – звезда с массой в семь-восемь масс Солнца – гибнет в результате мощного ослепительного взрыва, и это называется сверхновая. Если мы очутимся в пределах 30 световых лет от такой звезды, то получим смертельную дозу космических лучей – высокоэнергичных частиц, которые пронизывают пространство со скоростью, близкой к скорости света.

Первыми жертвами будут молекулы озона. Стратосферный озон (O₃) обычно поглощает вредоносное ультрафиолетовое излучение Солнца. При этом излучение разбивает молекулу озона на атом кислорода (O) и молекулу кислорода (O₂). Высвободившиеся атомы кислорода могут объединиться с другими молекулами кислорода, и тогда снова получится озон. В обычной обстановке ультрафиолетовые солнечные лучи разрушают озон в атмосфере Земли в том же темпе, в каком он восполняется. Однако мощная высокоэнергичная атака на нашу стратосферу разрушила бы озон слишком быстро, и всем нам понадобилось бы огромное количество солнцезащитного крема.

Едва первая волна космических лучей сорвет наш защитный слой, как ультрафиолетовое излучение Солнца беспрепятственно хынет на поверхность Земли, расщепляя по пути молекулы кислорода и азота. Для птиц, животных и прочих обитателей поверхности и воздушного пространства Земли это будет большое огорчение. Свободные атомы кислорода легко объединяются со свободными атомами азота. При этом, в частности, получится диоксид азота, составная часть смога, который затемнит атмосферу и резко снизит температуру. От этого может настать новый ледниковый период – несмотря на то, что ультрафиолетовые лучи будут постепенно стерилизовать земную поверхность.

Однако ультрафиолет, которым стреляет во все стороны сверхновая, – сущий комариный укус по сравнению с гамма-лучами, которые испускает гиперновая.

По меньшей мере раз в день где-то во Вселенной происходит краткая вспышка гамма-излучения, самого высокоэнергичного излучения на свете, с энергией тысячи сверхновых. Гамма-всплески были случайно обнаружены в конце 60-х годов спутниками ВВС США, которые запускали, чтобы зарегистрировать излучение от секретных испытаний советского ядерного оружия, которые могли бы производиться в нарушение Московского договора 1963 года. А вместо этого спутники поймали сигналы самой Вселенной.

Поначалу никто не мог понять, что это за вспышки и на каком расстоянии от нас они происходят. Они не концентрировались в плоскости диска Млечного пути, а шли со всех сторон небосклона, иначе говоря, из всего космоса. При этом они совершенно точно происходили поблизости, по крайней мере, приблизительно в пределах поперечника галактики от нас. Иначе откуда бы взялась вся та энергия, которую мы регистрировали у себя на Земле?

В 1997 году итальянско-голландский орбитальный телескоп Беппо-Сакс сделал наблюдение, которое уладило все споры: гамма-вспышки – это внегалактические события на огромном расстоянии от нас, вызванные, вероятно, взрывами единичных сверхмассивных звезд и сопровождающие рождение черной дыры. Телескоп поймал рентгеновское «послесвечение» вспышки GRB 970228, которая благодаря этому и прославилась. Однако оказалось, что рентгеновские лучи GRB 970228 имеют красное смещение. Это полезное свойство света и побочный эффект расширения Вселенной позволяет астрофизикам оценивать расстояния с большой точностью. Послесвечение GRB 970228, достигшее Земли 28 февраля 1997 года, прошло по пути к нам половину Вселенной, миллиарды световых лет. На следующий год астрофизик из Принстона Богдан Пачински ввел в обращение термин «гиперновая», чтобы описать источники подобных вспышек. Лично мне больше нравится вариант «супер-пупер-новая».

Гиперновая – это одна сверхновая на 100 000, которая вызывает гамма-вспышку и в считанные мгновения генерирует столько же энергии, сколько дало бы наше Солнце, если бы светило с нынешней интенсивностью триллион лет. Если исключить действие какого-то неизвестного закона физики, получить такую энергию можно лишь одним способом – направить всю энергию взрыва в один тонкий луч, примерно так же, как весь свет лампочки в фонарике при помощи параболического зеркала собирается в один яркий луч, направленный вперед. Если закачать всю мощь сверхновой в тонкий луч, то все, что попадется ему по пути, подпадет под полномасштабный удар всей энергии взрыва. А все то, что не попадется ему по пути, ни о чем даже не заподозрит. Чем же луч, тем интенсивнее поток энергии и тем меньше обитателей Вселенной его заметят.

Что же порождает подобные лазероподобные гамма-лучи? Рассмотрим их источник – сверхмассивную звезду. Незадолго до гибели от истощения топлива звезда сбрасывает внешние слои. Получается просторная туманная оболочка, дополненная, вероятно, скоплениями газа, оставшимися от облака, из которого звезда когда-то родилась. Когда звезда в конце концов схлопывается и взрывается, высвобождается чудовищное количество вещества и обильные запасы энергии. Первый удар вещества и энергии приходится по слабым местам газовой оболочки, что позволяет всему веществу и энергии, которые следуют позади, устремиться в пробитую брешь. Компьютерные модели этого запутанного сценария показывают, что слабые места обычно находятся как раз над северным и южным полюсами первоначальной звезды. Если смотреть извне оболочки, видны два мощных луча, расходящиеся в противоположные стороны и направленные на все детекторы гамма-лучей (и те, которые ловят нарушения договоренностей, и все остальные), которые окажутся у них на пути.

Адриан Мелотт, астроном из Канзасского университета, и его междисциплинарная исследовательская группа утверждают, что ордовикское массовое вымирание вполне могло быть вызвано встречей лицом к лицу с близкой гамма-вспышкой. В то время вымерла четверть всех биологических семейств на Земле. А никаких свидетельств, что в то время на Землю упал метеорит, у нас нет.

Как гласит пословица, у кого что болит, тот о том и говорит. Если ты специалист по метеоритам и задумался о том, почему вдруг вымер целый Ноев ковчег, то, очевидно, решишь, будто все дело в падении метеорита. Если ты пламенный вулканолог, все дело окажется в вулканах. Если ты увлекаешься космическими биооблаками, во всем повинен межзвездный вирус. А если специалист по гиперновым – гамма-лучи.

Кто бы ни был прав, одно бесспорно: случается, что целые ветви древа жизни отсыхают практически мгновенно.

Кто же выживает после подобных катастроф? Преимущество на стороне маленьких и кротких. Особенно хорошо держатся перед лицом опасности микробы. Но главное преимущество – способность жить там, где Солнце не светит: на дне океана, в трещинках камней под землей, в глине и почве лесов и полей. Выживает огромная подземная биомасса. Именно они унаследуют Землю – и не раз, не два и не три, тут сомневаться не приходится.

Глава тридцать третья

Гибель в черной дыре

Самая зрелищная смерть во Вселенной – это, конечно, падение в черную дыру. Где еще во Вселенной можно лишиться жизни из-за того, что тебя разорвало на атомы?

Черные дыры – это области пространства, где гравитация так сильна, что ткань пространства-времени искривляется и замыкается сама на себя, замуровав при этом все выходы. Можно сформулировать это и по-другому: чтобы вырваться из черной дыры, нужно развить скорость выше скорости света. А как мы видели в части III, свет в вакууме распространяется со скоростью ровно 299 792 458 метров в секунду, и это рекорд скорости во Вселенной. Если откуда-то не может вырваться свет, значит, и вы не сможете, – собственно, именно поэтому мы и называем черные дыры черными дырами.

От всех остальных объектов можно убежать, надо только развить нужную скорость. Скорость, позволяющая сбежать с Земли, – это всего 11 километров в секунду, поэтому свет свободно покидает ее, как и все остальное, запущенное со скоростью больше 11 километров в секунду. Сообщите, пожалуйста, всем, кто любит говорить, что, мол, если высоко занесешься, больно будет падать, что они заблуждаются: падать не обязательно.

Общая теория относительности, которую выдвинул Альберт Эйнштейн в 1916 году, позволяет разобраться в диковинной структуре пространства и времени под воздействием мощной гравитации. Дальнейшие исследования американского физика Джона А. Уилера и других помогли выработать как математический инструментарий, так и лексикон для описания и предсказания всего того, что вытворяет черная дыра со своим окружением. Например, точная граница между тем, откуда свет может вырваться и откуда уже нет, которая определяет, что останется во Вселенной, а что навеки канет в черную дыру, поэтично называется «горизонт событий». По всеобщей договоренности размером черной дыры считается размер ее горизонта событий: это величина, которую можно точно измерить и вычислить. Между тем вещество внутри горизонта событий схлопывается в крошечную точку в самом центре черной дыры. Поэтому черная дыра – это, строго говоря, не смертоносный объект, а смертоносная область пространства.

Давайте подробно разберем, что делает черная дыра с человеческим телом, если оно оказывается самую чуточку ближе допустимого.

Если вы натолкнетесь на черную дыру и поймете, что «солдатиком падаете в ее центр, то по мере приближения сила тяготения черной дыры будет астрономически возрастать. Интересно, что вы ее совсем не почувствуете, поскольку, как и любое тело в свободном падении, будете в невесомости. Зато почувствуете кое-что куда более грозное и зловещее. При падении сила тяготения, воздействующая на ваши ноги – поскольку они ближе к центру черной дыры – ускоряет их быстрее, чем более слабая сила тяготения, которая действует на вашу голову. Разница между ними официально называется приливной силой, которая резко возрастает по мере приближения к центру черной дыры. На Земле и в целом в космосе приливная сила, которая действует на ваш организм, совсем мала и остается незамеченной. Но при падении в черную дыру ногами вперед вы только приливные силы и заметите. Если бы вы были из резины, то всего-навсего растянулись бы. Но люди сделаны из других материалов – из мышц, костей и внутренних органов. Ваше тело останется целым до того мига, когда приливные силы превзойдут молекулярные связи. (Если бы черные дыры оказались в распоряжении инквизиции, то служили бы пыточным орудием почище дыбы.) Наступает мерзкий момент, когда ваше тело лопается пополам посередине. Оно падает дальше, разница в силе тяготения продолжает расти, и каждая из половин вашего тела тоже лопается пополам. Вскоре после этого каждый из сегментов тоже лопается пополам – так что кусков становится все больше: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 и так далее. А когда от вас останутся только обрывки органических молекул, растущие приливные силы начинают действовать и на них. В конце концов и они разрываются на части и образуют поток атомов, из которых состоят. А потом и атомы, само собой, тоже распадаются, и остается лишь нераспознаваемый поток частиц, которые всего несколько минут назад были вами.

Но это даже не самое плохое.

Все части вашего тела движутся к одной точке – к центру черной дыры. Так что вас не просто разрывает в клочки с ног до головы, но еще и продавливает сквозь ткань пространства-времени – словно зубную пасту выжимают из тюбика.

Так что ко всем синонимам, обозначающим различные способы умереть, – убийство, самоубийство, четвертование, удушение, утопление и прочая и прочая – мы добавляем новое слово: спагеттификация.

Когда черная дыра ест, ее диаметр растет прямо пропорционально массе. Если черная дыра, к примеру, съест столько, что ее масса утроится, то она станет в три раза шире. По этой причине черные дыры встречаются практически любых размеров, однако не все подвергнут вас спагеттификации, прежде чем вы пересечете горизонт событий. На такое способны только «маленькие» черные дыры. Почему? Чтобы обеспечить красивую живописную смерть, нужны приливные силы – и все. А приливные силы, как правило, тем больше, чем больше ваш размер по сравнению с расстоянием до центра объекта.

Приведу простой предельный случай. Если человек ростом метр восемьдесят, не склонный в целом к тому, чтобы разваливаться на части, падает ногами вперед на черную дыру радиусом метр восемьдесят, то на горизонте событий расстояние от центра черной дыры до его головы в два раза больше, чем до ног. А если черная дыра имеет радиус километр восемьсот метров, то ноги того же человека будут всего на десятую процента ближе к центру, чем голова, и разница в тяготении – приливная сила – будет соответственно мала.

Точно так же можно задаться простым вопросом: с какой скоростью меняется сила гравитации по мере приближения к объекту? Уравнения гравитации показывают, что чем ты ближе к центру объекта, тем быстрее меняется сила гравитации. Маленькие черные дыры позволяют приблизиться к центру задолго до того, как перейдешь горизонт событий, поэтом изменение гравитации на малых расстояниях действует на все, что туда падает, поистине сокрушительно.

Самая распространенная разновидность черной дыры содержит несколько масс Солнца, но все это плотно упаковано за горизонтом событий диаметром всего с десяток-полтора километров. Именно об этом и рассуждают астрономы в непринужденных беседах на эту тему. При падении на эту тварь ваше тело начнет разрываться еще за 150 километров от центра.

Есть и другая распространенная разновидность черной дыры – она достигает миллиардов масс Солнца и сидит за горизонтом событий размером почти со всю Солнечную систему. Именно такие черные дыры таятся в центрах галактик. Совокупная их гравитация поистине чудовищна, однако разница ее воздействия на голову и ноги поблизости от горизонта событий относительно мала. Более того, настолько мала, что за горизонт событий вы, скорее всего, упадете целиком, просто никогда не сможете оттуда вернуться и рассказать, что видели. А когда вас наконец разорвет в клочья – далеко за горизонтом событий, – никто снаружи черной дыры этого не разглядит.

Насколько мне известно, в черной дыре не погиб еще ни один землянин, однако есть убедительные доказательства, что черные дыры во Вселенной то и дело закусывают заблудившимися звездами и легковерными газовыми облаками. Если облако приблизится к черной дыре, то вряд ли упадет прямо в него. Оно не закладывает пируэт ногами вниз, как вы, а сначала вовлекается на орбиту, а затем спиралью спускается навстречу гибели. Те части облака, которые оказались ближе к черной дыре, вращаются по орбите быстрее, чем более далекие. Этот понятный и незатейливый сдвиг называется дифференциальным вращением и приводит к колоссальным последствиям с астрофизической точки зрения. Пока слои облака спускаются по спирали все ближе к горизонту событий, они от внутреннего трения разогреваются до миллионов градусов, гораздо сильнее, чем любая известная звезда. Газ раскаляется до синевы и превращается в источник мощного ультрафиолетового и рентгеновского излучения. И одинокая и невидимая черная дыра, которая тихо-мирно занималась своими делами, превращается в невидимую черную дыру, окруженную газообразным скоростным шоссе, испускающим высокоэнергичное излучение.

Поскольку звезды – это на 100 % газовые шары, участь наших злосчастных облаков их тоже не минует. Если одна звезда из двойной системы становится черной дырой, то черная дыра ничего не будет есть до конца жизни своей звезды-компаньона, пока та не раздуется в красный гигант. Если у красного гиганта хватит габаритов, черная дыра в конце концов освежует его, обдерет и проглотит послойно. Но если звезда не имеет к черной дыре никакого отношения и просто случайно забрела в ее края, приливные силы сначала растянут ее, но затем дифференциальное вращение превратит звезду в разогретый трением диск ярко светящегося газа.

Если астрофизику-теоретику, чтобы объяснить какое-нибудь явление, нужен источник энергии, заключенный в крошечном пространстве, первым делом стоит обращаться к упитанным черным дырам. Например, как мы уже видели, загадочные далекие квазары обладают светимостью в сотни и тысячи раз больше, чем вся галактика Млечный Путь. Однако их энергия исходит, в основном, из объема не крупнее нашей Солнечной системы. Этому нет никакого другого объяснения, кроме как наличие сверхмассивной черной дыры в качестве центрального двигателя квазара. Теперь мы знаем, что сверхмассивные черные дыры в центрах галактик встречаются очень часто. Поводом для обвинений становится подозрительно сильная светимость некоторых галактик в подозрительно небольшом объеме, однако на самом деле светимость очень сильно зависит от того, есть ли в наличии звезды и газ, которые черная дыра могла бы расслоить. Черная дыра есть и в центре некоторых других галактик, с точки зрения светимости ничем не примечательных. Эти черные дыры, вероятно, уже проглотили все близлежащие звезды и газ, не оставив улик. Однако звезды в центре такой галактики, вращающиеся по орбите недалеко от черной дыры – но все же не настолько близко, чтобы дать себя съесть, – резко разгоняются до необычно высоких скоростей.

Такие скорости в сопоставлении с расстоянием от звезд до центра галактики служат мерой того, какая масса сосредоточена в пределах их орбит. Вооружившись этими данными, можно прикинуть на коленке, позволяет ли концентрация массы в центре считать ее черной дырой. Самые крупные черные дыры, как правило, обладают массой в миллиард солнечных, в частности, та, что засела в центре титанической эллиптической галактики М87, самой большой в галактическом Скоплении Девы. Гораздо ниже в списке – черная дыра в центре галактики Андромеда, нашей ближайшей космической соседки, но она все равно большая, целых 30 миллионов масс Солнца.

Завидуете чужим черным дырам? И правильно: та, что находится в центре галактики Млечный Путь, имеет массу всего в 4 миллиона солнечных. Однако у любой черной дыры при любой массе занятие только одно – смерть и разрушение.

Глава тридцать четвертая

Мало ли что все говорят

Аристотель полагал, что хотя планеты движутся на фоне звезд, а постоянство в небесах и в атмосфере время от времени нарушают падучие звезды, кометы и затмения, сами звезды неподвижно закреплены на небосклоне, их положение не меняется, а центр всего движения во Вселенной – это Земля. Прошло 25 веков, и с нынешней просвещенной точки зрения мы лишь посмеиваемся над этими глупыми выдумками, однако идеи Аристотеля на самом деле – вполне законные, хотя и упрощенные, выводы из наблюдений за миром природы.

Аристотель делал и другие заявления. Говорил, например, что тяжелые предметы падают быстрее легких. Да и кто бы спорил? Ведь очевидно, что камни падают на землю быстрее, чем сухие листья. Однако на этом Аристотель не остановился и заявил, что тяжелые предметы падают быстрее легких пропорционально собственному весу, то есть тело весом в 10 килограммов будет падать в 10 раз быстрее, чем тело весом в 1 килограмм.

Аристотель глубоко заблуждался.

Чтобы проверить его, возьмите и бросьте одновременно с одной и той же высоты два камня – большой и маленький. В отличие от листьев, трепещущих на ветру, ни тот ни другой камень не особенно подвержены сопротивлению воздуха, и оба упадут на землю одновременно. Чтобы проделать такой эксперимент, не нужен грант Национального научного фонда. Аристотель мог проделать его и сам, но не стал. Впоследствии представления Аристотеля были включены в доктрину католической церкви. И поскольку церковь была необычайно влиятельна и сильна, идеи Аристотеля укоренились в умах рядовых представителей западного мира, которые слепо верили в них и слепо повторяли. Все не просто рассказывали друг другу откровенную неправду, но и игнорировали все, что происходило на их глазах, но не должно было считаться истиной.

Если речь идет об исследовании мира природы, хуже того, кто слепо верит, может быть только тот, кто все видит, но отрицает факты. В 1054 году одна звезда в созвездии Тельца ни с того ни с сего вспыхнула в миллион раз ярче обычного. Об этом написали китайские астрономы. И арабские астрономы тоже написали. Индейцы на территории современного юго-запада США оставили каменные рельефы в память об этом чуде. Звезда пылала так ярко, что ее неделями напролет было прекрасно видно на небе даже днем, однако никто во всей Европе – ни одна живая душа! – ни слова об этом не написал. На самом деле яркая новая звезда на небесах была сверхновой, взорвавшейся далеко в космосе примерно на 7000 лет раньше, просто ее свет только-только успел дойти до Земли. Конечно, в Европе царило мрачное Средневековье, так что нельзя требовать от тогдашних европейцев умения точно фиксировать данные, однако «дозволенные» космические события прилежно регистрировались. Например, в 1066 году, 12 лет спустя, в небе пронаблюдали комету, которая впоследствии получила название кометы Галлея, и подробно (вместе с огорошенными зеваками) запечатлели ее около 1100 года на фрагменте знаменитого гобелена из Байё. Впрочем, это скорее исключение. В Библии сказано, что звезды неподвижны и неизменны. Аристотель говорил, что звезды неподвижны и неизменны. Церковь со всем своим непревзойденным авторитетом объявила, что звезды неподвижны и неизменны. Все население Европы пало жертвой коллективного заблуждения, и это заблуждение оказалось сильнее, чем способность каждого отдельного европейца верить своим глазам.

Все мы во что-то слепо верим: нельзя же проверять вообще все, что говорят нам окружающее. Когда я говорю вам, что у протона есть двойник-античастица (антипротон), чтобы проверить мое утверждение, вам понадобится лабораторное оборудование стоимостью в миллиард долларов. Так что проще поверить мне на слово, сочтя, что в целом я знаю, что говорю, – по крайней мере, если речь идет об астрофизике. Если вы отнесетесь к моим заявлениям скептически, я не возражаю. Более того, я это всячески приветствую. Не стесняйтесь, отправляйтесь на ближайший ускоритель частиц, полюбуйтесь на антивещество сами. А как насчет всех утверждений, для проверки которых не нужны затейливые экспериментальные установки? Казалось бы, в нашей современной просвещенной культуре общественное мнение должно обладать надежным иммунитетом от всех тех ложных утверждений, которые легко проверить.

А вот и нет.

Вспомните следующие утверждения. Самая яркая звезда на ночном небе – Полярная. Солнце – желтая звезда. Все, что подбросишь, должно упасть. Темной ночью на небе видны невооруженным глазом миллионы звезд. В космосе нет гравитации. Компас указывает на север. Зимой дни становятся короче, а летом длиннее. Полные солнечные затмения случаются редко.