Филип Плейт - Смерть с небес. Наука о конце света

То, что увидели китайцы, было одним из крупнейших и зловещих астрономических событий: вспышка сверхновой . В то время оно, должно быть, не показалось таким уж страшным — в конце концов, это был всего лишь свет в небесах! Но при более пристальном рассмотрении открываются значимость и масштабы события.

Газовое облако, которое называется Крабовидная туманность, потому что, если смотреть в небольшой телескоп, оно как будто бы напоминает ракообразное, — это расходящийся след от того звездного взрыва. За следующую 1000 лет это облако увеличилось до триллионов километров в диаметре. Газ по-прежнему адски раскален; он разогрелся до нескольких тысяч градусов ударными волнами, образующимися при столкновении расширяющегося на сверхзвуковых скоростях облака с более холодным окружающим газом. Центральная звезда, тлеющий уголек, оставшийся после взрыва, также продолжает подпитывать это облако энергией.

По оценкам, расстояние до Крабовидной туманности составляет 6500 световых лет, или примерно 60 квадриллионов километров (60 000 000 000 000 000), и даже на таком расстоянии и десять веков спустя — это одна из ярчайших туманностей в небе. В то время сверхновая была настолько яркой, что ее можно было видеть среди бела дня, а значит, всего за несколько недель после взрыва в космос были извергнуты грандиозные количества энергии — столько, сколько Солнце выделит з а всю свою жизнь продолжительностью 12 млрд лет . Действительно, обычная сверхновая может легко затмить свет от всех сотен миллиардов звезд в целой галактике и светить с такой интенсивностью неделями.

Наши глаза различают только видимый свет, если бы наши глаза видели в ультрафиолетовом свете, Крабовидная туманность была бы одним из ярчайших объектов на небе. То же относится к радиоволнам, и, если бы вы могли видеть гамма-излучение, Крабовидная туманность была бы единственным ярчайшим и неизменным объектом на небе.

Я осторожно напомню вам, что Крабовидная туманность находится в 400 млн раз дальше от нас, чем Солнце .

Вне всякого сомнения, вспышки сверхновых — это впечатляющие события, способные вызывать масштабнейшие разрушения. На таком большом расстоянии взрыв, породивший Крабовидную туманность, был просто красивым светом в небесах, но не все потенциальные сверхновые находятся так далеко. В прошлом Земля уже подвергалась опасности от взрывающихся звезд, и в будущем такое наверняка случится снова.

Но очень близко — это как? Чтобы понять, что вспышка сверхновой может сделать с нашей окружающей средой и какую опасность могут представлять эти вспышки для нас на Земле, нам понадобится разобраться, отчего вроде бы стабильная звезда взрывается.

В то время как древних астрономов природа звезд на ночном небе ставила в тупик — это были отверстия в небесном своде, пропускающие свет Солнца, — сегодня мы имеем вполне четкое представление о них.

Звезды — это не просто светящиеся точки. Каждая звезда — это отдельное солнце; большинство из них меньше, но некоторые невероятно больше и ярче, чем наше Солнце. Для того, кто впервые осознал, что звезды — это солнца, но безмерно далекие, это должно было стать настоящим откровением!

По мере изучения звезд медленно и верно астрономы узнавали о них все больше. Одни звезды красные, а другие голубые (вы можете убедиться в этом своими собственными глазами, разглядывая пригоршню самых ярких звезд), это говорит о том, что у них разная температура: красные звезды холоднее, а голубые — горячее. Многие звезды существуют не сами по себе, а парами и называются двойными звездами . Они вращаются вокруг друг друга и только притворяются отдельными звездами на таком большом расстоянии. Используя законы физики, установленные астрономом и математиком Иоганном Кеплером в XVII в., астрономы смогли определить массы отдельных компонентов двойных звезд, открыв путь к пониманию физических процессов, протекающих в звездах.

На самом базовом уровне звезда — это большой газовый шар, поэтому во многих отношениях она ведет себя просто. Если газ сжимать, его температура будет расти. Газовый шар с массой Солнца будет сжиматься под действием собственных сил тяготения, нагреваться и ярко светиться, но у него окажется ограниченное время жизни — без внутреннего источника тепла он остынет примерно через миллион лет или около того.

К XIX в. накопилось множество доказательств того, что Земля существует уже по крайней мере миллион лет, а может быть, и больше. А уж Солнце наверняка старше Земли! Затем в 1930-х гг. ученые поняли, что звезда является ядерной топкой, как огромная водородная бомба, взорваться которой не дают собственные силы тяготения. За счет ядерного синтеза Солнце может продолжать вырабатывать энергию не просто миллионы, а миллиарды лет, и не беспокоиться о собственном возрастном кризисе. По иронии судьбы такие гигантские объекты, как звезды, существуют благодаря самым крошечным структурам — атомным ядрам.

Обычный атом состоит из плотного ядра, окруженного облаком отрицательно заряженных электронов . Ядро содержит электрически нейтральные нейтроны и положительно заряженные протоны . Количество протонов определяет характерные свойства атома: например, водород имеет 1 протон в ядре, гелий — 2, кислород — 8, а железо — 26. При определенных обстоятельствах (например, при сильном нагреве или поглощении ультрафиолетового излучения) атом может лишиться своих электронов, но именно число протонов в ядре делает его определенным атомом.

Как вы, возможно, помните из школьного курса, одноименные заряды отталкиваются. Если попытаться сжать два атомных ядра, их взаимно положительные заряды будут этому сопротивляться. Но температуры в недрах звезд достигают миллионов градусов — а значит, атомные ядра летают стремительно, поэтому часто и сильно сталкиваются, — а давление настолько высокое, что ядра очень сильно прижимаются друг к другу. Если электростатическое отталкивание удается преодолеть, в игру вступают новые ядерные силы, которые спаивают атомные ядра воедино.

Такое слияние ядер имеет два аспекта. Во-первых, синтезируется атом нового типа, так как в новом ядре будет больше протонов, чем в каждом из двух ядер до слияния. В общем случае, четыре атома водорода сливаются с образованием гелия (два протона водорода становятся нейтронами в новом ядре гелия), три атома гелия сливаются с образованием углерода и так далее. Реальный процесс на самом деле гораздо сложнее, но основной принцип такой.