Лев Мухин - В нашей галактике
Почему? Ведь, казалось бы, квантовая механика описывает поведение частиц в микромире. Да, это так, но из-за роста плотности ядра (оно все время сжимается) газ начинает менять свой характер. Плотности уже заведомо превышают величину один килограмм в кубическом сантиметре. Состояние вещества при таких плотностях да еще и при температуре выше десяти миллионов градусов называют вырожденным. Но все-таки почему же квантовая механика?
Да потому, что этот вырожденный газ состоит главным образом из электронов. Конечно, в ядре нашего Солнца есть и ядра атомов. Но они «голые». Поведение ядра Солнца в целом определяется свойствами электронного газа чудовищной плотности. Здесь уже неприменима школьная физика. Здесь «работает» квантовая механика, описывающая поведение «коллектива» электронов. Свойства ядра становятся близкими к свойствам металлов. Ну а это означает, что ядро очень хорошо проводит тепло, имеет высокую теплопроводность. Именно поэтому, хоть ядро и сжимается, температура его практически не изменяется, за счет высокой теплопроводности оно успевает отдать «излишки» тепла наружу.
Итак, ядерные реакции в процессе старения Солнца пойдут вокруг ядра. Но из-за вырожденности ядра, из-за его высокой теплопроводности энергия здесь не запасается, она «накачивается» в оболочку, и наступит время, когда оболочка «разбухнет» от избытка энергии. В ней разовьются очень бурные конвективные процессы, гораздо более мощные, чем в сегодняшнем Солнце. Этот процесс займет немного времени, какие-нибудь миллионы лет.
Нет, не беспокойтесь, ведь мы помним, что все эти катаклизмы начнутся скорее всего через несколько миллиардов лет, так что пока развитию нашей цивилизации со стороны термоядерных реакций на Солнце прямой угрозы нет. Ну а загадывать, что будет с человечеством даже через тысячу лет, даже при спокойном Солнце, дело гораздо более сложное, чем прогнозировать поведение светила через пару миллиардов лет. Ведь поведение человечества нельзя описать точными физическими законами.
Итак, Солнце вновь закипит, да так, что здесь уже и от планет земной группы вряд ли останется что-нибудь, кроме оплавленных камней. Светимость Солнца возрастет при этом чудовищном кипении в тысячу с лишним раз, да еще вдобавок к этому оно начнет раздуваться и станет очень большим. Короче говоря, наш желтый карлик станет красным гигантом.
Размеры этого гиганта огромны. Солнце может «раздуться» до орбит Меркурия или даже Земли. А затем красный гигант сбросит с себя все, кроме того, что находится у него в центре. Это очень интересный процесс, до конца не понятый современной астрофизикой. Почему звезда хочет избавиться от лишней массы? Почему она с колоссальной энергией выбрасывает часть своего «тела» в пространство?
Эти процессы опять связаны с нарушением равновесия. Только за один год Солнце может потерять одну миллионную часть своего веса. Гигант начнет катастрофически худеть. И за каких-нибудь десять-сто тысяч лет от него останется лишь центральная часть — ядро, о котором мы уже с вами говорили. Гигант как бы сбросит все, что оказалось ненужным ему на этой стадии эволюции.
Звездная материя образует около оставшегося ядра так называемую планетарную туманность, которая постепенно исчезнет, рассеется в космическое пространство. Этот своеобразный звездный стриптиз приведет к тому, что рано или поздно на месте Солнца останется только его гелиевое ядро — белый карлик.
Мы уже говорили о свойствах ядра, которое представляет собой вырожденный газ. Возможная дальнейшая судьба белого карлика определяется его массой и температурой. В случае нашего Солнца есть вариант, при котором белый карлик будет просто остывать. Запасы энергии в нем велики, и тепла, пожалуй, хватит на многие сотни миллионов лет.
Но жизни к этому времени на Земле уже не будет. Ведь красный гигант мог занять место до орбиты Земли. Трудно предугадать или предсказать, какие шаги предпримет человечество, зная о грядущих изменениях в нашей звезде. Запас времени есть, он велик, а человечество молодо. Конечно, первое, что приходит в голову, — переселение в другие миры, к другим солнцам и планетам.
Мы поговорим об этом позже, а сейчас о том, что случилось бы с Солнцем, будь оно чуть потяжелее. Теория утверждает, что белые карлики с массой чуть меньше полутора масс Солнца неустойчивы. В этом случае давление вырожденного газа не может справиться с силами гравитации и начинается катастрофическое сжатие карлика. Он сжимается в точку, превращаясь в черную дыру — гравитационную могилу.
Нашему же Солнцу уготована иная судьба. Белый карлик будет остывать в течение миллионов лет и превратится в «черный карлик» — холодную маленькую звезду размером с земной шар, которую из какой-нибудь другой планетной системы и наблюдать-то невозможно.
И белый и черный карлик полностью оправдывает свое название: это действительно карликовые звезды. Но пока на нашем небе царствует желтый карлик — король и властелин всех планет — наше Солнце. После бурного детства настали сравнительно спокойные времена, и многим тысячам поколений людей будет дано видеть и наблюдать его ежедневно, а загадки Солнца, о которых мы говорили, будут еще долгое время находиться в числе самых «горячих» точек науки.
Глава II
Кант, Лаплас и другие
Таинство рождения Земли да и других планет Солнечной системы волнует человеческий ум не одно тысячелетие. За это время люди совершили большой и трудный переход от наивных мифологических воззрений древних шумеров, ассирийцев, индусов до первых попыток научной постановки проблемы происхождения планет Солнечной системы.
Но даже сегодня, когда ученые строят достаточно точные модели черных дыр и нейтронных звезд, не существует теории, которая сумела бы объяснить происхождение Солнечной системы и все известные сейчас ее особенности. Как это ни парадоксально, но приходится согласиться, что точка зрения, согласно которой планета устроена посложнее, чем звезда, имеет право на жизнь. А уж вопрос о рождении планет гораздо более запутан и туманен, чем вопрос о рождении звезд. Это связано с тем, что астрономы могут наблюдать звезды в огромном количестве и на различных стадиях их эволюции. В то же время Солнечная система «предъявлена» ученым в единственном экземпляре.
Именно поэтому путь создания теории внутреннего строения и эволюции звезд был гораздо более спокойным, чем тернистые дороги планетной космогонии, науки о рождении и эволюции планет.
Мы не будем говорить сейчас о «древних космогониях» вавилонян, шумеров, китайцев. Эти космогонии неэволюционны. Они просто описывали мир, как он виделся человеку тысячи лет назад, а рождение Земли и планет всегда в той или иной форме было связано с актом божественного вмешательства.
По-видимому, первую (с большой натяжкой можно сказать «научную») попытку объяснения происхождения Солнечной системы сделал великий французский геометр и философ Р. Декарт. Положивший начало и аналитической геометрии (кто не знает Декартову систему), и модному философскому направлению, тоже названному его именем, Декарт был человеком чрезвычайно себялюбивым и самоуверенным. Биографы указывают, что даже о работах Галилея он отзывался весьма скептически и говорил, что многие сходные мысли высказывал раньше Галилея.
По Декарту, любое перемещение частичек материи может совершаться лишь в том случае, если движутся другие, соседние частицы. Декарт рассмотрел круговое движение и пришел к выводу, что если материя движется, например, вокруг неподвижных звезд, то образуются вихри, а из вихрей — планеты. Он использовал в своей космогонии лишь предположение о совершенстве бога.
Построения его были чисто умозрительными. Кажется просто удивительным, что один из величайших геометров мира не удосужился облечь свои предположения в математические формулы. Его идея была совершенно фантастична, но она объяснила «все» и благодаря авторитету Декарта была чрезвычайно популярна в глазах широкой публики, называвшей его «единственным Архимедом, Атласом, Геркулесом нашего века».
Многих ученых, в том числе и современников Декарта, не могли удовлетворить построенные на чисто теологической основе гипотезы.
Но тем не менее следующая попытка объяснить происхождение Солнечной системы была сделана лишь сто лет спустя выдающимся французским естествоиспытателем Бюффоном. Именно его идея положила начало многочисленным «теориям катастроф».
В 1745 году Бюффон предположил, что гигантская комета столкнулась с Солнцем, вырвала из него вещество планет. В течение 200 с лишним лет после работы Бюффона к идее катастроф в различных модификациях астрономы возвращались не один раз. Однако уже в XVIII веке многих ученых не удовлетворяла идея Бюффона. Они искали принципиально иные пути решения проблемы.
