Сверхновые

Главные доводы, почему смерть Солнца (смерть в том смысле, что оно станет совершенно другим объектом, совершенно не похожим на известное нам Солнце) не обязательно является катастрофой для рода человеческого, таковы: неизбежное расширение и последующее сжатие Солнца наступит в невообразимо далеком будущем, и люди (полагаем, они будут существовать), несомненно, разработают технологические средства для спасения; изменения надежно предсказуемы и невозможно быть застигнутыми врасплох.

А сейчас нам предстоит обсудить такие катастрофы второго класса (связанные с Солнцем или с расширяющейся звездой), которые могут застать нас врасплох, и, что еще хуже, могут произойти в ближайшем будущем, до того как у нас появится возможность разработать необходимые технологические средства защиты.

Существуют звезды, которые претерпевают катастрофические изменения, скажем, вдруг становятся более яркими или из невидимых — видимыми, а потом снова тускнеют, иногда до невидимости. Это «нова» (от латинского слова «новый»), или по-русски новые, названные так, поскольку из-за отсутствия телескопов они казались астрономам древности новыми звездами. Первые из них были упомянуты греческим астрономом Гиппархом (190–120 до н. э.).

Необычно яркие новые являются «сверхновыми», о которых мы уже упоминали, название это для них впервые применил американец швейцарского происхождения астроном Фриц Цвики (1898–1974). Первой, подвергшейся подробному обсуждению европейских астрономов, была сверхновая 1572 года.

Предположим, например, что совсем не Солнце приближается к концу своей жизни в главной последовательности, а какая-то другая звезда. Наше Солнце еще в начале среднего возраста, но какая-нибудь находящаяся поблизости звезда может оказаться уже старой и на пороге смерти. Не может ли эта сверхновая неожиданно вспыхнуть, застать нас врасплох и воздействовать на нас катастрофически?

Сверхновые редки, только одна звезда из сотни способна взорваться, как сверхновая, и лишь немногие из них находятся в финальной стадии своей жизни, а из последних еще меньшее число настолько близки, чтобы мы могли их увидеть как необычно яркие звезды. (До изобретения телескопа для обнаружения наблюдателем необычно яркой звезды нужно было, чтобы она появилась там, где до того никакой звезды не было.) И все же сверхновые, конечно, могут появиться, что в прошлом и происходило.

Одна замечательная сверхновая, которая появилась на небе в исторические времена, вспыхнула 4 июля 1054 года — несомненно, наиболее внушительный из всех фейерверков на празднике Чудесного Четвертого1, хотя до знаменательного события оставалось еще 722 года. Сверхновая 1054 наблюдалась не европейскими или арабскими астрономами, а китайскими (Астрономия в Европе была в то время в упадке, а те, кто все-таки наблюдал за небом, возможно, были слишком убеждены в греческой доктрине неизменности небесного свода, чтобы поверить собственным глазам).

Сверхновая появилась, как новая звезда, сверкающая в созвездии Тельца с таким неистовством, что превысила по яркости Венеру. На небе не было ничего яр-че новой звезды, за исключением Солнца и Луны. Она была настолько яркой, что ее можно было видеть при дневном свете, и не короткое время, а день за днем в течение трех недель. Затем она стала постепенно пропадать, но лишь почти два года спустя она стала настолько слабой, что ее уже было не различить невооруженным глазом.

На месте, где некогда китайские астрономы заметили это экстраординарное явление, сейчас существует турбулентное облако газа под названием Туманность Краба, в диаметре оно составляет 13 световых лет. Шведский астроном Кнут Лундмарк в 1921 году высказал гипотезу, что это сохранившийся остаток сверхновой 1054. Газы Туманности Краба все еще продолжают расширяться со скоростью, пересчет которой показывает, что взрыв, явившийся причиной их движения, имел место как раз примерно в то самое время, когда появилась новая звезда.

Яркость, подобная яркости сверхновой 1054, может доставить на Землю не более чем стомиллионную долю света Солнца, а этого вряд ли достаточно, чтобы каким-либо образом подействовать на людей, тем более что этот уровень продержался всего несколько недель.

Однако важна не только сумма излучения, но и его состав. Наше Солнце, например, доставляет некоторую очень активную радиацию в виде рентгеновских лучей, а сверхновая имеет гораздо больший процент своей лучистой энергии в рентгеновском спектре. То же самое относится и к космическим лучам, еще одному виду радиации высокой энергии, к которым мы вернемся позднее.

Короче, хотя свет сверхновой 1054 и был настолько слабым по сравнению с Солнцем, по мощности нанесения удара Земле рентгеновскими и космическими лучами он может соперничать с Солнцем, по крайней мере в первые недели взрыва.

Но даже в этом случае опасности не было. Хотя, как мы увидим, приток энергетической радиации может оказать вредное воздействие на жизнь, наша атмосфера защищает нас от чрезмерного ее количества, и ни сверхновая 1054, ни само Солнце не обязательно опасны для нас под защищающим одеялом нашего воздуха. И это не просто предположение. Дело в том, что Земля пронесла свой груз жизни через тот критический 1054 год без каких-либо заметных вредных последствий.

Конечно, Туманность Краба не очень близка к нам. Она находится на расстоянии примерно 6500 световых лет (Представьте себе неистовость взрыва, который мог с такого расстояния создать свет ярче, чем свет Венеры). Еще более яркая сверхновая появилась в 1006 году. По отчетам китайских наблюдателей может создаться впечатление, что она была в сотни раз ярче Венеры и составляла ощутимую часть яркости полной Луны. На нее даже существуют ссылки в нескольких европейских хрониках. Она находилась на расстоянии всего 4000 световых лет от нас.

С 1054 года было только две видимых сверхновых на нашем небе. Одна сверхновая появилась в Кассиопее в 1572 году и была почти такой же яркой, как сверхновая 1054, но находилась дальше. Наконец, была сверхновая в Змее в 1604 году, которая была значительно менее яркой, чем любая из трех, упомянутых мною, и значительно более удаленной (Для астрономов довольно огорчительно, что две сверхновые, видимые невооруженным глазом, появились всего за тридцать два года до изобретения телескопа, и с тех пор больше не было ни одной такой. Ни одной! Самая яркая сверхновая после 1604 года была сверхновая в Галактике Андромеды. Она была какое-то время почти такой яркой, что ее можно было бы увидеть невооруженным глазом, однако расстояние до Галактики Андромеды огромно.).

Некоторые из сверхновых могли иметь место в нашей Галактике и после 1604 года, но оставались невидимыми, скрытые обширными облаками пыли и газа, которые переполняют окраины Галактики. Мы можем, однако, обнаружить их остатки в виде колец пыли и газа, как в Туманности Краба, но более разреженных и широких, что может быть связано со сверхновыми, которые взорвались так, что их не увидели либо потому, что они были чем-то скрыты, либо потому, что они были слишком давно.

Несколько струй газа, отмеченных микроволновой эмиссией и названных Кассиопея А, возможно, свидетельствуют о сверхновой, которая взорвалась в конце семнадцатого века. Если так, то она самая недавняя известная нам сверхновая, которая взорвалась в нашей Галактике, хотя ее тогда и не было видно. Этот взрыв был, может быть, более впечатляющим, чем сверхновая 1054, если рассматривать их с одного расстояния, о чем свидетельствует радиация, излучаемая сейчас остатками. Однако это случилось на расстоянии 10 000 световых лет, так что эта сверхновая, вероятно, не была намного ярче, чем предыдущая сверхновая — если ее можно было бы видеть.

Более зрелищная сверхновая, из всех известных в исторические времена, полыхнула на небе примерно 11 000 лет назад, когда в некоторых частях мира люди начинали приобщаться к сельскому хозяйству. От этой сверхновой осталась оболочка газа в созвездии Паруса, впервые обнаруженная в 1939 году американцем русского происхождения Отто Струве (1897–1963). Эта оболочка называется Туманность Гама (по имени австралийского астронома Колина С. Гама, который первым изучил ее в деталях в 50-е годы).

Центр оболочки находится на расстоянии лишь 1500 световых лет от нас, что делает ее ближайшей к нам взорвавшейся сверхновой. Один из краев ее продолжающей расширяться оболочки находится на расстоянии 300 световых лет. Она может достигнуть нас приблизительно через 4000 лет. Но это настолько разреженное вещество, что оно не должно воздействовать на нас сколько-нибудь значительным образом.

Когда эта близко расположенная сверхновая взорвалась, она на своем пике была несколько дней такой же яркой, как полная Луна, и можно позавидовать древним людям, которые были свидетелями такого великолепного зрелища. Но это, кажется, не причинило вреда жизни на Земле.

Все же сверхновая Паруса была от нас на расстоянии 1500 световых лет. Существуют звезды, которые более чем в сто раз ближе к нам. Что если звезда, близкая к нам, неожиданно станет сверхновой? Предположим, что одна из звезд, например Альфа Центавра, находящаяся от нас на расстоянии только 4,4 световых года, станет сверхновой. Что тогда? Если яркая сверхновая засверкает в 4,4 световых годах от нас с той же яркостью, которой вообще достигает сверхновая, она по яркости и по теплу составит примерно 1/6 Солнца и будет пылать в течение нескольких недель, она поднимет тепловую волну, какой Земля еще никогда не испытывала^[6].

Предположим, сверхновая вспыхнет на Рождество, как самая яркая звезда Вифлеема. В это время года в Южном полушарии будет летнее солнцестояние, и Антарктика будет постоянно под солнечными лучами. Но можно быть уверенным, что солнечный свет будет довольно слабым, потому что в Антарктике даже во время солнцестояния Солнце стоит очень низко над горизонтом. Сверхновая Альфа Центавра будет, однако, высоко в небе и добавит свое весьма существенное тепло к теплу Солнца. Ледовая шапка Антарктики получит тепловой удар. Таяние станет беспрецедентно сильным, уровень моря поднимется и принесет бедствия для многих частей мира. Уровень моря еще долго останется высоким и после того, как сверхновая охладится. Для восстановления равновесия понадобятся годы.

Вдобавок Земля будет купаться в рентгеновских и космических лучах, имеющих интенсивность, которой она, может быть, никогда прежде не знала, а спустя несколько лет ее окутает облако пыли и газа, причем плотнее, чем любое облако, с которым она когда-либо сталкивалась. Позднее мы обсудим, какой эффект дали бы эти события, но они, несомненно, были бы бедственны.

Спасительная милость состоит в том, что этого не произойдет. Конечно, этого случиться не может. Наиболее яркая из звезд двойной звезды Альфа Центавра по массе почти равна массе Солнца, и она не может взорваться, как гигантская сверхновая или даже как любого вида сверхновая, как не может и наше Солнце. Самое большое, на что способна Альфа Центавра, это превратиться в красный гигант, внезапно избавившись от своих наиболее внешних слоев, которые станут планетарной туманностью, а затем сжаться и превратиться в белого карлика.

Мы не знаем, когда это случится, потому что не знаем, сколько ей лет, но это не может случиться до того, как она превратится в красный гигант. Но даже если это превращение начнется завтра, она, вероятно, останется в стадии красного гиганта на одну-другую сотню миллионов лет.

Каково же тогда самое малое расстояние, на котором мы могли бы найти сверхновую?

Начнем с того, что нам надо искать звезду массивную, такую, которая как минимум в 1,4 раза массивнее Солнца, или лучше такую, которая массивнее Солнца значительно более этой величины, если мы хотим видеть по-настоящему большое шоу. Таких массивных звезд мало, и это главная причина, почему сверхновые не более часты, чем они появляются. (Считается, что в галактике размером с нашу одна сверхновая появляется в среднем каждые 150 лет, и, конечно, немногие из них могут находиться даже умеренно близко к нам.) Самая близкая массивная звезда — Сириус, которая в 2,1 раза превосходит по массе наше Солнце и находится на расстоянии 8,63 световых лет, то есть почти в два раза дальше от нас, чем Альфа Центавра. Даже с этой массой Сириус не способен произвести по-настоящему зрелищную сверхновую. Да, он взорвется однажды, но это будет скорее выстрел из ружья, чем пушечный залп. Кроме того, Сириус находится в главной последовательности. Из-за его массы общий период его жизни в главной последовательности составляет только 500 миллионов лет, и часть этого времени, очевидно, истрачена. То, что осталось, плюс стадия красного гиганта, означает, что взрыв отодвигается на несколько сотен миллионов лет.

Тогда следует поинтересоваться, какая же из самых близких массивных звезд уже находится в стадии красного гиганта?

Самый близкий красный гигант — это Шеат в созвездии Пегаса. Она находится только в 160 световых годах, ее диаметр примерно в 110 раз больше диаметра Солнца. Мы не знаем ее массы, но если она достигла такого размера, потому что расширилась, то ее масса очень ненамного больше массы Солнца и она не перейдет в стадию сверхновой. С другой стороны, если она массивнее Солнца и все еще продолжает расширяться, то ее стадия сверхновой еще далека.

Самый близкий по-настоящему крупный красный гигант — это Мира в созвездии Кита. Ее диаметр в 420 раз больше диаметра Солнца, так что если представить ее на месте нашего Солнца, ее диск достал бы до дальних областей астероидного пояса. Она должна быть значительно массивнее Солнца и находится от нас на расстоянии 230 световых лет.

Существуют три красных гиганта, которые все же крупнее и не очень значительно дальше от нас. Это Бетельгейзе в Орионе, Антарес в Скорпионе и Рас Альгете в Геркулесе. Каждая из них приблизительно на расстоянии 500 световых лет.

Рас Альгете имеет диаметр в 500 раз больше, чем у Солнца, Антарес — в 640 раз. Если Антарес поставить на место Солнца, его диск перекроет орбиту Юпитера.

Бетельгейзе не имеет фиксированного диаметра, потому что она, по-видимому, пульсирует. Когда она в своем самом малом размере, она не крупнее, чем Рас Альгете, но при расширении может достигать диаметра в 750 раз больше диаметра Солнца. Если представить Бетельгейзе на месте Солнца, край ее диска в максимуме достигнет точки на полпути между Юпитером и Сатурном.

Вероятно, Бетельгейзе является наиболее массивной звездой из этих, находящихся ближе других, красных гигантов, а ее пульсация может быть признаком нестабильности. В таком случае из этих трех звезд она наиболее близка к сверхновой и к гибели.

Еще одним подтверждением этого является тот факт, что на фотографиях Бетельгейзе, сделанных в 1978 году в диапазоне инфракрасного света (света с более длинными волнами, чем свет красного цвета, и потому не воздействующего на сетчатку нашего глаза), видно, что звезда окружена огромной оболочкой газа диаметром примерно в 400 раз больше диаметра орбиты Плутона. Может быть, Бетельгейзе уже начала растрачивать материю на первой стадии превращения в сверхновую.

Без знания ее массы мы не можем предсказать, насколько яркой будет сверхновая Бетельгейзе, но она должна быть внушительной. Чего ей может не хватить в своей собственной яркости, она бы восполнила за счет того, что ее расстояние до нас в три раза меньше, чем у сверхновой Паруса. Поэтому, когда настанет ее время, она может оказаться ярче, чем сверхновая 1006, и, может быть, даже посоперничает со сверхновой Паруса. Тогда небеса озарятся новым видом лунного света, и Земля подвергнется бомбардировке сильной радиации, еще более концентрированной, чем это имело место при сверхновой Паруса 11 000 лет назад.

Так как Homo sapiens и жизнь в целом, кажется, пережили сверхновую Паруса без потерь, можно надеяться, что они сверхновую Бетельгейзе переживут тоже (Как мы увидим позднее, существует сочетание обстоятельств, которое может ухудшить ситуацию для нас).

Пока мы еще не можем определить время, когда Бетельгейзе достигнет точки взрыва. Возможно, ее нынешний переменный диаметр является свидетельством того, что она на пороге гибели, но каждый раз, когда процесс начинается, поднимающаяся температура, сопровождающая гибель, делает возможным восстановление звезды. Мы можем предположить, что со временем очередная «гибель» может зайти так далеко, что спровоцирует взрыв. Это «со временем» может длиться веками; с другой стороны, это может произойти завтра. Вообще же Бетельгейзе могла взорваться и пять веков назад, и волна радиации, двигающаяся к нам в течение этого времени, может достичь нас хоть завтра.

Даже если сверхновая Бетельгейзе является самым худшим, чего мы можем ожидать в достаточно близком будущем, и если мы убеждаем себя в том, что она предоставит нам восхитительное зрелище без серьезной опасности, то что касается вообще взрывов звезд, мы все же не застрахованы от них. Более отдаленное будущее может содержать серьезные опасности задолго до времени наступления смерти нашего Солнца.

В конце концов, ситуация сегодняшнего дня не является неизменной. Все звезды, включая Солнце, движутся. Солнце непрерывно вторгается в новые соседства, а сами соседства непрерывно меняются.

Со временем различные изменения вполне могут привести Солнце в близкое соседство с гигантской звездой, которая случайно взорвется в сверхновую, когда будет проходить мимо нас. Тот факт, что сверхновая Бетельгейзе — самое худшее из того, что мы можем ожидать прямо сейчас, не признак вечной безопасности, это — случайность момента.

Однако подобная катастрофа оказавшейся по соседству звезды вряд ли произойдет в течение длительного периода. Как уже говорилось, звезды движутся очень медленно, если учесть огромные пространства между ними, и пройдет много времени, прежде чем звезды, сейчас далекие от нас, станут значительно ближе.

Американский астроном Карл Саган (р. 1935) вычислил, что сверхновые в пределах 100 световых лет от нас могут взрываться при среднем интервале 750 миллионов лет. Если это так, то такие близко происходящие взрывы могли иметь место шесть раз за всю историю Солнечной системы и могут произойти еще девять раз до того, как Солнце выйдет из главной последовательности.

Однако такое событие не может застать нас врасплох. Нетрудно сказать, какие звезды приближаются к нам. Мы можем заметить красный гигант на расстоянии гораздо большем, чем 100 световых лет. Очень вероятно, что мы узнаем о возможности такого взрыва за миллион лет и будем способны предусмотреть действия, чтобы свести к минимуму последствия взрыва.