О загадках вселенского масштаба и о том, какое среди них место занимает человек, мы . беседовали с научным руководителем крупнейшей в России Специальной астрофизической обсерватории РАН (Карачаево-Черкесия), вице-президентом РАН, астрофизиком Юрием Юрьевичем Балегой.
- Юрий Юрьевич, красота спасет мир, это известно всем. По-вашему, есть что-то красивее нашей Вселенной?
- Поскольку мы знаем только нашу Вселенную. красивее ее для нас. безусловно, нет ничего. Но. может быть, есть много других вселенных. Сейчас физики склоняются к тому, что таких вселенных, как наша, бесконечно много. Но наша для нас уникальна.
Звезда в хозяйстве пригодится
- Многие люди считают, что астрономия— абсолютно бесполезная наука. Ну что нам за прок от этих дальних звезд?
- Я с ними согласен. Как и любая наука, астрономия совершенно бесполезна с точки зрения производства сиюминутных благ. Большинство обывателей считают, что все новое вокруг появляется ниоткуда, само по себе. На самом деле, для того чтобы что-то появилось, ученые несколько десятилетий или даже столетий назад сидели и занимались «бесполезной ерундой». По поводу астрономии приведу лишь два примера. Сейчас все снимают фото и видео не на пленку, а на цифру. Даже в самых простых сотовых телефонах есть цифровой фотоаппарат, в котором вместо пленки стоит ПЗС-матрица. небольшой кремниевый кристалл, который регистрирует изображение. Так вот, первыми эту технику внедрили в быт астрономы. Еще в 1991 г. я получил Государственную премию СССР за создание в 1980-х гг. «цифровых телевизионных средств для исследования предельно слабых астрономических объектов».
Второй пример— GPS. Мы все путешествуем по миру с навигаторами. С их помощью где угодно знаем свои координаты с точностью ± 3 м.
- Это в гражданских приборах, а в тех, что, скажем так, специального назначения, погрешность не превышает 90 см.
- Очень скоро специальные системы будут давать точность 2-3 см. При этом учитывается огромное количество данных и научных теорий, вплоть до теории относительности Эйнштейна. Если бы мы ее не учитывали, погрешность составила бы сотни метров. Но для того чтобы навигационные спутники давали точные координаты, они привязаны к далеким квазарам. Квазары — это ядра галактик. находящихся от нас на расстояниях в миллиарды световых лет. Настолько далеко, что они нам кажутся совершенно неподвижными.
- Звезды ведь тоже неподвижны?
- Отнюдь, наблюдаемые нами отдельные звезды достаточно близки, до них всего лишь десятки или сотни, максимум тысячи световых лет. Они движутся, и постепенно их координаты меняются. А вот квазары очень далеко. Для того чтобы мы заметили их движение, должны пройти тысячелетия.
- То есть для нас это своего рода вселенские маяки?
- Именно. И мы привязываем навигационные спутники к этим тысячам квазаров. Получается такая координатная сетка, в которой уже можно получить картинку положения любого объекта на поверхности нашей планеты и вокруг нее. И это только два примера того, как и где астрономия работает в нашей жизни. Можно привести еще один простой пример— термоядерные реакции, которые проходят в ядре Солнца. Сначала природу таких реакций, когда два ядра атома водорода сливаются в атом гелия с выделением энергии, благодаря которой мы живем, поняли и описали астрофизики. А уже потом были созданы ядерная и термоядерная бомбы, атомные электростанции и прочие абсолютно практические вещи. Так что физика и астрофизика очень нужны, они идут всегда впереди человечества. При этом мы никогда не гарантируем успеха. Мы можем заниматься какой-то проблемой бесконечно долго, и непонятно, приведут ли эти занятия когда-нибудь к практическим результатам.
- То есть если занимаемся, результат может быть, а может и не быть. Но если не занимаемся — его гарантированно не будет.
- Например, темная энергия. Мы даже пока не знаем, что это такое, знаем только, как она влияет на нашу Вселенную. Дадут ли работы в этой области практический результат? Если дадут, то когда? Мы не знаем. Это может быть завтра, через сто лет, а может и через миллион лет. Но этим кто-то должен заниматься уже сейчас, обязательно должна быть небольшая прослойка людей — исследователей, ученых, научных работников, — которые будут разбирать эту «ненужную ерунду». Только тогда человечество будет двигаться вперед.
- Получается, что астрономия — это авангардная наука, которая за собой все подтягивает?
- Абсолютно правильно.
Что луч грядущий нам готовит?
— Настоящий специалист, как известно, должен знать немного обо всем н все о немногом. Говорят, вы знаете все о кратных звездных системах, о двойных звездах, тройных, четверных... Какая из систем вам кажется наиболее интересной?
- Я могу об этом говорить бесконечно, потому что их очень много. Чрезвычайно интересна звезда Тета1 Ориона С. В созвездии Ориона есть область активного звездообразования. Она недалеко от нас, примерно полторы тысячи световых лет. Это такой галактический роддом, где рождаются молодые звезды. И рождаются почему-то целыми группами и достаточно больших масс. Масса звезды, о которой я говорю, примерно в 35 раз больше, чем масса Солнца. Тета1 очень молода, ей чуть больше миллиона лет.
- Когда она родилась, на Земле уже 60 млн лет как динозавры вымерли...
- Она горячая, у нее температура поверхности под 40 тыс. градусов (на Солнце — 6 тыс. градусов). И у нее есть спутник. В соответствии с законами Кеплера такие двойные звезды двигаются вокруг центра масс, который находится ближе к более массивной звезде. Наблюдая и изучая это движение, мы можем обе звезды «взвесить», сказать. сколько весит каждая из них. А определив массу звезды, мы можем рассказать о ней почти все. От чего зависит будущее человека? От его предков, наличия у него связей, денег. А у звезды все определяется массой. Такая большая, массивная звезда, как Тета1, будет жить очень мало, всего лишь еще миллион лет, максимум — два миллиона. Дальше она взорвется, как сверхновая, и превратится в черную дыру.
Маленькая звезда типа нашего Солнца медленно сжигает свой водород, а потому живет, не торопясь, десять и даже больше миллиардов лет. постепенно превращаясь сначала в красного гиганта, а потом в белого карлика размером с нашу Землю. А красные карлики, которые еще меньше, чем Солнце, вообще живут почти бесконечно долго, как Вселенная.
Так вот, изучая звезду Тета1, мы получили уникальные характеристики ее двойной системы. У нее магнитное поле, у нее в плоскости экватора падение веществ, это беспрецедентная космическая лаборатория, которая дает физикам потрясающее количество информации. И это лишь одна из таких загадочных звезд, которую мы сейчас активно изучаем вместе с немецкими и французскими коллегами в нашей обсерватории.
- Полагаю, когда она взорвется, а миллион лет по космическим меркам почти ничто, это будет эффектно. Слова богу, мы от нее далеко...
- Не стоит обольщаться, это не так и далеко. Диаметр нашей галактики— примерно 100 тыс. световых лет, так что в галактических масштабах Тета1 от нас достаточно близко. При взрыве сверхновой происходит так называемый гамма- всплеск, при котором образуются два противоположно направленных джета, пучка жесткого гамма-излучения. Всякая возможная жизнь на близких. в пределах нескольких десятков световых лет. объектах, которые попадут в такой пучок, будет безусловно уничтожена. Вы правы, в этом плане Тета1 — достаточно далекий объект. Тем не менее если мы попадем в этот джет. будет не очень приятно. Но у нас есть и более опасные кандидаты на такой взрыв. Например, тоже в Орионе, звезда Бетельгейзе, красный сверхгигант. Она разбухла, у нее размеры в 300-350 раз больше, чем размеры Солнца, и она уже условно холодная, всего 3 тыс. градусов. Бетельгейзе вот-вот взорвется как сверхновая звезда. И если мы попадаем в конус ее излучения, думаю, последствия для нашей цивилизации могут быть достаточно катастрофичными.
- И когда это может произойти? Сколько нам еще жить осталось?
- Никто вам не скажет. Это может произойти сегодня, через минуту, может через сто лет, через тысячу, через десять тысяч лет.
- Десять тысяч лет — это не скоро.
- Для историка— нескоро, а для астронома — это прямо вот-вот, на пороге. Бетельгейзе уже находится на стадии неустойчивости, там водород весь выгорел, и теперь вся ее огромная масса должна схлопнуться к ядру. И тогда произойдет взрыв сверхновой. Это очень редкие явления во Вселенной, но очень эффектные. Звезда в это короткое время взрыва излучает энергию почти как все звезды Галактики вместе взятые.
Десять загадок
— Я нашел в интернете список из десяти самых загадочных астрономических объектов и явлений. Давайте сделаем небольшой рейтинг, поставим каждому от одного до десяти баллов по мере роста загадочности и уменьшения объяснимости. Первая загадка— движущиеся звезды, которые летят сквозь галактику с огромными скоростями. Мы можем это объяснить?
- Здесь вообще нет ничего загадочного или странного. Многие звезды покидают свои «насиженные места», свои галактики и могут двигаться даже просто в межгалактическом пространстве, это вполне реальные вещи. Такие «блуждающие» звезды, а также газовые или газопылевые облака могут сталкиваться с галактикой, пролетать через нее, вызывать какие-то явления. Например, пояс Гулда, в котором находится наше Солнце, как полагают, тоже возник в результате столкновения газового облака с диском нашей галактики.
- То есть так себе загадка, на единичку. Пойдем дальше. Второе, черные дыры. Насколько их природа сейчас загадочна для науки?
- Особенной загадки для ученого здесь нет, это сложно понять обычному неподготовленному человеческому восприятию: как огромный объект, целая звезда, может сколлапсировать в почти точечное состояние. Но это объекты, существование которых подтверждено. Мы знаем, что в центре нашей Галактики находится черная дыра в 4,6 млн солнечных масс. Но мы не можем ее увидеть, потому что она находится в коконе газа и пыли.
- Значит, троечка. Третье — магнетары, магнитное поле которых в миллион миллиардов раз сильнее земного, — насколько это загадочно?
— Тоже ничего необычного. Это нейтронные звезды с действительно огромными магнитными полями. Несмотря на крохотные размеры, буквально несколько десятков километров в диаметре, мы их прекрасно наблюдаем, их реальное существование подтверждено. Нам известно несколько десятков, кроме того, есть множество кандидатов на звание магнетара. Тут большой загадки нет. Хотя, конечно, обычного человека его характеристики не могут не впечатлять. Так, если Солнце, вращаясь, делает один оборот вокруг своей оси за 25 дней, то некоторые магнетары крутятся со скоростью несколько оборотов в секунду. А горошина, сделанная из вещества магнетара. будет весить сотни миллионов тонн.
- Понятно, учитывая, что это нейтронная звезда, а значит, она состоит из спрессованных нейтронов. Поставим четверку и пойдем дальше. Четвертое — есть ли что-то загадочное в нейтрино?
- Тут тоже не о чем особо говорить. Это частицы, которые известны нам десятки лет. Мы знаем, как они рождаются, как преобразуются из одной формы в другую, из одного состояния в другое. Это обычные объекты, которые и в нашем Солнце рождаются в результате термоядерных реакций. Людям кажется удивительным, что они почти беспрепятственно пролетают через любые преграды, но для ученых это странности не представляет. Мы-то знаем, что на микроуровне наша материя совсем не такая плотная, как кажется, и что между составляющими ее частицами — огромные расстояния, так что пролететь через них маленькому и не обладающему зарядом нейтрино не составляет никакой сложности. Так что и тут загадки нет.
- Понятно, двойка. Пятое — что скажете о темной материи?
- Намой взгляд, в ближайшие десятилетия ее тайна должна быть разгадана. Пока непонятно, то ли это нейтрино, то ли очень массивные, но слабо взаимодействующие частицы, то ли еще что-то. Но мы уже много о ней знаем, видим, где она находится, где ее много, понимаем, как она влияет на обычную нашу материю, знаем, что ее примерно в пять раз больше, чем видимой материи. Мы ее уже чувствуем, но пока не понимаем, что это.
- Играем с ней в жмурки?
- Понимаете, есть неожиданные открытия. Открытие факта существования темной материи было достаточно неожиданным. Была загадка, мы видели, что есть нечто, что влияет на движение галактик. В галактическом скоплении Кома более тысячи галактик. Они движутся, и мы чувствовали, что это движение происходит под влиянием еще какой-то материи, которая нам не видна.
- Как мы можем это чувствовать?
- Представьте себе совершенно темную комнату. Там много людей. У некоторых маленькая лампочка на лбу, этих вы видите. Но у большинства лампочки нет, однако вы их чувствуете, поскольку они вас толкают. Так же мы видим по движению галактик, что нечто влияет на их движение. Это обнаружили довольно давно, еще в 1950-е гг. Но тогда ни о какой темной материи речи не шло.
- Искали какой-нибудь сверхмассивный и сверхневидимый объект типа черной дыры?
- Сейчас мы про темную материю знаем. Мы знаем, что она есть даже здесь, в этой комнате, вокруг нас, просто здесь ее плотность мала. Но в масштабах Вселенной она доминирующая, ее больше, чем видимой материи, чем звезд, чем галактик и т.д. Открытие самой темной материи было неожиданным, его сложно было предсказать. А вот открытие природы темной материи будет уже открытием ожидаемым.
- Поставим пятерку. Шестое— темная энергия.
- Вот это уже реальная загадка. Такая, что многие астрономы до сих пор не верят, что она существует. Первыми экспериментами, которые привели к обнаружению темной энергии, было наблюдение за вспышками сверхновых звезд на огромных, космологических расстояниях, в других галактиках. По этим вспышкам промерили расстояния во Вселенной и поняли, что ее расширение не тормозится, как это должно было бы быть, а напротив, идет с ускорением. Как будто кто-то нашу Вселенную искусственно расталкивает. Сейчас мы знаем, что этот «кто-то» — темная энергия, которая доминирует и над обычной энергией, и над материей, и темной, и обычной. Но 5% или 10% астрономов до сих пор считают, что это фальшивые эффекты и они могут быть объяснены другими причинами. Так что тут мы действительно пока вообще ничего не понимаем.
- Теоретики объяснений не дают?
- Теоретики могут объяснить вообще все что угодно. Они придумывают некие слова, и вот вам, пожалуйста, — расширение пространства, времени, все нормально. Они подстраиваются под любые явления. Но суть физики — не теория, а эксперимент, практика, когда ты можешь пощупать результат и этим результатом подтвердить теорию. Теорий может быть много, правильная— только одна, и только эксперимент может ее выявить среди других.
- Раз есть хоть какие-то теории, поставим девять баллов. Пойдем дальше. Седьмое — почему-то в списке загадочных объектов числятся такие, с моей точки зрения, заурядные, как планеты...
- Насчет заурядности позвольте с вами не согласиться. загадки тут действительно есть. Сейчас нам известно более 5 тыс. планет и экзопланет, то есть планет у других звезд. Кандидатов еще больше, более десятка тысяч. Можно сказать, планетные системы есть практически у всех звезд, возможно, у всех. При рождении звезды из огромного облака газа при его сжатии образуется про- топланетный диск, в котором позже формируются планеты.
Перед нами на сегодня стоит такая загадка. У большинства звезд, у которых мы нашли планеты, газовые планеты-гиганты, вроде нашего Юпитера, находятся не на больших расстояниях, как у нас, а рядом с главной звездой. И таких примеров очень много. Это не очень понятно. С Солнечной системой все ясно, вот родилась звезда, она своим излучением сдувает все вокруг себя. При этом чем легче элемент, тем дальше он улетает. Водород и гелий — легкие газы, улетели далеко и там, вдали, образовали газовые планеты-гиганты. А тяжелые элементы — пыль, частицы — образовали каменные планеты типа Земли, Марса или Венеры здесь, вблизи от Солнца. Но наблюдения показывают, что наша система— скорее исключение из правил и чаще все происходит наоборот. Почему— пока загадка. Так что здесь все не так заурядно, как вам кажется..
— То есть более или менее понятно, но есть нюансы, потому— четверка. Идем дальше. Восьмое в списке по загадочности — гравитация. Можем мы сказать, что хотя бы примерно знаем ее природу и механизм действия?
- Гравитация, если ее брать в бытовом понимании, это. естественно, законы всемирного притяжения Ньютона, которые нам хорошо известны. Нам понятно, что все материальные тела взаимодействуют через гравитацию, и мы знаем, как именно они взаимодействуют. Но вот природа гравитации. обмен частицами, которые за нее отвечают. — это довольно сложно. Не все разделяют эти теории, существует много альтернативных версий.
- Тогда оценим загадочность на семь балов и пойдем дальше. Девятое, немного в сторону от астрономии. Насколько загадочное явление во Вселенной — жизнь?
- Это безусловная загадка. В подтверждение часто приводят слова Канта: «Две вещи не перестают приводить меня в изумление — звездное небо над головой и нравственный закон внутри нас». Скорее всего, жизнь — рядовое, рутинное явление в нашей Галактике и во Вселенной. Она рождается, принимая самые разные формы, и исчезает. В ближайших газовых облаках, в том же Орионе, мы находим очень сложные органические молекулы, сахара. спирты. То есть там уже все есть для рождения жизни.
- Но органические молекулы — все-таки еще не жизнь...
- Человек — такое существо, которое любит прежде всего себя самого, потом своих родственников. потом друзей, потом уже свой народ, свою страну, свою планету — и пытается все подстроить под себя. Наше мировоззрение в этом смысле достаточно примитивно и убого. Мы пытаемся найти во Вселенной жизнь, очень похожую на нашу, отсюда вся эта философия поиска инопланетян, пришельцев, всякой чепухи, которая к науке отношения не имеет.
- Вы не верите в инопланетян?
- Поймите, вот наша Земля, жизнь на ней в том виде, о котором вы думаете, разумная и цивилизованная, родилась совсем недавно. Мы же себя сейчас считаем вершиной творения, мы настолько умны, что можем уничтожить собственную планету, сжигая леса, губя природу, убивая друг друга в войнах и прочих конфликтах. Вот насколько мы умны! Но время жизни такой человекоподобной цивилизации — мгновение в жизни звезды. Наша цивилизация появилась пусть 50 тыс. лет назад, она достигла определенной технической стадии. А потом взяла — и исчезла.
- Почему исчезла?
- Причин может быть много. Самоуничтожилась в ядерной войне, астероид планету поцеловал, гамма-всплеск, о котором мы говорили, ее накрыл, результат один: была цивилизация — и нет ее. Пусть она просуществовала 100 тыс. лет — это мгновение в жизни звезды, которая живет в 100 тыс. раз дольше. Вот на одной звезде такая цивилизация появилась и исчезла, на другой звезде со сходными условиями тоже появилась и исчезла, но это не может произойти синхронно. Разрыв между ними может составлять миллионы лет.
- А если повезет и цивилизации возникнут почти одновременно?
- Тут ключевое слово «почти». Астрономы XIX в., наблюдая Марс, разглядели на нем прямые линии, очень похожие на искусственные каналы, и сразу сделали вывод о том, что на Красной планете кипит разумная жизнь. Потом это все оказалось следствием плохой оптики, но некоторое время идея налаживания связи с марсианами была очень популярна не только у фантастов, но и у серьезных ученых. Астрономы предлагали зажигать на Земле гигантскими треугольниками огромные костры, чтобы марсиане их увидели и поняли, что на соседней Земле тоже живут разумные существа. Это было всего два века назад. За это время средства связи, как нам кажется, сильно шагнули вперед. Мы научились передавать радиосигналы, у нас появились лазеры, мы отправляем к ближайшим планетам космические аппараты. Нам кажется, что это вершина технического прогресса, и нам трудно признать, что для цивилизации, обогнавшей нас всего на смешную для Вселенной тысячу лет. наши радио и лазеры могут казаться такими же примитивными средствами связи, какими нам кажутся теперь те старые костры.
Цивилизации появляются и исчезают. Во Вселенной ничто не вечно, и мы тут не исключение, как бы нам ни хотелось обратного. Мы исчезнем так же. как и все живое исчезает и появляется. И говорить о пришельцах, о контакте с ними не стоит: никаких пришельцев у нас не было, нет и не будет. Мы никогда ничего этого не видели и не увидим. К сожалению или к счастью — это другой вопрос. Но сама жизнь во Вселенной — на мой взгляд, обычное явление, результат эволюции материи, некая форма ее самоорганизации. И вместе с тем это большая загадка, на которую вам ни один человек в мире не ответит.
- Даже оценивать не буду. И самая загадочная загадка— наша Вселенная. Можем ли мы сказать, что хотя бы примерно представляем, как она получилась и во что в конце концов уйдет?
- Мы можем описать рождение нашей Вселенной с высочайшей точностью, вплоть до самых первых мгновений. Родилась она из вакуума.
- Из пустоты?
- Вакуум — не пустота, он имеет энергию, случайные флуктуации которой приводят к тому, что из этой энергии рождается материя, вещество. Из этого вакуума мы родились и в этот вакуум спустя многие миллиарды лет опять превратимся. Все распадается, даже протон, одна из наших составных частичек, тоже распадется, все развалится. 13.68 млрд лет назад Вселенная родилась из точки. Она сначала была сверхгорячим, огнедышащим шаром, в котором из-за высоких температур даже атомы не могли образоваться. все было замешено в одну кашу. Примерно через 380 тыс. лет появились первые, самые простые атомы водорода. Спустя уже миллионы лет родились первые звезды. Они были, по-видимому, очень массивными, в 100, в 1 тыс. раз больше, чем наше Солнце. Жизнь их из-за этого была очень коротка.
- Выходит, ожирение не только для человека опасно, но и для звезды...
- Они быстро выгорали и взрывались сверхновыми. оставляя после себя первые черные дыры. Но у них в ядрах, где шли термоядерные реакции, уже рождались тяжелые элементы, из которых теперь состоим в том числе и мы с вами.
- Мы состоим из вещества, родившегося в недрах взорвавшихся звезд?
- Именно. Я, вы, воздух, которым мы дышим, и все, что мы вокруг видим, состоит из атомов, рожденных в ядрах давно погибших звезд. Это не загадка уже, но это то, что волнует воображение. Атомы, из которых вы состоите, горели когда- то в термоядерном аду, в ядре другой звезды, которая погибла миллиарды лет назад. Она взорвалась и этим дала импульс дальнейшей эволюции Вселенной, обогатила ее более тяжелыми элементами. При сгорании обычных звезд типа Солнца появляются элементы вплоть до железа. Более тяжелые возникают уже при взрывах сверхновых звезд. Все эти атомы, этот прах умерших звезд, разлетелись по Вселенной, перемешались с водородом, которого в миллионы раз больше, и из этой смеси родились уже другие звезды, в том числе наше Солнце. Смерть старых звезд породила жизнь звезд новых. И не только звезд, она породила вообще новый виток жизни: благодаря ей появились планеты, биологические объекты, мы с вами.
- А вместе снами появились разум, искусство, культура... Получается, что прелюдия и фуга до мажор Баха родились в недрах умирающей звезды?
- Умирающих звезд. В этом красота человека. Когда вам говорят, что мы пришли из ничего, — это правда, мы родились из вакуума. Мы были звездами, вместе с ними умерли и благодаря этой смерти вновь воскресли. Уже как разумные существа. Через некоторое время мы вновь превратимся в вакуум, поэтому сейчас нам надо использовать короткий промежуток времени, в котором мы живем, чтобы прожить интересно и в то же время не принести вреда нашему дому, нашей планете, которая представляет собой поистине уникальное явление во Вселенной. Я бы по вашей шкале поставил бы Земле десять баллов. По крайней мере, мы ничего похожего пока не нашли. Так что, изучая далекие планеты и еще более далекие звезды, астрономия на самом деле учит нас беречь то, что нам близко и что дало нам жизнь: нашу Землю, природу, человечество. И вместе с тем — двигаться вперед, познавать мир. Это очень важно, и если мы этого не поймем, то останемся в истории Вселенной всего лишь случайным сочетанием атомов, которое пришло, прожило свой коротенький век, проело все что можно, уничтожило все, что нельзя было проесть, и на этом закончило свое существование. Только в том случае, если мы будем не уничтожать, а создавать, не разрушать, а защищать, не убивать, а воскрешать, только тогда мы, быть может, действительно станем достойны самолично присвоенного титула «венец творения». ■
Беседовал Валерий Чумаков
Юрий Балега, вице-президент РАН
