Айзек Азимов - Взрывающиеся солнца. Тайны сверхновых

К концу февраля 1942 г. появилась большая вспышка в самом центре солнечного диска; а это значит, непосредственно в сторону Земли начался выброс солнечной материи. Очень скоро была зарегистрирована относительно слабая вспышка космических лучей. Они шли со стороны Солнца, и только оно могло быть их источником, потому что расстояние от Солнца до Земли для таких стремительных частиц не очень велико и существенно изменить направление движения частицы не могли.

Теперь известно, что солнечный ветер — это поток постоянно выбрасываемых наружу ядер, главным образом водорода и гелия. Они обладают невысокой энергией и летят со скоростью сотен километров в секунду. Кроме того, мы знаем, что после вспышек на солнечном диске неотвратимо последуют шквалы «мягких» космических частиц. Но во время ярких солнечных вспышек возникают и чрезвычайно высокоэнергетические частицы; в таком потоке солнечного ветра частицы мчатся с более высокими и даже громадными скоростями. И когда вспышки в энергетическом отношении достаточно мощны, а солнечный ветер оказывается достаточно стремительным — перед нами частицы космических лучей.

Частицы космических лучей — объекты того же порядка, что и частицы солнечного ветра, но у первых большая скорость и большая энергия. Такая же разница между рентгеновскими лучами и светом — у первых более короткие волны и более высокая энергия.

Впрочем, Солнце (благодаря спокойному характеру и возрасту звезды средних лет) в лучшем случае способно испускать космические лучи относительно низкого диапазона энергий. Космические лучи более высоких энергий в количествах достаточно внушительных, чтобы заполнить ими Галактику, возникают в результате более грандиозных процессов.

Теперь уже ясно, что самые грандиозные события, происходящие в мире звезд, — это взрывы сверхновых, и, надо полагать, каждый такой взрыв посылает во все стороны колоссальные волны звездного ветра невероятно высокой энергии. Это частицы космических лучей.

Частицы несутся в почти вакуумной межзвездной среде, не снижая скорости. Проходя сквозь магнитные поля или огибая их, они даже ускоряют движение, приближая его к скорости света. Получив дополнительную энергию, они уже не отклоняются от прямого пути, несмотря на влияние магнитных полей, и в конце концов ничто не мешает им совсем вырваться из Галактики и устремиться в другие, межгалактические дали.

Однако не всем космическим частицам уготована такая судьба. Некоторые из них на своем долгом пути сталкиваются с другими частицами вещества, скажем, с каким-то заблудшим атомом, или с космической пылинкой, или со звездой, или с чем-то вроде нашей Земли.

В космосе существует множество космических частиц, выброшенных всеми сверхновыми, когда-либо взрывавшимися в Галактике. Внушительное их количество ежесекундно ударяется, о Землю, приближаясь со всех сторон. Конечно, какой-то процент космических частиц, производимых сверхновыми нашей Галактики, навсегда уходит за ее пределы, но эти потери восполняются другими частицами из других галактик.

Итак, сверхновые не только дали тепло, удержавшее облако, из которого образовалась наша Солнечная система, предотвратили от преждевременного сгущения, сообщили этому облаку толчок давления, приведший к началу его сгущения, но и снабдили сырьем, из которого образовалась Земля и живая материя, обеспечили движущей силой те самые эволюционные изменения, которые превращали жизнь на Земле во все более и более сложные формы, вплоть до появления человека.

Сверхновые — это титанические тигли космоса, громадные наковальни, на которых выковывается вещество, создающее среду, позволившую, по крайней мере однажды, образоваться и развиться жизни.

Итак, влияние сверхновых на человечество в описанном здесь виде, по-видимому, вполне благотворно. Но не могут ли сверхновые в определенные периоды каким-то образом действовать нам во вред? Скажем прямо: не могут ли они в определенных случаях угрожать существованию человека или жизни во всей совокупности?

Ясно, что если сверхновая взорвется поблизости (в галактическом смысле), энергия, высвобожденная ею, будет иметь убийственную интенсивность. К примеру, если бы наше Солнце превратилось в сверхновую, то не только жизни на Земле наступил бы конец в считанные минуты, но и сам земной шар обратился бы в пар! А если бы Солнце обратилось всего лишь в новую, то Земля по этому случаю осталась бы совершенно стерилизованной.

К счастью, как было сказано выше, этого не может случиться. Во-первых, Солнце не слишком массивная звезда, а во-вторых, оно не является частью тесной двойной системы, поэтому возможности стать Солнцу сейчас или когда-нибудь новой не существует. Со временем оно превратится в красный гигант, затем сожмется и станет белым карликом, но, пока это не произойдет (через 5 или 6 млрд. лет), с Солнцем ничего не случится (столкновение или почти столкновение с другой звездой маловероятно).

Можем ли мы пострадать, если взорвется не Солнце, а другие звезды? Тут надо сказать, что самые близкие звезды, в которых можно подозревать потенциальные сверхновые, находятся от нас на расстоянии свыше 100 парсек. Если бы какая-нибудь из них взорвалась завтра, то, возможно, обнаружилось бы какое-то вредное влияние, но, вероятно, ничего такого, что на данном расстоянии могло бы угрожать человечеству.

В конце концов ближайшие сверхновые прошлого нас не затронули. Не затронула нас сверхновая, положившая начало Крабовидной туманности, не задела даже сверхновая в созвездии Парус, которая была от нас так близко, что несколько дней в доисторическое время светила как полная Луна. И эта сверхновая, насколько мы знаем, не отразилась на земной жизни.

Одно из прямых воздействий, оказываемых на нас сверхновой, воздействие достаточно сильное, чтобы стать ощутимым, — это влияние ее космических лучей. Поэтому давайте вернемся к ним еще раз.

Общее количество энергии, доставляемой Земле космическими лучами, неожиданно огромно. Считается, что эта энергия примерно равна суммарной энергии света всех звезд в небе, за исключением Солнца. Конечно, число частиц космических лучей гораздо меньше числа легких фотонов, поступающих к нам от звезд, но отдельная космическая частица обладает гораздо более высокой энергией, чем отдельный фотон, и это решает все.

В целом падение космических частиц на Землю остается на постоянном уровне, за исключением случайных кратковременных потоков относительно слабых частиц, возникающих при особо интенсивных солнечных вспышках. Но представим себе, что по какой-то причине этот уровень на какое-то время значительно повысился. Не может ли это обернуться для нас злом?

Увы, ответить придется утвердительно!

Частицы космических лучей производят мутации, необходимые, чтобы эволюция двигалась с какой-то разумной умеренной скоростью, но большинство мутаций тем не менее вредно. К счастью, благодаря естественному отбору немногочисленные благоприятные мутации в нормальных условиях прививаются, а мутации в худшую сторону отмирают. И все-таки мутации к худшему оставляют на виде свое клеймо (генетический «груз»), «одаривая» им какую-то часть популяции, которая в результате становится непригодной к выживанию.

Но что если условия не нормальные? Что если интенсивность космических лучей подскочит гораздо выше нормального уровня и останется таковой в течение какого-то времени? Скорость (т. е. частота) мутаций тогда повысится, возрастет и генетический груз. Генетический груз может стать таким тяжелым, что популяция вида начнет стремительно вырождаться, немногие полезные мутации не смогут выправить положение и вид начнет вымирать. Почти в одно и то же время могут исчезнуть несколько видов.

Не может ли уровень интенсивности космических лучей повыситься по причине, не связанной с появлением поблизости от нас в космосе сверхновой?

Звучит достаточно странно, но этот уровень может повыситься, и мы можем столкнуться с этим неизбежным подъемом через пару тысяч лет даже при отсутствии сверхновой, посылающей нам порции дополнительных космических лучей. Чтобы объяснить это, придется немного вернуться назад.

Не все частицы космических лучей на подлете к Земле ударяются об нее. У Земли есть магнитное поле, известное еще со времен английского физика Уильяма Гилберта (1544–1603), который в 1600 г. опубликовал книгу с описанием своих опытов, проделанных с шаром из магнитного материала. Игла компаса вблизи этого шара вела себя точно так же, как она себя ведет вблизи земного шара. А это означало, что Земля по-своему тоже есть шар из магнитного материала.

Представьте себе непрерывные плавные линии, проведенные через магнитное поле Земли и соединяющие точки с равной магнитной напряженностью, и вы получите семейство магнитных силовых линий. Все они начинаются и кончаются в двух точках на земной поверхности: одна из них находится у кромки Антарктиды (Южный магнитный полюс), другая — у северного края Северной Америки (Северный магнитный полюс). В промежутке между этими двумя точками они, как бы приподнимаясь от Земли, плавными кривыми идут приблизительно в направлении север — юг и достигают своей наибольшей высоты на половине расстояния между полюсами.