Рудольф Киппенхан - Рудольф Киппенхан 100 миллиардов солнц: Рождение, жизнь и смерть звезд

Если прикинуть, какие условия должны осуществиться на планете, чтобы там могла возникнуть жизнь, то станет ясно, насколько редкой может быть счастливая случайность, обеспечивающая на небесном теле пригодный для жизни климат. Ученые NASA считают, что в нашей Галактике имеется не более миллиона планет, на которых внешние условия могли бы позволить жизни развиться до высокого уровня.

Но если даже на планете достаточно долгое время существует благоприятный климат, то возникнет ли на ней жизнь? Этот вопрос адресован не к астрономам, а к биологам. Но и астроном может помочь: он знает, что распределение химических элементов во Вселенной, за немногими исключениями, всюду одинаково. Самые далекие звезды Млечного Пути и даже звезды других галактик состоят из такой же смеси химических элементов, что и наше Солнце. Нет звезд из серы и туманностей из ртути. Почти всюду основным веществом является водород, за ним идет гелий, а потом и другие элементы. Мы можем заверить биолога, что на самой далекой планете с подходящим климатом найдутся все вещества, которые необходимы ему, чтобы создать все свои органические молекулы. Радиоастрономы обнаружили в газовых облаках различные молекулы, которые химики относят к органическим: молекулы спирта, муравьиной кислоты, синильной кислоты, эфира. От этих простых органических молекул, конечно, еще далеко до сложных молекул, которые составляют основу того, что мы называем жизнью. Будем все же считать, что всюду, где может возникнуть жизнь, она действительно возникает. В таком случае в нашей Галактике имеется миллион планет, на которых существует жизнь, длящаяся, по предположению, четыре миллиарда лет. Конечно, жизнь на разных планетах будет находиться на разных ступенях развития.

Для нас, естественно, обитаемые планеты представляют интерес лишь в том случае, если мы можем каким-либо образом связаться с ними, а единственной такой возможностью являются радиосигналы. Можно спросить, сколько планет из миллиона в нашей Галактике обладают техническими возможностями посылать радиосигналы. Если планета посылала радиосигналы все время, пока на ней существует жизнь, то таких планет был бы, конечно, миллион. Но сине-зеленые водоросли не посылают радиосигналов; отпадают и те обитатели, которые какой-нибудь атомной бомбой разрушили и свою технику, и, скорее всего, себя. Тогда остается лишь малая доля от общего числа, которая определяется отношением времени, в течение которого цивилизация способна посылать радиосигналы, к общему времени существования жизни на планете.

Вот здесь не может быть никакой определенности! Мы можем основываться лишь на опыте своей собственной цивилизации. Всего несколько десятилетий мы имеем возможность посылать радиосигналы в космос. И почти одновременно с этим мы создали средства массового уничтожения, способные одним ударом уничтожить все живое на нашей планете. Будут ли они когда-нибудь применены? Или техническая цивилизация имеет возможность всего несколько десятков лет посылать в космос сигналы, прежде чем сама уничтожит себя?

К тому же мы еще не начали посылать сигналы в космос. Нет научной программы, по которой во Вселенную регулярно и целенаправленно велись бы радиопередачи. Но будем оптимистами: предположим, что цивилизация в состоянии решить свои проблемы. Предположим, что миллион лет мы будем жить в мире и благополучии и сможем позволить себе роскошь и удовольствие все это время посылать во Вселенную мощные радиосигналы. Это будет означать, что из миллиона обитаемых планет посылать радиосигналы будет доля, равная 1 миллион лет/ 4 миллиарда лет, т. е. в данный момент сигналы будут посылать 250 планет в нашей Галактике. Примем далеее, что эти планеты равномерно распределены по всей Галактике, тогда среднее расстояние между двумя такими цивилизациями составит 4600 световых лет. 4600 лет будет идти наш сигнал, прежде чем будет принят другой цивилизацией, и ответ сможет прийти к нам лишь через 9200 лет. Из всего этого ясно, что было почти бессмысленно прислушиваться к таким близким звездам, как Тау Кита и Эпсилон Эридана: вероятность того, что у них есть планеты, с которых посылают радиосигналы, ничтожна. Смысл имело бы лишь искать сигналы от всех солнцеподобных одиночных звезд, находящихся ближе 4600 световых лет он нас.

Со времен вавилонского столпотворения прошло меньше 4000 лет. Если цивилизация существует и посылает радиосигналы лишь в течение такого времени, то из миллиона обитаемых планет посылать радиосигналы будет лишь доля, равная 4000 лет/ 4 миллиарда лет или всего одна планета. Это значит, что в данный момент во всей Галактике может быть, кроме нашей, лишь еще одна цивилизация, способная посылать радиосигналы. Если же принять время существования цивилизации равным 1000 лет или меньше, то тщетно мы будем прощупывать Галактику своими радиотелескопами.

Проведенный нами подсчет числа планет, от которых могут идти радиосигналы, основан на многих допущениях. Я и не пытался определить это число как можно точнее: мне нужно было лишь показать, какие факторы играют при этом роль. И в этой игре обнаружилось, что самая большая неопределенность возникает из-за того, что мы не знаем, сколько времени может существовать технически развитая цивилизация. Как долго может продержаться цивилизация после того, как ей удастся осуществить первую радиопередачу? Просуществует ли она еще сто лет? Может ли она сохраниться вопреки своим техническим достижениям или же, наоборот, продлить свою жизнь именно благодаря своей технике?

Начав с вопроса о том, существует ли другая жизнь в нашем Млечном Пути, мы вернулись к тому, как нам на Земле сохранить свою цивилизацию.

Наши знания о Вселенной были бы куда скуднее, не будь спектрального анализа. Без него мы ничего не знали бы о химическом составе звезд и очень мало об их движении. Как это делается, замечательно рассказал Карл Шайферс. Здесь я сделаю упор прежде всего на то, как с помощью звездных спектров можно определить, с какой скоростью звезда движется вдоль луча зрения, т. е. по направлению к нам или от нас. Компонента скорости звезды вдоль направления луча зрения называется радиальной или лучевой скоростью. Эффект, позволяющий определить эту скорость, назван эффектом Доплера по имени австрийского физика Христиана Доплера (1803–1853).

Если направить луч света от звезды на стеклянную призму, луч преломляется, причем величина угла преломления зависит от частоты света: синий свет, имеющий более высокую частоту, преломляется сильнее, чем красный с более низкой частотой. Если поставить призму перед объективом фотоаппарата, то вместо точечного изображения звезды мы получим на снимке линию: спектр звезды. Почернение пленки в различных точках этого следа обусловлено светом, имеющим разную частоту. В принципе современные спектрографы, которыми пользуются астрономы, действуют точно как же. В этих спектрографах свет от слабых звезд, сконцентрированный большими телескопами, определенным образом обрабатывается, прежде чем попадает на призму. Вместо призм часто используются другие устройства, в которых свет с различной частотой (т. е. разного «цвета») отклоняется по-разному. Если в нашем фотоаппарате спектр представлял собой узкую линию, то спектрограф растягивает спектр в полоску, чтобы легче было изучать его особенности (рис. А.1). Ценность звездных спектров объясняется тем, что атомы в атмосфере звезды поглощают свет на вполне определенных частотах. Эти частоты отсутствуют в спектре: на полоске, полученной с помощью спектрографа, имеются «линии», соответствующие определенным частотам в тех местах, где на фотопленку не попадает свет. Свет, имеющий эти частоты, поглощен атомами звездной атмосферы; соответственно темные линии в спектре называют линиями поглощения. Каждому элементу соответствует вполне определенный характерный набор линий поглощения, так что по спектру звезды можно определить химический состав ее атмосферы. Так проводится химический анализ звезд; высокого мастерства в этом достигли в школе Альберта Унзёльда в Киле. Все, что говорится в данной книге о химическом составе атмосфер звезд и межзвездного газа, основано на результатах спектральных измерений. Этим методом был установлен дефицит дейтерия у Солнца и недостаток лития. Но остановимся на этом и перейдем к эффекту Доплера.

Рис. А.1. Спектр звезды 41 Лебедя, полученный Вальтраутом Зайтером из Мюнстерского университета. Фиолетовый конец спектра слева, красный — справа; частота излучения соответственно уменьшается слева направо. Темные линии соответствуют линиям поглощения различных атомов. Две примерно одинаковые линии слева от центра, обозначенные Н и К, принадлежат атому кальция. Эти же линии можно видеть на рис. А.2.