Александр Громов - Удивительная Солнечная система

• Название: Удивительная Солнечная система
• Автор: Александр Громов
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2012
• ISBN: 978-5-699-55311-2

Солнечная система – наш галактический дом. Она останется им до тех пор, пока человечество не выйдет к звездам. Но знаем ли мы свой дом? Его размеры, адрес, происхождение, перспективы на будущее и «где что лежит»?

Похоже, что мы знаем наш дом недостаточно. Иначе не будоражили бы умы открытия, сделанные в последние годы, открытия подчас удивительные и притом намекающие на то, какую прорву новых знаний мы должны обрести в дальнейшем. Уже в наше время каждая новая книга о Солнечной системе устаревает спустя считаные годы. Очень уж много информации приносят телескопы и межпланетные аппараты. Сплошь и рядом астрономические исследования и даже эксперименты кардинально меняют старые представления о том закоулке Галактики, где мы имеем удовольствие жить.

Цель этой книги – дать читателю современное представление о Солнечной системе как части Галактики.

---

Многочисленные исследования полностью подтвердили этот тезис. Но и внутри галактического диска звезды обращаются вокруг центра Галактики с неодинаковыми и чаще всего не кеплеровскими скоростями. Лишь в самых центральных областях галактического ядра, где преобладает тяготение «центрального монстра», звезды движутся по орбитам, в первом приближении похожим на кеплеровские. Но чем дальше от центра, тем меньшее влияние оказывает «центральный монстр» (напомним: в нашей Галактике его масса оценивается в 3 млн масс Солнца) и тем сильнее влияет на всякий движущийся объект тяготение галактического диска.

Открывший вращение Галактики голландский астроном Оорт (тот самый, чьим именем названо облако ледяных тел на дальней периферии Солнечной системы) вывел простую и красивую формулу скорости тела, движущегося в галактическом диске, как функцию его удаленности от центра Галактики. Из формулы Оорта следует, что до некоторого (довольно значительного) расстояния от центра Галактики скорости звезд будут возрастать линейно, но затем функция испытает перегиб, и на краю галактического диска скорости звезд уже будут падать с расстоянием от центра, причем чем дальше, тем больше это будет похоже на кеплеровское распределение скоростей. Оно и понятно: если орбита звезды пролегает на краю галактического диска, то основная масса галактики сосредоточена внутри орбиты и может быть в первом приближении сведена в точку; влиянием же масс, находящихся снаружи орбиты, можно и пренебречь.

На практике оказалось, что на больших расстояниях от центра звёзды в спиральных галактиках ни в какую не хотят подчиняться формуле Оорта: их орбитальные скорости уменьшаются с расстоянием значительно медленнее, чем предписывает им формула. Объясняется это влиянием «темного вещества», проявляющего себя только через гравитацию. Доля «темного вещества» в общей массе галактик просто-напросто преобладает, причем «темное вещество» занимает гораздо больший объем, нежели обычное галактическое вещество. Галактики (возможно, не все, но многие) погружены в обширные гало, состоящие из невидимого «темного вещества»… Но это к слову; мы говорим сейчас о другом.

Солнце, находясь немного ближе к краю галактического диска, нежели к центру, попадает в тот отрезок, где орбитальные скорости звезд все еще растут с увеличением расстояния от галактического центра. Орбитальная скорость Солнца принимается равной 220 км/с. Полный оборот вокруг Галактики Солнце делает за 220–230 млн лет.

У астрономов давно уже возник очень не праздный вопрос: а какова скорость движения Солнца относительно спиральных рукавов? Еще полвека назад такой вопрос показался бы странным – но, с другой стороны, не менее странным было то обстоятельство, что рукава спиральных галактик редко оборачиваются вокруг галактических балджей больше двух раз, чаще даже не более одного, тогда как возраст Вселенной и скорости вращения галактик, легко находимые по доплеровскому сдвигу, четко говорят о том, что практически все галактики с момента рождения успели сделать десятки оборотов. Противоречие было необходимо разрешить.

В 1964 году астрономы китайского происхождения из США Ц. Лин и Ф. Шу, развивая идеи шведского астронома Линдблада, выступили с теорией, согласно которой спиральные рукава представляют собой не некие постоянные материальные образования, а волны плотности вещества, выделяющиеся своей яркостью на общем фоне галактического диска прежде всего потому, что в них идет активное звездообразование. Звезды диска в своем орбитальном движении входят в рукав, несколько задерживаются в нем, поскольку рукав все-таки обладает повышенной гравитацией, и затем покидают его. Если орбита звезды лежит внутри определенного радиуса, то звезда догоняет рукав, входит в него с тыловой, вогнутой стороны и выходит с внешней, выпуклой стороны. Если же орбита звезды лежит за этим радиусом, то все наоборот: рукав догоняет звезду, включает ее на некоторое время в свой состав, а затем обгоняет. Но массивные звезды спектральных классов О и В, бешено транжирящие ядерное «горючее» на поддержание своего колоссального излучения, не успевают покинуть рукав и кончают в нем свою короткую, но яркую жизнь, обычно завершающуюся взрывом сверхновой.

Любопытно, что Солнце находится где-то поблизости от указанного радиуса, то есть в зоне коротации, где скорость обращения вокруг центра Галактики приблизительно равна скорости вращения галактического узора. И это не может не навести на размышления.

Случайность ли? Или необходимое условие существования высшей жизни на Земле? Ведь, по мнению многих, пролет вблизи оболочки вспыхнувшей сверхновой не сулит обитателям Земли ничего хорошего.

В нашей Галактике сверхновые вспыхивают с частотой примерно одна в сто лет. Впрочем, слой пыли в галактическом диске, где находится Солнце, сильно мешает наблюдать далекие сверхновые, вспыхивающие в плоскости диска, так что оценка, пожалуй, занижена. Многие вспышки могли быть просто пропущены, ибо поглощение света в плоскости галактического диска колоссально. Возможно, правы те астрономы, кто считает, что в столь большой галактике, как наша, вспышки сверхновых должны происходить в среднем раз в тридцать лет.

Сверхновые делятся на два типа и ряд подтипов. Сверхновые I типа вспыхивают где угодно – это старые звезды с массами, лишь немного превышающими солнечную. Сверхновые II типа вспыхивают только в спиральных рукавах внутри слоя толщиной 100 пк. Это массивные звезды, родившиеся в рукаве и успевшие проэволюционировать, не покидая его пределов.

Еще в 1957 году И.С. Шкловским и В.И. Красовским была высказана гипотеза, объясняющая вымирание динозавров на мел-палеогеновой границе стойким увеличением уровня космических лучей в десятки, если не сотни раз. Прикидочный расчет, проведенный И.С. Шкловским (см. его замечательную книгу «Вселенная, жизнь, разум»), показал, что за время своего существования Солнце не менее десяти раз оказывалось ближе 10 пк от вспыхнувшей сверхновой. При этом достигший Земли поток ультрафиолетового излучения в десятки раз превосходил солнечный, что, естественно, не способствовало процветанию жизни. При попадании Солнца внутрь расширяющейся оболочки сверхновой плотность первичных космических лучей (высокоэнергичных частиц) также увеличивалась в десятки раз. Подобные явления были особо неприятными для существ с длительным сроком жизни (короткоживущие биологические формы менее подвержены мутациям), к числу которых относятся гигантские рептилии мезозоя.

В этой связи любопытно исследование, проделанное американскими учеными Э. Лейчем и Г. Вазиштом. Сопоставив движение Солнца по Галактике с перемещением спиральных рукавов, они заметили, что во время массовых вымираний (мел-палеогеновое, пермско-триасовое) Солнце находилось либо внутри рукавов, либо в непосредственной близости от них. Согласно расчетам этих ученых, следующее прохождение Солнца сквозь основной рукав произойдет лишь через «утешительные» 140 млн лет.

СМИ с удовольствием раздувают эти и другие «научные сенсации», преподнося гипотезы ученых чуть ли не как истину в последней инстанции. Но наука для того и существует, чтобы порождать гипотезы, проверять их, отбрасывать ложные и двигаться дальше. Нормальный ученый просто обязан генерировать гипотезы, а уж какие из них будут приняты, а какие отброшены, заранее никому не известно. Даже и принятая научным сообществом гипотеза, удовлетворяющая строгим научным критериям (объяснительная сила, принципиальная проверяемость), еще не гарантирует ее истинности. Если скорость движения Солнца относительно спиральных рукавов известна настолько неточно, что не вполне ясно, есть ли она вообще, то о каких прохождениях сквозь рукава и тем более о вымираниях можно говорить? Сами по себе массовые вымирания земной биоты – не аргумент. Они легко могут быть объяснены (и объясняются) чисто земными экосисгемными кризисами, не имеющими никакой связи с космосом, и объяснения эти подчас более убедительны, чем привлечение космических сил.

С другой стороны, если Солнце находится на таком расстоянии от галактического центра, что его орбитальная скорость в точности равна скорости вращения спиральных рукавов, это как-то обидно. Тогда возникает страшное подозрение, что для успешного развития высшей жизни и превращения ее в жизнь разумную необходимо строжайшее условие точно определенного расстояния до центра галактики – иначе ничего не выйдет? Думаю, многим тут захочется «включить» антропный принцип: мы являемся свидетелями процессов определенного рода, поскольку процессы иного рода проходят без свидетелей. То есть если бы Солнце имело орбиту, вынуждающую его время от времени проходить сквозь спиральные рукава, то читать эту книгу было бы некому, поскольку короткоживущие формы (скажем, мыши) не имеют шанса стать разумными и тем более грамотными.