Карл Саган - Космос: Эволюция Вселенной, жизни и цивилизации

• Название: Космос: Эволюция Вселенной, жизни и цивилизации
• Автор: Карл Саган
• Жанр: Научпоп
• Год: 2005
• ISBN: ISBN 5-94278-522-8

Книга знаменитого американского астрофизика и популяризатора науки К. Сагана рассказывает об эволюции Вселенной, формировании галактик и зарождении жизни и разума. Автор прослеживает пути познания Вселенной — от прозрений древних мыслителей через открытия Кеплера, Ньютона и Эйнштейна к современным космическим миссиям.

---

— Потому что там больше воды.

— Но если больше воды в облаках, то и на поверхности ее должно быть больше. Что может представлять собой такая влажная поверхность?

— Болото.

А раз есть болота, то почему на Венере не быть цикадам, стрекозам и, возможно, даже динозаврам? Наблюдения: на Венере абсолютно ничего не видно. Вывод: на ней должна быть развитая жизнь. Безликие облака Венеры отражали лишь наши надежды и ожидания. Мы живые, и мы заключаем, что жизнь должна быть повсеместно. Но только тщательный сбор и анализ доказательств ответит на вопрос, обитаем ли данный мир. Венера решила не делать уступок нашим предубеждениям.

Первый реальный ключ к разгадке венерианской природы дали эксперименты со стеклянной призмой и дифракционной решеткой — плоской поверхностью, на которую через равные интервалы нанесены тонкие параллельные линии. Когда интенсивный поток обычного белого света проходит сквозь узкую щель и затем через призму или решетку, он разделяется по цветам радуги, образуя спектр. Спектр охватывает цвета — фиолетовый, синий, зеленый, желтый, оранжевый, красный[68] — в направлении от высокой частоты[69] к низкой. Он называется спектром видимого света, поскольку все эти цвета доступны нашему зрению. Но свет — это нечто большее, нежели тот маленький участок спектра, который мы воспринимаем. В высоких частотах, за пределами фиолетового цвета, лежит область ультрафиолетового излучения. Это совершенно реальный свет, несущий смерть микробам. Он невидим для нас, но его легко улавливают шмели и фотоэлементы. За ультрафиолетом находится рентгеновская область спектра, а еще дальше — гамма-излучение. В области низких частот, за красным цветом, располагается инфракрасный участок спектра. Он был впервые обнаружен, когда в темную для нашего глаза область спектра за красным краем поместили чувствительный тепловой датчик. Температура возросла. Значит, свет все-таки попал на термометр, хотя и был невидим для наших глаз. Гремучие змеи и полупроводники со специальными примесями прекрасно чувствуют инфракрасное излучение. За инфракрасным светом идет огромный спектральный диапазон радиоволн[70]. Все это — от гамма-излучения до радиоволн — разные, но одинаково важные виды света. Все они используются в астрономии. Но из-за ограниченных способностей нашего зрения мы отдаем предпочтение крошечному радужному диапазону, который зовем спектром видимого света.

Спектр электромагнитного излучения от самых коротких волн (гамма-излучение) до самых длинных (радиоизлучение).

Длину волны измеряют в нанометрах (нм), микрометрах (микронах, мкм), сантиметрах (см) и метрах (м).

В 1844 году философ Огюст Конт подыскивал пример такого знания, которое навсегда останется скрытым от нас. Он остановился на химическом составе далеких звезд и планет. Нам никогда не посетить их, полагал он, и, не имея на руках образцов вещества, мы будем навсегда лишены возможности узнать его состав. Но всего через три года после смерти Конта выяснилось, что спектр можно использовать для определения химического состава удаленных объектов. Молекулы и химические элементы поглощают свет различных частот (или цветов) — иногда в видимой части спектра, иногда в других его областях. В спектре планетной атмосферы одиночная темная линия соответствует узкому промежутку, в котором свет отсутствует из-за того, что солнечное излучение, проходя сквозь воздух другого мира, избирательно поглощается им. Каждая такая линия порождается определенным видом молекул или атомов. Каждое вещество оставляет свой характерный спектральный «автограф». Состав газовой оболочки Венеры можно определить с Земли, с расстояния 60 миллионов километров. Мы можем предсказать химический состав Солнца (где впервые был обнаружен гелий, названный по имени греческого бога солнца Гелиоса), магнитных звезд типа А, богатых европием, далеких галактик, исследуемых по совокупному свету миллиардов звезд. Астрономическая спектроскопия — это почти магическая техника. Она продолжает удивлять меня. Огюст Конт выбрал на редкость неудачный пример.

Если бы Венера и впрямь сочилась влагой, в ее спектре должны были бы без труда обнаружиться линии водяного пара. Однако спектроскопические исследования, предпринятые около 1920 года в обсерватории Маунт-Вилсон, не выявили ни следа, ни даже намека на присутствие водяного пара над облаками Венеры, что заставляет предположить существование иссушенной пустынной тверди, укутанной облаками тончайшей силикатной пыли. Дальнейшие изыскания обнаружили в атмосфере огромное количество углекислоты, наведя некоторых ученых на мысль, что вся вода на планете связана углеводородами, отчего и образовалась углекислота, а значит, поверхность Венеры представляет собой огромное нефтяное поле, море нефти, покрывающее всю планету. Другие заключили, что водяного пара над облаками нет потому, что облака эти очень холодные и вся вода конденсируется в мельчайшие капли, которым свойствен иной набор спектральных линий, чем водяному пару. Они высказали предположение, что планета полностью залита водой — за исключением, возможно, случайных островов, покрытых слоем известняка, подобно скалам Дувра. Но из-за огромного количества углекислоты в атмосфере море не может состоять из обычной воды; законы физической химии говорят, что она должна быть газированной. И получалось, что Венера — огромный океан сельтерской воды.

Первый намек на истинное положение дел удалось получить не анализируя спектры в видимой и ближней инфракрасной области, а благодаря исследованиям в радиодиапазоне. Радиотелескоп работает скорее как экспонометр, а не как фотоаппарат. Вы направляете его на довольно обширный участок неба, и он регистрирует, сколько энергии приходит оттуда на Землю на определенной радиочастоте. Мы уже привыкли к радиосигналам, передаваемым некоторыми разновидностями разумной жизни, а именно теми, что строят теле- и радиостанции. Однако существует множество других причин, по которым естественные объекты могут испускать радиоволны. Одна из них — нагрев. И когда в 1956 году один из первых радиотелескопов был направлен в сторону Венеры, обнаружилось, что она испускает радиоволны, как будто нагрета до чрезвычайно высокой температуры. Но окончательное подтверждение того, что поверхность Венеры невероятно горяча, пришло от советских космических аппаратов серии «Венера», которые впервые проникли сквозь облачный покров и опустились на загадочную и недоступную поверхность ближайшей планеты. Оказалось, что Венера страшно раскалена. Никаких болот, никаких нефтяных полей, никаких океанов газировки. При нехватке данных так легко допустить ошибку…

Когда я здороваюсь с приятельницей, я вижу ее благодаря отраженному свету Солнца или, например, лампы накаливания. Лучи света рассеиваются на ней и попадают в мой глаз. Однако древние, даже такие великие мыслители, как Евклид, считали, что мы видим посредством особых, испускаемых глазами лучей, которые как бы ощупывают наблюдаемые объекты, активно взаимодействуют с ними. Это естественное представление, и оно продолжает бытовать, хотя и не согласуется с невидимостью объектов в темной комнате. Сегодня мы соединяем лазер с фотоэлементом или радиопередатчик с радиотелескопом и таким образом можем при помощи света активно взаимодействовать с удаленными объектами. В радарной астрономии радиоволны испускаются находящимся на Земле радиотелескопом и отражаются обратно. На многих длинах волн облака и атмосфера Венеры совершенно прозрачны для радиоизлучения. В тех местах, где поверхность изобилует неровностями, излучение поглощается или рассеивается в разные стороны. Такие участки выглядят для радиоволн темными. Слежение за перемещением деталей поверхности в ходе вращения Венеры позволило впервые надежно определить продолжительность суток на планете — время, в течение которого Венера совершает один оборот вокруг своей оси. Выяснилось, что на один оборот относительно звезд Венера затрачивает 243 земных дня, причем вращается она в направлении, обратном направлению вращения всех планет внутренней части Солнечной системы. В результате Солнце здесь встает на западе и садится на востоке, а между двумя восходами минует 118 земных суток. А еще в моменты максимального сближения с Землей Венера всегда поворачивается к нам почти в точности одной и той же стороной своей поверхности. Хотя к такому, синхронизированному с Землей режиму вращения Венеру привело тяготение нашей планеты, это произошло не вдруг. Да и не может возраст Венеры насчитывать каких-то несколько тысяч лет, он должен быть таким же, как и у всех остальных объектов во внутренней части Солнечной системы.

Радарные изображения Венеры были получены как наземными радиотелескопами, так и с космического аппарата «Пионер-Венера», находившегося на орбите вокруг планеты[71]. На них отчетливо видны признаки ударных кратеров. Кратеров — не слишком больших и не слишком мелких — на Венере как раз столько, сколько насчитывается на лунных возвышенностях, — еще одно подтверждение того, что планета очень стара. Но венерианские кратеры совсем неглубокие, как будто под влиянием высокой температуры скалы на протяжении длительных периодов времени растекаются, подобно маслу или пластилину, постепенно сглаживая рельеф. Здесь есть огромные плоскогорья, вдвое выше Тибетского плато, громадные рифтовые долины, возможно, гигантские вулканы и горы, сравнимые по высоте с Эверестом[72]. Теперь мы можем видеть этот мир, прежде полностью скрытый от нас облаками, — его детали впервые исследованы посредством радара и космических аппаратов.