звезд в других звездных системах, в чудовищной дали, их прошлое и будущее установить нельзя. Надо, чтобы сверхновая вспыхнула к нам поближе. К сожалению, с тех пор как астрономы стали этим интересоваться, ни одного такого случая не было. Однако, если допустить, что звезда-гостья 1054 года была причиной возникновения крабовидной туманности и, следовательно, находилась на том же расстоянии от нас, то получается, что ее блеск был такой же, как у сверхновых звезд. Это была «наша собственная», «домашняя» сверхновая звезда.
В 1942 году исследовали спектры двух звезд, находящихся в крабовидной туманности. У одной из них спектр оказался примерно таким же, как у Солнца. Вероятно, она гораздо ближе к нам, чем туманность, и лишь случайно на нее проецируется. У другой же звезды в спектре никаких линий не заметно, но распределение энергии в нем указывает на очень высокую температуру. По яркости туманности в сравнении со звездочкой (первая из них ярче в 500 раз, так что туманность не может светиться отраженным от нее светом) можно оценить температуру звезды. Автор этой книжки оценил ее в 140 тысяч градусов. Минковский другим методом оценивает ее даже в 500 тысяч градусов. Так или иначе, это самая горячая из всех известных звезд, и, вероятно, она-то и является тем, что осталось от недолговечной сверхзвезды. Если это действительно так, то можно притти к следующим выводам о ее физическом строении. Выводы эти кажутся прямо фантастическими, но они будут еще более фантастическими, если окажется, что бывшая сверхновая — не эта звездочка, а какая-нибудь другая, еще более слабая и пока невидимая.
В наибольшем блеске сверхновая звезда должна быть сверхзвездой — не только сверхяркой, но и сверхгромадной. Она должна быть в тысячи раз больше Солнца по диаметру, размером во всю солнечную систему. После вспышки же, судя по ядру крабовидной туманности, она в 50 раз меньше Солнца, т. е. лишь вдвое больше Земли, и ее средняя плотность должна составлять около 300 000 г/см'.
Наперсток с веществом этой звезды будет весить 300 килограммов и потребует для перевозки грузовик; правда, дно грузовика от такого давления проломится.
Здесь кончается то, что можно вывести из наблюдений, так как если после вспышки от сверхновой осталось что-либо подобное звезде (вся целиком звезда разрушиться не могла), то оно будет невидимо нам из-за своей слабой яркости.
Пока же отметим, что крабовидная туманность особенно сильно излучает красные лучи, обязанные некоторым линиям спектра азота. Это заставило поискать подтверждения тому, что яркая новая звезда, наблюдавшаяся Кеплером в 1604 году в созвездии Змеедержца, тоже была сверхновой. Окрестности места, указанного Кеплером, в 1943 году были сфотографированы на пластинках, чувствительных к красным лучам, и на снимке обнаружилась невидимая ранее слабая туманность. Спектр ее оказался похожим на спектр крабовидной туманности, и центр ее совпал с местом вспышки новой звезды Кеплера. В центре туманности нет звезд ярче 18,5-звездной величины.
По-видимому, звезда Кеплера, а также новая звезда, бывшая ярче Венеры и наблюдавшаяся даже днем Тихо Браге в 1572 году в созвездии Кассиопеи, были тоже сверхновыми звездами, вспыхнувшими в нашей Галактике.
Изучение сверхновых звезд насчитывает всего лишь десяток лет. Вероятно, в скором времени природа сверхновых звезд, их загадочные возникновение и конец будут выяснены уже значительно лучше, чем теперь.
Чем живут звезды
«Мы едим, чтобы жить», говорит пословица. Усвоение пищи сообщает живым существам энергию, которую они и расходуют в движении. Всякая машина для работы требует, чтобы ее чем-либо питали. Станки пожирают электроэнергию, электростанции пожирают уголь — окаменелые растения далекого прошлого; эти растения пожирали солнечное тепло и свет. Но что же пожирает само Солнце? За счет чего звезды расходуют такие чудовищные количества энергии? Она должна пополняться, ибо в природе «вечного двигателя» нет и быть не может, чего, к сожалению, не знают до сих пор некоторые горе-изобретатели.
Если бы Солнце состояло из лучшего донецкого угля и горело, то, получай оно для этого в достаточном количестве кислород, оно сгорело бы целиком примерно за 1500 лет.
Некогда существовало мнение, что энергия Солнца поддерживается падением на него метеоритов. Их энергия превращается при падении в теплоту, поддерживающую излучение Солнца. Такой способ питания помог бы Солнцу не больше, чем нам, если бы мы вздумали вскипятить бочку воды, ставя на ее крышку горячие утюги.
Кроме того, метеоритов должно было бы сыпаться на Солнце невероятно много, и они так быстро увеличивали бы массу Солнца, что это было бы заметно.
Энергия должна в Солнце поступать изнутри к поверхности, как это показывают нам теперь все данные о природе Солнца.
Энергия Солнца могла бы пополняться за счет его сжатия, уменьшения в размерах. При этом энергия тяготения к центру переходила бы в энергию тепловую. Вычислено, что если бы даже Солнце было некогда бесконечно большим, то и в этом случае его сжатия до современного размера хватило бы на поддержание его энергии всего лишь в течение 20 миллионов лет. Между тем доказано, что земная кора существует и освещается Солнцем гораздо дольше. Сжатие может иметь и наверное имеет место, но не оно служит главным источником солнечной энергии.
Не состоят ли недра звезд из радиоактивных элементов, таких, как торий, уран и радий? Распадаясь, эти элементы выделяют теплоту. Если бы Солнце целиком состояло из радия (а надо сказать, что на Земле его всего-навсего добыто в чистом виде из горных пород пока еще только несколько граммов), то оно излучало бы больше энергии, чем действительное Солнце. Но при большой начальной расточительности, неизбежной при радиоактивном распаде, интенсивность его излучения спадала бы слишком быстро. Радий не мог бы поддерживать наше Солнце так долго, как это необходимо. Допустить же существование тяжелых, сверхрадиоактивных элементов (неизвестных на Земле), да еще сгустившихся в недрах Солнца, современная физика и теория внутреннего строения звезд не позволяют.
На наше счастье, физика атомного ядра, возникшая всего лишь лет десять назад, указала нам источник звездной энергии, согласующийся хорошо с данными теоретической астрофизики и, в частности, с выводом о том, что большую часть массы звезд составляет водород.
Слышали ли вы о том, что водород горит? Да, водород в звездах сгорает и дает им нужное питание, но это совсем не то горение, то есть не соединение с кислородом, которое известно из простого опыта.
Горение — это химический процесс, то есть перетасовка атомов между молекулами. Но энергии химических реакций недостаточно для поддержания солнечного тепла. С другой стороны, при чудовищном жаре в недрах звезд существование молекул невозможно, они там распадаются. Там возможны только перетасовки тех составных частей, из которых образованы сложные системы, называемые ядрами атомов, когда-то считавшихся неделимыми. При температурах в миллионы градусов происходит распад не только атомов, но и их ядер и перетасовка продуктов распада, отчего образуются новые химические атомы с иными химическими свойствами. Такие перетасовки называются ядерными реакциями. Физика ядерных реакций установила, что источником энергии в звездах, в том числе и в Солнце, является непрерывное образование атомов гелия за счет атомов водорода.
Известно, что атом гелия весит приблизительно в четыре раза больше, чем атом водорода. Однако мы не получим атом гелия, сложив попросту четыре атома водорода. Прежде чем материал четырех водородных атомов создаст атом гелия, должен произойти целый ряд чудесных превращений, напоминающих сказочные превращения оборотней, и непременными помощниками и толкачами в этих превращениях оказываются атомы углерода. Но такие превращения не проходят безнаказанно: при этом выделяется и теряется энергия, а она имеет массу. Оттого-то масса атома гелия получается несколько меньше массы четырех атомов водорода. Так работает фабрика гелия в недрах гигантских звезд.
Межзвездный газ
Газ, всюду газ! Собранный в гигантские раскаленные шары, он образует бесчисленные звезды; в них сосредоточена главная масса вещества в нашей вселенной. Разреженный, холодный газ, заполняющий огромные пространства в виде газовых туманностей, обволакивающий десятки звезд, газ, образующий атмосферы планет! И все это в безвоздушном пространстве. Подлинно ли в безвоздушном?
Наши понятия о вакууме, о безвоздушном пространстве относительны. В электрической лампочке «нет воздуха», говорим мы, он оттуда выкачан. Сравнительно с комнатным воздухом там — вакуум. Но физик с помощью своих лучших насосов может так выкачать воздух из какой-либо стеклянной трубки, что по сравнению с ним пространство внутри электрической лампы кишит мириадами молекул.
Газовые диффузные туманности с их плотностью, меньшей чем одна миллиардная от миллиардной доли грамма в кубическом сантиметре, раскинулись в безвоздушном пространстве. Но и оно, как мы убеждаемся, не совершенно пусто, в нем тоже есть газ. Газ ничтожной плотности, но все же газ, и между любыми двумя звездами есть газовая среда, какой бы ничтожной плотности она ни была.
Пока свойства атомов не были хорошо изучены физиками, исключительное или, по крайней мере, преобладающее нахождение именно кальция между звездами вызывало недоумение. Потом выяснилось, что ионизированный кальций поглощает свет главным образом в тех двух своих линиях, которые находятся в легко наблюдаемой части спектра. Атомы других элементов поглощают свет либо в очень многих линиях, как, например, железо, либо в такой области спектра (ультрафиолетовой), которая недоступна для изучения из-за ее полного поглощения в нашей атмосфере. Поэтому-то линии других межзвездных атомов, если они есть, либо вообще не могут быть обнаружены, либо они менее заметны, потому что их общее поглощение разбивается на много разных поглощений — в каждой линии понемногу. Поэтому нет оснований считать ионизированный кальций единственным или преобладающим газом в межзвездных недрах, он только заявляет о своем присутствии крикливее других.