6. Смерть солнца источник энергии

Возможные катастрофы второго класса из‑за вторжения в Солнечную систему объектов извне не являются следствием чего‑то определенного. Вероятность их в некоторых случаях столь мала, что для нас гораздо более вероятно попасть в катастрофу первого класса, такую, например, как образование нового космического яйца. В других случаях, когда вторжения представляются более вероятными, они обладают ничтожным для Солнца потенциалом.

Значит ли это, что нам совершенно не угрожает катастрофа второго класса? Можем ли мы заключить, что наше Солнце навечно в безопасности или по крайней мере в безопасности, пока существует Вселенная?

Отнюдь не так. Даже если исключить вторжения извне, есть основания полагать, что Солнце не в безопасности и что катастрофа второго класса, включая целостность самого Солнца, не только возможна, но и неизбежна.

В донаучные времена Солнце широко почиталось милосердным богом, от дружеского света и тепла которого зависело человечество и вообще вся жизнь. Его движение на небесах внимательно прослеживалось. Было установлено, что его путь по небу неуклонно поднимался вверх, пока не достигал пика 21 июня (летнее солнцестояние в Северном полушарии). Потом он опускался вниз неба вплоть до 21 декабря (зимнее солнцестояние), и затем цикл повторялся.

Даже доисторическая культура, по‑видимому, знала способы проверки положения Солнца со значительной точностью; представляется, например, что камни Стоунхенджа расставлены так, чтобы, помимо прочего, отмечать время летнего солнцестояния.

Естественно, до того как была понята истинная природа движения и местоположения Земли, не могло не возникать опасений, что Солнце, достигнув зимнего солнцестояния, может не повторить своего цикла и, продолжая опускаться, исчезнет совсем, и приведет все живое к гибели. Именно так, как «Фимбулвинтер» (суровая зима — исландок.), предвещают конец света скандинавские мифы: Солнце исчезнет, и начнется ужасный период темноты и холода, который продлится три года, а после него наступит Рагнарек и конец. Даже в более солнечных краях, где вера в вечную милость Солнца была, естественно, значительно сильнее, время зимнего солнцестояния, когда Солнце переставало опускаться, поворачивалось и начинало поднимать свой путь по небу, опять же было поводом к выражению чувства облегчения.

Лучше всего нам с древних времен известно празднование солнцестояния у римлян. Римляне верили, что их бог сельского хозяйства — Сатурн правил миром во времена древнего золотого века богатых урожаев и обилия пищи. Тогда неделя зимнего солнцестояния с ее обещанием возвращения лета и золотого времени сатурновского сельского хозяйства праздновалась как «Сатурналии» с 17 по 24 декабря. Это был период бесконечного веселья и радости. Всякие работы прекращались, и ничто не нарушало торжества, направо и налево раздавались подарки. Это была пора братства, слуги и рабы получали на время свободу, и в дни празднества им разрешалось присоединяться к хозяевам.

Сатурналии не исчезли. По мере усиления христианства в Римской империи оно отказалось от надежды отменить веселье при возрождении Солнца. Поэтому некоторое время спустя после 300 года нашей эры христианство поглотило это празднество с помощью произвольного объявления 25 декабря днем рождения Иисуса (на что нет абсолютно никаких библейских доказательств). Празднование рождения Солнца было таким образом превращено в празднование рождения Сына (В оригинале игра слов: sun — Солнце и son — сын, которые произносятся одинаково.).

Естественно, христианское мышление не могло позволить отождествить Бога с каким‑либо определенным объектом в обозримой Вселенной, так что Солнце было смещено со своего божественного положения. Смещение, тем не менее, было минимальным. Солнце оставалось прекрасным средоточием небесного света, неизменным и вечным, до тех пор пока Бог, вызвавший его к жизни на четвертый день творения, не соблаговолит положить ему конец. Пока оно существовало, оно, в своем сиянии и в своем неизменном совершенстве, было наиболее очевидным, зримым символом Бога.

Первым вторжением науки в этот мифический образ Солнца было открытие Галилеем в 1609 году солнечных пятен. Его наблюдения определенно свидетельствовали о том, что пятна эти были частью солнечной поверхности, а не облаками, затемняющими его поверхность. Солнце, уже больше не совершенное, вызывало и нарастающие сомнения в его вечности. Чем больше ученые узнавали об энергии на Земле, тем больше они задумывались об источнике энергии Солнца.

В 1854 году Гельмгольц, немало сделавший для утверждения закона сохранения энергии, представлял себе, насколько важно установить источник энергии Солнца, иначе закон сохранения мог не иметь силы. Одним из источников, который казался ему приемлемым, было гравитационное поле. Солнце, как он предполагал, постоянно сжимается под влиянием своей гравитации, и энергия этого направленного внутрь движения‑падения всех его частей преобразуется в радиацию. Если это так и если энергетический источник Солнца конечен (а было ясно, что так оно и есть), тогда и у Солнца должны быть начало и конец (Конечно, если закон сохранения энергии имеет место, любой источник снабжения Солнца энергией должен когда‑нибудь истощиться. Следовательно, закон сохранения энергии означает, что Солнце должно было родиться и оно должно умереть; иными словами, было время, когда Солнце не было знакомым нам объектом настоящего, и настанет время, когда Солнце больше не будет знакомым нам объектом настоящего. Все, что подлежит обсуждению, — это детали процесса.).

Вначале, по мнению Гельмгольца, Солнце было очень тонким облаком газа, и его медленное сжатие в еще не очень интенсивном гравитационном поле давало лишь немного лучистой энергии. Только с продолжением сжатия, когда гравитационное поле, оставаясь неизменным по общей силе, концентрировалось в меньшем объеме и, следовательно, становилось более интенсивным, а сжатие было быстрым, Солнце стало производить энергию такого вида, с которым мы знакомы.

Около 25 миллионов лет назад Солнце сжалось до диаметра 300 миллионов километров, и лишь после этого оно сжалось до размера меньше, чем орбита Земли. Тогда в какой‑то момент, менее чем 25 миллионов лет назад, могла образоваться Земля.

В будущем Солнцу предстоит умереть, потому что в конце концов оно не сможет больше сжиматься, а значит, источник его энергии будет исчерпан, и оно больше не станет излучать энергию, но остынет и превратится в холодное, мертвое тело, что определенно будет и финальной катастрофой для нас. Учитывая, что Солнцу потребовалось 25 миллионов лет на то, чтобы сжаться от размера орбиты Земли до его настоящего размера, можно предположить, что оно сойдет на нет примерно через 250 000 лет, и это будет все время, оставшееся для существования жизни на Земле.

Геологи, изучая изменения земной коры, убеждались в том, что Земля должна быть старше 25 миллионов лет. Биологи, изучая изменения в процессе биологической эволюции, тоже убеждались в этом. Однако отказаться от аргументации Гельмгольца значило отвергнуть закон сохранения энергии или надо было найти новый, более мощный источник энергии для Солнца. Именно вторая альтернатива спасла положение. Новый источник энергии был найден.

В 1896 году французский физик Антуан Анри Беккерель (1852‑1908) открыл радиоактивность, и вскоре обнаружилось, что существует неожиданный и огромный резерв энергии в ядре атома. Если бы Солнце могло как‑то использовать этот резерв, то не было бы необходимости предполагать, что оно все время сжимается. Оно могло бы излучать энергию за счет распада атомов в течение продолжительного времени без значительного изменения своего размера.

Просто говорить, что Солнце (и, таким образом, вообще все звезды) обладает атомной энергией, само по себе не убедительно. Но ядерная ли энергия делает Солнце Солнцем?

Еще в 1862 году шведский физик Андерс Йонас Ангстрем (1814‑1874) спектроскопически обнаружил в Солнце водород. Постепенно стало известно, что этот самый простой из всех элементов очень распространен в Солнце. В 1929 году американский астроном Генри Норрис Рассел (1877‑1957) доказал, что Солнце в основном и состоит из водорода. Теперь мы знаем, что оно на 75% состоит из водорода и на 25% из гелия (второй простейший элемент), причем более сложные атомы присутствуют только в небольших долях процента. Из этого ясно лишь то, что если на Солнце происходят ядерные реакции, являющиеся источником его лучистой энергии, то эти реакции должны быть связаны с водородом и гелием. Ничего больше в достаточном количестве там нет.

Между тем в начале 20‑х годов английский астроном Артур Стэнли Эддингтон (1882‑1944) установил, что температура в центре Солнца составляет миллионы градусов. При такой температуре атомы расщепляются, электронная оболочка разлетается и обнаженные ядра могут ударяться друг о друга с такой силой, что начинается ядерная реакция.

Солнце действительно началось с разреженного облака пыли и газа, как и предполагал Гельмгольц. Оно действительно медленно сжималось, выделяя в процессе сжатия лучистую энергию. Тем не менее, когда оно сжалось до размера, близкого к настоящему, когда стало достаточно горячим, чтобы положить начало ядерным реакциям, оно засверкало в настоящем смысле этого слова. И как только это произошло, оно длительное время сохраняет свой размер и свою лучистую интенсивность.

Наконец, в 1938 году американский физик немецкого происхождения Ганс Альберхт Бете (р. 1906), используя лабораторные данные относительно ядерных реакций, сделал вывод о природе реакций, которые имеют место внутри Солнца и производят энергию. Это — сложное преобразование ядер водорода в ядра гелия («водородный синтез») через ряд вполне определенных этапов.

Водородный синтез производит достаточное количество энергии, чтобы сохранить сияние Солнца в его настоящем виде в течение длительного времени. Астрономы теперь убеждены в том, что Солнце в настоящем своем виде сияет в течение примерно 5 миллиардов лет. И действительно теперь считают, что Земля, Солнце и Солнечная система в настоящем их виде существуют примерно 4 миллиарда лет. Это по времени соответствует тем имеющим место изменениям, которые наблюдают геологи и биологи.

Это также означает, что Солнце, Земля и Солнечная система в целом могут продолжать существовать (при отсутствии вмешательства извне) еще в течение миллиардов лет.