CC BY
16
2000.04.002-008. ВСЕЛЕННАЯ ВСЕ ТАК ЖЕ ЗАГАДОЧНА. (Сводный реферат).
2000.04.002. ALAN BOYLE. Big debate over "Little big bang". http://www. msnbc.corn./news/314049.asp. — 6 p.
2000.04.003. ALAN BOYLE. Scientists are scening the big picture: Supernovae and gas clouds become yardsticks for universe. http://www. msnbc.com./news/226086. asp. — 6 р.
2000.04.004. WILLIAM S. WEED. Master of the universe. http://www. salon.con/people/feature/1999/12/02/marcy/index.html. — 4 p.
2000.04.005. JOHN N. WILDORF. Search for new planets yeilds confusion. http;//astron.berkeley.edu/ gmarcv/ny'times/-2 mar 99.html. — 5 p.
2000.04.006. New method for extrasolar planet detection. http://www. spacedaily.com/spacecast/news/extrasolar-99zb.html. — 3 p.
2000.04.007. ROBERT R. BRITT. First light ever seen from extrasolar planet. http: // explore zone. com / arhives /99-12-16-reflected light. htm. — 5 p.
2000.04.008. Six new planets orbit stars, five in liveable zone. http://unisci. com/stohes/1999/4/11300991 htm.
Авторы, журналисты научно -популярных журналов и постоянные корреспонденты раздела MSNBS в Интернете, сообщают о наиболее интересных событиях и открытиях в области исследований микромира и Космоса.
Превалирующая среди современных астрономов теория "Большого взрыва" и разлетающейся Вселенной постоянно колеблется. То ученые находят ей подтверждение, то в очередной раз сомневаются, сталкиваясь с новыми, трудно объяснимыми фактами. Общество заинтересованно наблюдает за ситуацией, в основном придерживаясь позиции шекспировского Гамлета: "Как много тайн и на Земле, и в небе... всей вашей философии не снилось" (003, c. 6)1.
В своих попытках приблизиться к пониманию происходивших и происходящих сегодня явлений, охватывающих Вселенную в целом, ученые идут как бы с двух взаимодополняющих друг друга сторон. С одной стороны, они стремятся воспроизвести и изучить условия, которые, по их мнению, имели место в момент "Большого взрыва" или сразу же после него, если считать на миллионные доли
1 Перевод реф. Известные литературные переводы "Гамлета" (Лозинский, Пастернак) не совсем полно отражают аспекты текста, важные для данного случая.
секунды, а с другой, — наблюдая за различными, в том числе наиболее отдаленными зонами космоса, понять, что происходит со Вселенной в настоящее время. Ряд любопытных в этом плане событий произошел в конце 1999 г. и в начале 2000 г.
В Брукхевенской национальной лаборатории США в штате Нью-Йорк, остров Лонг Айленд, вступает в строй новый большой (диаметр кольца 2,4 мили) ускоритель тяжелых ионов, работающий на встречных пучках. Стоимость установки — 600 млн. долл. Она должна позволить достичь скорости столкновения частиц, равной 99,95% скорости света. Температура при этом в точках столкновений превысит триллион градусов, что в 10 тыс. раз выше температуры Солнца.
"В этих условиях, — говорит помощник руководителя проекта Т.Лудлам (Т.ЬМ1ат), — нейтроны и протоны в атомном ядре фактически превращаются в плазму, содержащую кварки. Это переходная термодинамическая фаза, аналогичная фазе таяния льда или кипения воды" (002, с. 2). Кварки, как считают физики, — это частицы, из комбинации которых в обычных условиях состоят протоны и нейтроны ядра. Существование таких частиц было впервые постулировано в 1960 г. А соединены они между собою с помощью "находящихся в совместном владении" других частиц, названных глюонами. Таким образом, в Брукхевенском ускорителе, на строительство и монтаж которого ушло 15 лет, должна, по расчетам авторов проекта, получиться кварко-глюоновая плазма. Существует она очень короткое время — миллиардную долю триллионной части секунды. Космологи считают, что миллиарды лет назад, в момент сразу после Большого взрыва, на протяжении одной миллионной доли секунды весь космос представлял собою чрезвычайно плотную крупную массу такой плазмы.
Но никто из физиков никогда такого "супа", как они говорят, не видел1. Одна из задач эксперимента на ускорителе — подтвердить сам факт возможности существования такого состояния материи. Насколько космологам известно, в современной Вселенной кварко-глюоновой плазмы нет, разве что внутри сверхплотных звезд. Если ее
1 26 марта 2000 г. академик Е.П.Велихов сообщил по московскому телевидению, что кварко-глюоновая плазма впервые была открыта российскими учеными.
удастся получить, то "... чрезвычайно интересно проследить разовый переход от обычной материи к упомянутой беспорядочной плазме и обратно, а затем попытаться ответить на вопрос, почему возникают именно такие комбинации кварков, которые есть в протонах и нейронах, и не могут ли возникнуть какие-нибудь иные комбинации" (002, с. 3).
Вот вокруг этого последнего момента — возможности возникновения новых комбинаций кварков — и в научном, и главным образом в околонаучном мире возникла масса разнообразных спекуляций, активно обсуждающихся в американском и европейском обществе. По этому поводу написан даже научно-фантастический роман "Косм", в котором в результате работы ускорителя возникает новый странный космос. В романе все кончалось благополучно. А вот в письме, опубликованном в июльском 1999 г. номере журнала "Сайентифик америкен" (Scientific American), поставлен вопрос о возможности возникновения из кварко-глюоновой плазмы черной дыры. Профессор Принстонского института перспективных исследований (Prinston's Institute for Advanced Study) Ф.Вилчек (F.Wilczek ) на это письмо утверждает, что "опасные сюрпризы представляются крайне маловероятными", но он же упоминает о так называемых "странглетах" (strangelets ), т.е. частицах, содержащих "странные" кварки — несколько более тяжелые и менее изученные, чем те, что образуют обычные нейтроны и протоны. "Если возникнет комбинация очень маловероятных условий, то теоретически странглеты могут "пожирать" обычную материю и именно этот сценарий привлек внимание как физиков, так и журналистов" (003, c. 3). Лондонская "Санди Таймс" озаглавила свою статью "Машина Большого взрыва способна уничтожить Землю". И прочие газеты подавали материал в столь же паническом ключе, вызывая возмущение ученых. Директор Брукхевенской лаборатории выпустил два пресс-релиза, стараясь развеять опасения, но все же создал группу ученых, поставив перед ними задачу оценить степень риска. Возглавил группу Р.Жаффе (Jaffe). По его мнению, "есть ряд маловероятных ситуаций, которые все должны совпасть. В теории вероятности такая чисто гипотетическая ситуация называется цепь Руби Гольдберга. Если это произойдет, то положение может стать опасным" (003, с. 4). Жаффе считает, что, хотя странглеты могут существовать в центрах супермассивных звезд, создать такие частицы с помощью ускорителя практически
невозможно. А даже если они и появятся, то им совсем не обязательно быть разрушительными. Скорее всего они будут заряжены положительно, но заряд будет небольшим. Конечно, такие частицы выглядели бы довольно экзотично, но были бы безвредны, что-то вроде атомов гелия со значительно увеличенным атомным весом.
Опасность возникнет только в том случае, если ядра странглет окажутся заряжены отрицательно. "Тогда, — утверждает Жаффе, — странглет начнет притягивать обычные ядра и "поедать" их. После чего он вроде бы "рыгнет" несколько раз и после "переналадки" опять будет заряжен отрицательно. Снова "съест", "рыгнет", "съест", "рыгнет" и так до тех пор, пока вся материя вокруг него не будет съедена" (там же). Возможен ли такой сценарий?
Чтобы ответить на этот вопрос, группа прибегла к аналогии с явлением столкновения космических лучей. Ведь если странглеты смогут возникать в ускорителе, то они должны появляться и при столкновении космических лучей. Физики подсчитали, что около триллиона столкновений космических лучей происходят в секунду на Луне, причем энергия излучений достаточна для образования странг-летов. В ускорителе такое число столкновений произойдет за 10 лет эксплуатации. Но ученые никогда не замечали каких-либо явлений, которые можно было бы связать с существованием "странной" материи. "Тот факт, что планеты и звезды не превратились в "странную" материю, является свидетельством того, что цепь Гольдберга не существует. Космические лучи исключают такую возможность. Поэтому мы считаем, что какие-либо опасения по поводу безопасности ускорителя безосновательны" (003, с. 5).
Т.Лудлам полагает, что всякого рода пугающие спекуляции появляются практически всякий раз, когда физики создают установки, обеспечивающие новый шаг в наращивании энергетического уровня пучков. Особенно много их в конце 1999 г., который считают последним годом тысячелетия. Есть и обвинения ученых в том, что они хотят, дескать, сравняться с Богом. В то же время от утверждений, что мы можем сделать что-то, способное нарушить ткань Вселенной, веет геоцентризмом Птоломея. "Однако Вселенная вокруг нас не вращается" (там же).
Предполагалось,что эксперименты на ускорителе начнутся в январе 2000 г. или несколько позже. На церемонии открытия
школьники старших классов покажут интермедию, имитирующую взаимодействие кварков и глюонов.
Что касается второго направления — наблюдения наиболее отдаленных областей космоса и попыток понять, что там происходит, то и здесь в 1999 г. появилось немало новой информации. "Самой большой бомбой", взорвавшейся в космологии (003, с. 2), называют результаты, полученные учеными, исследующими так называемые "сверхновые" звезды типа 1А, находящиеся на окраине наблюдаемой Вселенной. В момент, когда свет покинул эти звезды, они были в состоянии взрыва. Две группы ученых, одна — команда "Хай-зет" (High-Z team) и вторая — участники космологического проекта "Супернова" (The supernova cosmology project), наблюдали и измеряли независимо друг от друга яркость указанных звезд, а также сдвиг спектра их излучения ("красное смещение"). Измерение яркости позволяет судить о расстоянии объекта наблюдения от Земли, а следовательно, и о времени, затраченном светом на путешествие к нашей планете. "Красное смещение" показывает, насколько Вселенная расширилась за это время.
До настоящего времени большинство исследователей космоса придерживались теории "Большого взрыва" и расширяющейся Вселенной. Считалось, что если Вселенная имеет определенный уровень плотности, то геометрия ее является "плоской", тх. евклидовой, и с течением времени она постепенно замедляет свое расширение, хотя никогда и не остановится. Если же плотность вещества во Вселенной превосходит данный уровень, то геометрия ее будет "закрытой" и силы притяжения в конце концов стянут все галактики в "Большой ком", в состояние, предшествовавшее "Большому взрыву". Если же, наоборот, плотность вещества окажется меньше, то Вселенная будет обладать "открытой" геометрией и разлетится в конечном счете в "ничто", наступит "Великий холод" (003, с. 4).
Однако исследования сверхновых звезд показали, что Вселенная не просто расширяется, но и скорость этого процесса примерно за 5 последних миллиардов лет растет, тогда как по известным нам физическим законам должна бы уменьшиться. Как это объяснить? Журнал "Сайентифик америкен" назвал результаты наблюдений "революцией в космологии". В январе 1999 г. он писал: "Либо в нашей Вселенной доминирует некая странная форма энергии... либо
Вселенная — это необычно искривленный замкнутый "пузырь" в бесконечном пространственно-временном континууме" (003, с. 3).
Авторы открытия придерживаются первой точки зрения. Они считают, что существует (это, кстати, предполагали и раньше) особая характеристика "пустого космоса", которую называют самыми разными именами — "энергия вакуума", "темная энергия", "эффект космологической константы", "лямбда", "пропульсивная гравитация" или даже "антигравитация" (003, с. 2). "Извлеките из участка пространства всю материю и излучение, какие только можете, и там все равно останется энергия, — говорит исследователь из Вашингтонского университета Крейг Хоган (С.Ио§ап), член группы Хай — Супернова, — это свойство, которое ни одна из существующих теорий не предполагает и не объясняет" (там же).
Исходя из наблюдений сверхновых звезд, большинство космологов полагают теперь, что во вселенском масштабе разворачивается сценарий "Великого холода". Энергия вакуума, которая заставляет "пустое" пространство расширяться, по мнению ученых, составляет около 70% всего комплекса материя — энергия Вселенной. Еще примерно 20 с небольшим процентов занимает "темная материя", т.е. такая, которая не испускает света и/или электромагнитного излучения какой-либо иной формы. Если принять такое предположение, то получается, что все воспринимаемое нами в просторах Вселенной, начиная с самой Земли и до отдаленных светящихся облаков раскаленного газа, составляет лишь очень малую часть Космоса. Вариантов объяснения строения Вселенной с учетом энергии вакуума много, вплоть до весьма экзотичных. Но на сегодня ясно одно — результаты излучения дальних сверхновых звезд ставят перед теоретиками сложнейшую проблему, подступы к решению которой пока не ясны.
Однако изучение макрокосмоса не сводится к попыткам решить обозначенную проблему. "Сегодня в астрономии существует два самых "горячих" направления. Одно из них — стремление понять судьбу Вселенной... Будет ли она расширяться или сжиматься? Где находится "темная" материя, является ли она материей, или это — "темная энергия"? А второе направление — это вопрос о существовании жизни вне нашей планеты" (004, с.2-3). Здесь прежде всего важно убедиться, что в Космосе есть еще планеты как таковые — небесные тела, движущиеся вокруг каких-либо подобных нашему Солнцу звезд, а затем разработать технологии, которые позволили бы
узнать об этих планетах как можно больше. Над решением таких задач работают астрономы многих стран, постоянно сотрудничая друг с другом, проверяя полученные коллегами данные, строя свои и оспаривая или поддерживая чужие гипотезы. Наиболее успешно в последние годы продвигаются вперед несколько групп американских планетологов, шотландских и швейцарских. Объясняется это в основном наличием у этих групп достаточно мощных телескопов.
Собственно говоря, в существовании за пределами видимого неба в бесконечной, по его мнению, Вселенной систем, похожих на нашу солнечную, был убежден еще греческий философ Эпикур (IV в. до н.э.), споривший со своим не менее знаменитым современником Аристотелем, придерживавшимся геоцентрической теории. Но лишь в последние 3-4 года были сделаны открытия, "превратившие астрономов в эпикурейцев" (005, с. 1), — были обнаружены звезды, имеющие по крайней мере одну планету. На сегодня таких звезд насчитывается уже 28, причем 25% из них обнаружены в конце 1999 г.
Главная трудность, с которой сталкиваются астрономы при попытке "разглядеть" вращающуюся вокруг яркой звезды планету, заключается именно в яркости звездного свечения — на таком фоне отличить сравнительно небольшой объект чрезвычайно сложно. Все зависит от чувствительности используемой аппаратуры. 24 декабря 1999 г. ученые исследовательского центра Эймс, входящего в число научных центров НАСА, объявили, что с помощью нового фотометра "Вулкан" установленного в обсерватории Лик (Lick observator) в Силиконовой долине (штат Калифорния), им удалось реализовать так называемый "метод транзитной фотометрии", т.е. уловить изменение яркости звезды, когда планета в своем орбитальном движении проходит перед нею. Метод был опробован при наблюдении планеты, открытой в сентябре 1999 г. астрономами высотной обсерватории в местечке Болдер (Boulder — штат Колора-до) под руководством д-ра Д.Шарбоне (Charbonneau). Планета вращается вокруг звезды НД 209458, имеет диаметр в 1,3 раза больше диаметра Юпитера и период обращения равный 3,52 суток (006, с. l). П мнению руководителя проекта В.Боруски (W.Borucki), этот метод дает "научному сообществу еще один ценный инструмент для использования в астробиологи-ческих исследованиях" (там же). Он позволяет определить размер планеты, время ее обращения и классифицировать звезду, вокруг которой планета вращается. Затем данные фотометрии передаются
группе астрономов, наблюдающих за той же звездой с помощью телескопа и спектрометра, позволяющего наблюдать эффект Доппле-ра (красное смещение спектра, упоминавшееся выше) и определить массу планеты, а также ее примерный состав.
Тем временем британские астрономы (6) разработали и апробировали метод прямого измерения массы и размеров планеты, основанные на использовании света звезды, от этой планеты отражающегося. Они попытались выделить в спектре наблюдаемого излучения две составляющих. Одна из них за время наблюдений в несколько дней практически не меняется или меняется, плавно сдвигаясь к инфракрасной области, а вторая — меняется, как бы колеблется относительно некоторого среднего положения. Первую составляющую относят к свету, излучаемому звездой, а вторую — к свету, отраженному от планеты, которая, вращаясь вокруг звезды, то приближается к Земле, то от нее удаляется. Британцы наблюдали планету звезды, которая называется Тау Бутис. Диаметр этой планеты в 1,6-1,8 раза больше диаметра Юпитера, а масса превосходит массу последнего в 8 раз (007, с.1). Если этот метод окажется достаточно надежным (а многие пока в нем сомневаются), то он позволит узнать о планетах вне Солнечной системы много нового относительно их состава, построить гипотетическую модель климата и т.д.
Однако наиболее впечатляющим событием 1999 г. стало открытие почти сразу шести новых планет, а также, что особенно важно, признаков присутствия у двух ранее известных планет дополнительных "компаньонов", т.е. некоторых планетных систем. Эти данные (7) получили астрономы Калифорнийского университета (Беркли), Институт Карнеги в Вашингтоне, Калифорнийского университета в Санта Крус и Сассекского университета (Англия), работавшие с телескопом Кек I на Гавайях, снабженным новым спектрографом, обладающим высокой разрешающей способностью. Вновь обнаруженные планеты вращаются вокруг звезд, которые по своим размерам, возрасту и яркости подобны нашему Солнцу (а всего ученые обследовали 500 солнцеподобных звезд). Они находятся на расстояниях от 65 до 192 световых лет от Земли. Первая из звезд намного холоднее Солнца и несколько больше его. Она находится в созвездии Рыбы в 106 св. годах от Земли. Ее планета имеет массу как минимум в 6,35 раз больше массы Юпитера, планеты Солнечной системы, с которой вновь открываемые планеты обычно сравнивают.
Обращается эта планета вокруг своей звезды за 1072 дня по эксцентричной орбите с минимальным радиусом 2,13 а.е.1 и максимальным 2,39 а.е. Если взять среднее расстояние от звезды до планеты, то последняя окажется чуть дальше границы, пригодной для обитания зоны2. Предполагается, что температура ее равна приблизительно 115° по Фаренгейту (Б), а химический состав — в основном водород и гелий. Она, как и остальные из новой "шестерки", представляет собою гигантский водородно-гелиевый шар. Вторая входящая в эту шестерку звезда со спутником тоже несколько холоднее Солнца. От Земли до нее 108 св. лет, она принадлежит к созвездию Тельца. Масса ее планеты — 1,04 массы Юпитера, период обращения — 155,7 дней. Орбита опять-таки резко эксцентрична, средний ее радиус равен 0,55 а.е., так что планета находится около внутренней границы пригодной для обитания зоны, внутри последней. Температура на ее поверхности — около 130о Б. Третья звезда — в созвездии Весы (83 св. года от Земли). Ее планета в 1,5 раза массивнее Юпитера, имеет эксцентричную орбиту со средним радиусом 0,81 а.е., температуру 108о Б и период обращения 260 дней. Находится внутри пригодной для обитания зоны. Четвертая звезда — в созвездии Лисичка. Она расположена дальше остальных от Земли — 192 св.года и заметно холоднее Солнца (на 1000о К). Планета ее тоже массивнее Юпитера (в 1,22 раза), имеет очень резко эксцентричную орбиту со средним радиусом 1,1 а.е. Температура ее-192о Б, что, вероятно, еще в пределах пригодной для обитания зоны. Пятая и шестая звезды расположены соответственно в созвездиях Орла и Водолея, т.е. в 65 и 137 св. годах от Земли. Планета первой чуть менее массивна, чем Юпитер, второй — более массивна, причем последняя движется по самой эксцентричной орбите по сравнению с орбитами всех известных планет вне Солнечной системы. Обе планеты находятся в пределах пригодных для обитания зон своих звезд (все — 008, с. 2).
Приведенные данные важны не столько сами по себе, сколько для сопоставления с характеристиками планет нашей Солнечной
1 а.е. - астрономическая единица длины, равная расстоянию от Земли до
Солнца.
2 Зона, в пределах которой температуры таковы, что вода может находиться в жидкой фазе.
системы. Сравнение свидетельствует о том, что сходства практически нет. Во-первых, в Солнечной системе — целое семейство из восьми планет, а вновь открытые "планетные" звезды имеют только по одному спутнику. Вообще, среди 28 звезд этого типа только у трех ученые предполагают присутствие более одной планеты, судя по характеру движения этой одной, наличие которой сомнения не вызывает. Во-вторых, резкая эксцентричность орбит "новых" планет при их очень больших массах практически исключает присутствие у этих звезд планет типа Земли. Расчеты свидетельствуют, что столь малые планеты должны выталкиваться из системы гравитационным полем гигантов, двигающихся со столь большим эксцентриситетом относительно своих звезд. Орбиты планет Солнечной системы близ-ки к круговым, и это спасает "легковесов". Если бы орбита Юпитера имела подобный эксцентриситет, то Земля и Марс давно были бы "устранены" из нашей Солнечной системы.
Да и если бы у какой-то из 28 звезд оказалась каким-то чудом сравнительно малогабаритная планета, рассмотреть ее имеющимися сегодня средствами невозможно. Если посмотреть на Солнечную систему с расстояния "всего лишь" 30 св. лет (а все известные планеты находятся гораздо дальше), то можно видеть Солнце как яркую точку, а все планеты различить нельзя, они недостаточно освещены и слишком близки к своей звезде. Увидеть Землю с такого расстояния все равно что "...увидеть с Земли, как кто-то на Нептуне уронил монетку в четверть доллара" (004, с. 2). Для "разглядывания" Земли инопланетянину, окажись он на планете, отстоящей от нас на 30 св. лет, потребовался бы "...телескоп размером с его собственную Солнечную систему" (там же).
Таким образом, не только Земля с ее обитателями, но и вся Солнечная система на сегодня представляется явлением если не уникальным, то во всяком случае не типичным. Однако терять надежду отыскать в безграничной Вселенной что-то похожее на нашу систему пока рано. "Изо всех солнцеподобных звезд, известных искателям планет, лишь у 5% найдены планеты с массой подобной массе Юпитера и с такими опасными эксцентричными орбитами. Остаются еще 95% и среди них могут быть те, что свободны от столь разрушительных сил и пригодны для обитания" (005, с. 5).
А.Н.Авдулов
