Иногда бывает очень полезно созерцать небо.
Как-то вечером 1925 года один южноафриканский почтальон шел с работы домой. Он остановился полюбоваться звездным небосводом. Его внимание привлекло созвездие Живописца.
Что-то в нем было не так.
Привычные для глаз очертания нарушала новая звезда; еще вчера ее здесь не было. Почтальон поспешил домой, чтобы сообщить об этом событии в ближайшую обсерваторию. Через несколько часов новую звезду уже наблюдали многие астрономы.
Это далеко не единственное открытие новых звезд, сделанное астрономами-любителями. Так, новую в созвездии Персея в 1901 году открыл киевский гимназист, новую в созвездии Короны в 1946 году — обходчик железнодорожных путей, а новую в созвездии Геркулеса в 1960 году — норвежский любитель. Так что чаще смотрите на небо — может, и вам повезет, и ваше имя появится среди открывателей новых звезд. А шансов у вас много. Как показывают подсчеты, в нашей звездной системе ежегодно вспыхивают десятки и даже сотни новых звезд. Но мы замечаем только ближайшие к нам, наиболее яркие. За последние шестьдесят лет в нашей звездной системе открыто более ста пятидесяти новых.
Собственно, название «новая звезда» или просто «новая» — очень неудачное название. И это признают все. Оно возникло давно и оправдывается только тем, что в старину действительно думали, будто это только что родившиеся звезды. Древнегреческий историк Плиний рассказывал, что около 134 года до н. э. в созвездии Скорпиона наблюдалась яркая вспышка. Ее заметил великий ученый древности Гиппарх. Естественно было предположить, что он наблюдает акт творения нового светила. Но вскоре эта звезда погасла. Пораженный Гиппарх переписал тогда все видимые на небосводе звезды с указанием их места. Теперь он был спокоен — если где-нибудь появится новая звезда, он ее сразу же заметит.
В том, что звезда так быстро погасла, ученый древности ничего удивительного не видел. Как считалось тогда, такая новообразованная звезда очень непрочна и поэтому скоро разрушается.
Каталог Гиппарха включал более пятисот самых ярких звезд. С годами его переписывали, уточняли, совершенствовали и пополняли астрономы Древней Греции, Рима, Арабского Востока и Европы. Он стал интернациональным. Именно ему мы обязаны названиями и очертаниями созвездий, которыми все пользуются и в настоящее время.
Конечно, взгляды Гиппарха безнадежно устарели. Сейчас уже хорошо известно, что новые звезды существовали давно, но вдруг за сутки-другие они разгорались, их блеск увеличивался в тысячи, даже в миллионы раз. Они раздувались, как мыльный пузырь, увеличиваясь в объеме. Например, новая в созвездии Живописца через несколько дней достигла размеров в 600 миллионов километров, то есть она стала больше диаметра орбиты Марса!
Но в звездных масштабах взрыв новой не представляется чем-то потрясающим. А потеря вещества звезды при взрыве и совсем мала — она теряет всего одну стотысячную долю своей общей массы.
Отчего же происходят вспышки новых?
Как-то профессор Б. А. Воронцов-Вельяминов заметил, что число гипотез о происхождении новых превышает число самих новых, наблюдавшихся за всю историю астрономии. Это, конечно, преувеличение, но действительно, каких только не было предположений.
Взрыв наблюдается тогда, когда встречаются два метеорных потока, — гласила одна из гипотез, и многочисленные столкновения пылинок наблюдатели на Земле отмечают как одну яркую вспышку. Но это, конечно, неверно, так как в метеорных потоках отдельные пылинки отстоят друг от друга на десятки километров — и их столкновения практически невозможны.
Приписывались вспышки и более экзотичным причинам, например… столкновениям двух звезд. Но автор этой гипотезы явно не учитывал, что такие жуткие космические катастрофы — уже совсем невероятные явления и вряд ли могут происходить так часто, как наблюдается появление новых.
Были и не такие эффектные, а потому и более правдоподобные предположения. Так, согласно одному из них, считалось, что новая — это звезда с естественным спутником, движущимся по вытянутой орбите. Когда спутник приближается, то на звезде происходят различные потрясения — ряд вспышек, извержений, увеличивающих ее блеск. По мере удаления спутника звезда приходит в нормальное состояние.
Уже в наше время один из астрономов, вспомнив об этой теории, заявил, что новые — это двойные звезды, в результате взаимодействия которых и происходят взрывы.
Сейчас считается, что вспышки — закономерный этап в развитии звезд. Звезды взрываются, сбрасывают газовую оболочку, а сами сжимаются, превращаются в совершенно иной тип звезд — белые карлики, невидимые в телескопы.
Вспышка новой происходит тогда, когда энергия, накопленная в ходе ядерных реакций внутри звезды, вдруг начинает резко выделяться. Это похоже на взрыв гигантской сверхбомбы. За несколько дней звезда выделяет столько энергии, сколько наше Солнце за десятки тысяч лет. Максимум яркости родившейся новой приходится на тот момент, когда она сбрасывает газовую оболочку. Эта оболочка расширяется и в конце концов рассеивается в пространстве. Сама же звезда, израсходовав свои силы, как вулкан после извержения, затихает, возвращаясь к прежнему состоянию, чтобы через некоторое время пробудиться, вспыхнуть вновь.
Можно наблюдать и последствия таких взрывов. В 1918 году вспыхнула новая в созвездии Орла. После этого взрыва астрономы увидели, что звезда окружена туманной оболочкой, которая наблюдалась до 1941 года, когда стала настолько слабой, что ее невозможно было разглядеть.
Если взрывы новых звезд своей грандиозностью могут поразить воображение людей, то еще больше впечатляют взрывы сверхновых звезд. Они отличаются от новых тем, что вспыхивают только один раз. Их вещество разлетается во все стороны с громадной скоростью — до шестисот километров в секунду. В этот момент сверхновые сияют в миллиарды раз ярче прочих звезд. Если блеск нашего Солнца сравнить со светлячком, новую — со свечой, то сверхновая будет сиять, как мощный прожектор. Немудрено, что в различных исторических документах неоднократно упоминались такие события.
Девятьсот с лишним лет назад древний китайский летописец Ма Дуань-линь увидел и описал редкое по красоте зрелище: казалось, огромная раскаленная игла проткнула тьму ночи. Там, где только что чернел небосвод, вспыхнула и засверкала яркая звезда. Это было в 1054 году. Вот как это событие записано в летописи: «Появилась звезда-гостья к юго-востоку от звезды Тиян-Куан и исчезла более чем через год». Другой звездочет пишет: «Она была видна днем, как Венера, лучи света исходили из нее во все стороны, и цвет ее был красновато-белый».
Аналогичные записи сделали японские и арабские наблюдатели.
Гораздо лучше описана вспышка сверхновой 1572 года, которую зарегистрировал известный астроном Тихо Браге. У него был обычай — каждый вечер перед сном осматривать небосвод, даже если он не вел никаких наблюдений. И вот однажды он увидел среди привычных звезд новую яркую звезду в созвездии Кассиопеи. Шли дни, блеск звезды все увеличивался. Ее уже стало возможным наблюдать днем. Суеверные люди приняли звезду за сигнал бедствия, символ конца мира. По Европе лился колокольный звон, люди молили бога о прощении, замаливали грехи. И, как им казалось, успешно — звезда стала терять свой блеск и исчезла. А засуха и голод, которые совпали с появлением сверхновой, остались. Прибавились еще и эпидемии. Молитвы не помогли.
Но не все видели во вновь появившейся звезде вестницу несчастий. Ученые и в те времена старались записать свои наблюдения, чтобы они дошли до потомков. Вот как описывает появление этой звезды известный в свое время астроном Михель Местлин: «…Появилась новая звезда в троне Кассиопеи, там, где он касается края Млечного Пути; она привлекала внимание своим ярким блеском, небывалой звездной величиной и удивительностью событий, превосходя по силе не только Сириус, ярчайшую звезду неба, но также и Юпитер и, пожалуй, Венеру».
Появление следующей новой отметил Иоганн Кеплер. Она вспыхнула в 1604 году в созвездии Змееносца. Кеплер «проследил все фазы ее развития и после ее исчезновения написал сочинение, где не только описал увиденное, но и дал толкование этому событию.
Очередная сверхновая появилась в созвездии Андромеды в 1885 году. Ее открыл в Дерптской обсерватории (ныне город Тарту) наш соотечественник Эрнст Гартвиг.
Здесь были перечислены наиболее выдающиеся вспышки сверхновых, потому что это довольно редкое явление. В нашей Галактике они вспыхивают раз в 50—100 лет. Однако, если держать под наблюдением сотни галактик, то немело можно сказать, что в течение года хотя бы в одной из них вспыхнет сверхновая. Чтобы регистрировать такие события, сейчас организована международная служба сверхновых. По программе этой службы области неба, наиболее богатые галактиками, систематически фотографируются, что позволяет открывать каждый год несколько сверхновых, вспыхивающих в глубинах космоса. Немало их открыли и советские наблюдатели на Крымской, Абастуманской и Бюроканской обсерваториях. Число зарегистрированных во все времена сверхновых сейчас составляет значительную цифру — около трехсот пятидесяти.
В XVIII веке французский астроном Шарль Мессье открыл Крабовидную туманность — слабо светящееся пятно. Позднее, наблюдая за туманностью, ученые заметили, что она расширяется. Удалось определить и скорость расширения. Ну, а зная эту величину, было легко подсчитать, когда произошел взрыв. Оказалось, именно тогда, когда китайский звездочет наблюдал вспышку звезды, то есть в 1054 году. Так туманность была отождествлена со взрывом сверхновой — она была его последствием. У сверхновой Кеплера тоже обнаружена слабая клочковато-волокнистая туманность. Отсюда вполне естественно было предположить, что большая туманность в созвездии Лебедя — тоже остаток сверхновой. Сейчас таких туманностей насчитывается более тридцати. Возраст некоторых из них определяется в десятки тысяч лет.
К сожалению, отчего происходят взрывы сверхновых, мы можем только догадываться. Астрономы видят вспышку, когда она уже произошла, и, следовательно, ничего не могут сказать о ее начале и развитии. Еще в 1934 году известные исследователи В. Бааде и Ф. Цвикки, в поисках причин взрывов такого масштаба, указали на вероятность быстрого выгорания звезды, превращения ее в нейтронную звезду. Теоретически эту возможность предсказал еще в 1932 году выдающийся советский физик-теоретик Л. Д. Ландау. Но какое ядерное горючее может дать взрыв такой силы? Обычная термоядерная реакция, которая идет на нашем Солнце — слияние четырех ядер водорода в ядро гелия, — медленная реакция. Звезда расходует водород за многие миллиарды лет.
Если звезда достаточно велика, то по мере сгорания ядерного горючего из-за действия больших гравитационных сил звезда сжимается, и температура в ее центре возрастает. А это приводит к тому, что начинается термоядерная реакция между ядрами гелия. Так происходит до тех пор, пока при температуре в три миллиарда градусов все легкие элементы не выгорят, превратившись в железо.
На этом ядерная эволюция звезды заканчивается: при образовании более тяжелых элементов энергия уже не выделяется, а поглощается. Наступает финальная стадия развития звезды, когда сжатие может происходить неограниченно, так как теперь «ядерная печь» дальше не разгорается и газовое давление уже не останавливает гравитационного сжатия.
Теперь идут реакции с образованием всепроникающих частиц нейтрино. Для них нет никаких помех. Ничто не может удержать эти удивительные частицы. Проходя через толщу звезды, они уносят значительную долю энергии, которая выделяется при сжатии. Эта реакция идет быстро. Резко растет и сжатие. Если бы нам удалось, увидев этот процесс, включить секундомер, то мы зарегистрировали бы, что за каждую секунду звезда будет сжиматься вдвое.
Процесс приобретает катастрофический характер. Наступает, как говорят физики, гравитационный коллапс. Когда сжатие достигает величины, при которой начинают разрушаться атомные ядра, частицы, входящие в их состав, превращаются в нейтроны. Образуется нейтронная звезда — гигантская капля из нейтронов, радиусом около десяти километров.
Но нейтрино уносят лишь часть энергии. Остальная ее часть расходуется на образование неустойчивых ядер. Вот распад этих ядер и порождает взрыв, при котором звезда сбрасывает свои наружные слои, образуя расширяющуюся газовую оболочку. Ее мы и наблюдаем как рождение сверхновой.
Сейчас уже считается вполне установившимся фактом, что при взрывах сверхновых образуется огромное количество космических частиц высоких энергий. По мере рассеяния туманности космические частицы выходят в межзвездное пространство. Удалось даже оценить их количество. Если учитывать частоту вспышек, то окажется, что вновь родившихся частиц вполне хватит для того, чтобы поддерживать неизменным такой уровень космического фона, какой мы наблюдаем во Вселенной сейчас.
Вот тут-то и наступило время вернуться к «герою нашего романа» — радиоуглероду. Раз сверхновые порождают космические частицы, то не могут ли взрывы, происходящие близко к Земле (по космическим масштабам, конечно), влиять на количество радиоуглерода в атмосфере нашей планеты? И наоборот, не может ли увеличение радиоуглерода в годичных кольцах деревьев поведать нам о взрывах сверхновых?
В 1965 году в журнале «Доклады Академии наук СССР» появилась статья ленинградских ученых — академика Б. П. Константинова и Г. Е. Кочарова, ныне профессора, одного из ведущих специалистов в области астрофизики, «Астрофизические явления и радиоуглерод», в которой как раз взрывы сверхновых звезд и рассматриваются как одна из причин увеличения этого изотопа в атмосфере Земли. Образовавшиеся при рождении сверхновой частицы проносятся через космические бездны и достигают нашей планеты. Как показывают расчеты, в это время количество радиоуглерода увеличивается вдвое, что и должны записать в своих годичных кольцах деревья.
За время существования Земли, то есть примерно за пять миллиардов лет, около нее — на расстоянии примерно десяти парсеков — могло произойти около десяти вспышек сверхновых. Таким образом, две из них произошли уже тогда, когда на Земле была жизнь. Излучение от таких звезд доходит до нас через несколько тысяч лет, и примерно столько же времени наша планета находится внутри расширяющейся туманности. Увеличение излучения обязательно должны были отметить сохранившиеся до нашего времени останки деревьев-долгожителей.
Если мы станем исследовать любое из деревьев, которое было свидетелем этой космической катастрофы, то отметим резкое увеличение радиоуглерода, а затем, по мере приближения к коре, его будет все меньше и меньше.
Теперь, отыскав дерево, росшее в другое время, у которого будет такой же характер распределения радиоуглерода в годичных кольцах, мы смело можем утверждать, что и оно было свидетелем рождения сверхновой, о которой нам ничего не было известно, а дендрохронология позволит сказать, когда это событие произошло.
Но радиоуглерод не только позволяет констатировать факт рождения сверхновой. Определив концентрацию этого изотопа, можно вычислить и энергию взрыва. Правда, сделать это довольно трудно, так как мы еще плохо знаем расстояние до сверхновых. Например, одни ученые считают, что Крабовидная туманность отстоит от нас на тысячу сто световых лет, а другие увеличивают эту цифру почти вдвое. Но все же чисто оценочные расчеты для известных сверхновых были проведены. Они подтвердили предположения ученых о мощности взрывов. А зная эту цифру и концентрацию радиоуглерода от взрыва неизвестной сверхновой, мы уже сможем сказать, на каком расстоянии от нас произошел взрыв.
Вот как много может рассказать нам «деревянная книга» о сверхновых звездах, этих интереснейших объектах Вселенной.
Помните, мы говорили о графике, построенном Зюссом, по которому сейчас сверяют результаты своих измерений ученые, о петлях, имеющихся на этом графике? Сейчас уже смело можно сказать, что в этот поправочный график внесли свою лепту и сверхновые, увеличивая количество радиоуглерода в годичных кольцах деревьев. Учитывая этот вклад в «копилку изотопов», мы можем более верно датировать археологические памятники, уменьшать ошибки в определении возраста исторических находок.
Так что же, мы отыскали причину увеличения количества радиоуглерода — и виноватыми оказались сверхновые звезды?
Не будем пока ставить точку.