Астронет > И. Шкловский "Разум, жизнь, вселенная"

Астронет: И. С. Шкловский/РФФИ Разум, Жизнь, Вселенная
http://variable-stars.ru/db/msg/1174018/5_5.htm

И.С.Шкловский "Разум, Жизнь, Вселенная"

Возможна ли связь с разумными существами других планет?^[1]

Само название этой статьи, несомненно, покажется читателям "Природы" совершенно фантастическим. Можно ли вообще на страницах серьезного журнала обсуждать такую, по меньшей мере, необычную проблему? Уж не мистификация ли это вообще? Эти вопросы, сразу же возникающие у читателей, разумеется, вполне естественны. И все же попробуем показать, что постановка этой проблемы в наше время исключительно бурного научного и технического прогресса вполне закономерна. Более того, в самое последнее время сделаны первые шаги на пути решения этой грандиозной проблемы, стоящей перед человечеством.

Существуют ли другие планетные системы?

Прежде всего возникает вопрос: в какой степени обосновано утверждение, что в Галактике имеется определенное число звезд, окруженных системами планет, наподобие нашей Солнечной системы? До сравнительно недавнего времени в астрономии и космогонии господствовало представление, что планетные системы во Вселенной - величайшая редкость. Согласно космогонической гипотезе английского астронома Джинса, господствовавшей до середины 30-х годов ХХ в., Солнечная система образовалась в результате катастрофического сближения, почти столкновения двух звезд. Учитывая чрезвычайно малую вероятность звездных столкновений в Галактике (величина межзвездных расстояний огромна по сравнению с размерами звезд), можно было прийти к выводу, что наша Солнечная система должна быть чуть ли не уникальным явлением в Галактике.

Крушение гипотезы Джинса

В тридцатых годах постепенно становилась ясной несостоятельность гипотезы Джинса. Именно в это время знаменитый американский астроном, ныне покойный Г.И.Рассел, доказал в принципе (качественно), что эта гипотеза не в состоянии объяснить одну из основных особенностей Солнечной системы - сосредоточение 98% ее момента количества движения в орбитальном движении планет. Окончательный удар по гипотезе Джинса нанесли расчеты советского астронома Н.Н.Парийского, полностью подтвердившие вывод Рассела. Было показано, что орбиты планет, образовавшихся при катастрофическом сближении двух звезд, имеют слишком малые размеры, следовательно, момент количества движения планет получается совершенно недостаточным.

После краха космогонической гипотезы Джинса рядом исследователей были развиты новые взгляды. Большое значение имела космогоническая гипотеза О.Ю.Шмидта и развивающие ее работы А.И.Лебединского и Л.Э.Гуревича. Эти исследования приблизили нас к пониманию процесса постепенного формирования планет из некоторого первоначального газопылевого облака, окружавшего Солнце, которое уже тогда было довольно похоже на современное. Однако гипотеза Шмидта не смогла дать достаточно обоснованного ответа на главный вопрос о происхождении первоначального газопылевого облака. Различные варианты с захватом Солнцем газопылевой межзвездной среды, выдвигавшиеся О.Ю.Шмидтом и другими авторами, встречались с большими трудностями.

В настоящее время становится все более ясным, что планеты и Солнце образовались совместно из одной общей, диффузной "материнской" туманности. Таким образом, космогония сейчас в значительной степени возвращается к классическим представлениям Канта и Лапласа.

Однако теперь эти представления стоят на несравненно более высоком уровне, чем полтора века тому назад. С тех пор наши сведения о Вселенной неизмеримо выросли, исследователи широко используют выдающиеся достижения теоретической физики. Если гипотеза Канта и Лапласа носила чисто механистический характер (что для того времени было, конечно, вполне закономерно), то сейчас, при разработке современных космогонических гипотез, широко используются результаты космической электродинамики и атомной физики.

Как правило, из первоначальной газопылевой туманности образуются двойные и вообще - кратные звезды. Около 50% всех известных звезд - кратные. Массы звезд, входящих в систему кратной звезды, могут сильно отличаться друг от друга. Существует довольно много звезд, спутники которых имеют незначительные массы, а следовательно, очень малые светимости. Такие звезды-спутники нельзя наблюдать даже в самые мощные телескопы. Их существование проявляется в ничтожных периодических изменениях положений главной звезды, обусловленных притяжением невидимого спутника. Классическим примером такого небесного тела является звезда 61 Лебедя, одна из ближайших к Солнцу звезд, подробно исследованная советским астрономом А.Н.Дейчем. Масса невидимого спутника этой звезды всего лишь в десять раз больше массы Юпитера. Таким способом, однако, можно установить существование невидимых спутников только для самых близких звезд и только тогда, когда массы спутников по крайней мере на порядок больше массы планет- гигантов. Никакими астрономическими наблюдениями нельзя обнаружить даже у ближайших звезд существование планетных систем, сходных с нашей.

Известный американский астроном О.Л.Струве следующим образом иллюстрирует это положение. Представим себе воображаемого наблюдателя, отдаленного от Солнца на расстояние 10 парсек (немного больше 30 световых лет) и находящегося в плоскости орбиты Юпитера. Мог ли бы он, располагая средствами современной наблюдательной астрономии, обнаружить около Солнца планету-гигант Юпитер? Как показывают подсчеты Струве, для решения этой задачи методами астрономии наблюдатель должен был бы уметь измерять углы на небе с точностью 0,0005", а если бы воображаемый наблюдатель применял спектроскопический метод, ему надо было бы уметь измерять лучевые скорости с точностью 10 м в секунду! Такие точности измерения современной астрономии недоступны. Заметим, однако, что приблизительно один раз в 11 лет он наблюдал бы прохождение Юпитера через диск Солнца. При этом видимая звездная величина Солнца ослабела бы на 0,01 звездной величины. Такое измерение для современной электрофотометрии на пределе еще доступно. Следует помнить, что если направление "наблюдатель - Солнце" будет составлять всего лишь несколько угловых минут с плоскостью орбиты Юпитера, то покрытие Юпитером Солнца уже нельзя будет наблюдать. Таким образом, прямыми астрономическими наблюдениями обнаружить большие планеты даже у ближайших к нам звезд практически невозможно.

Но это, конечно, не означает, что в процессе образования звезд из туманности не могут одновременно с массивной звездой создаваться космические тела достаточно малой массы, типа планет. Китайский астроном Су Шухуанг, работающий в США, анализируя эту проблему, пришел к выводу, что должна существовать непрерывная последовательность масс космических тел, образующихся из туманностей, идущая от обычных звездных масс через массы невидимых звезд типа спутника 61 Лебедя до планетных масс типа Земли, Марса, Меркурия. Отсюда непосредственно следует, что планетные системы типа Солнечной должны быть весьма распространены в Галактике. К этому же выводу можно прийти из совершенно других соображений.

О чем говорит вращение звезд

Большое значение для современной планетной космогонии имеет анализ вращения звезд различных типов. Вращение звезд было открыто спектроскопическим методом свыше тридцати лет тому назад О.Л.Струве и советским астрономом, ныне покойным Г.А.Шайном.

Оказывается, что сравнительно массивные горячие звезды характеризуются очень быстрым вращением. Самые горячие звезды (спектральные классы Ое, Ве), массы которых в десятки раз больше солнечной, вращаются с экваториальной скоростью 300 - 500 км/с. Менее горячие и массивные, очень часто встречающиеся в Галактике звезды спектрального класса А вращаются обычно со скоростью, несколько меньшей » 100 - 200 км/с. Вплоть до спектрального класса F5 главной последовательности скорости вращения превышают несколько десятков километров в секунду. Однако скорость вращения звезд около спектрального класса F5 резко, скачком обрывается. Для звезд-карликов классов G, К, М, температура поверхности которых меньше 6500^о, а масса меньше 1,2 солнечной массы, экваториальные скорости вращения очень малы - порядка немногих километров в секунду. К этой части главной последовательности звезд принадлежит и Солнце.

Мы сталкиваемся здесь с чрезвычайно интересным и важным явлением: в то время как основные характеристики звезд (температура поверхности, светимость, масса) меняются вдоль главной последовательности непрерывно, такая важная характеристика, как скорость вращения, по какой-то неизвестной причине, почему-то в районе спектрального класса F5 резко, скачком меняется. Малая скорость вращения у звезд поздних спектральных классов означает, что их момент количества движения в десятки раз меньше, чем у звезд, более ранних, чем F5. Но массы последних сравнительно незначительно отличаются от масс карликов класса G. Между тем следует иметь в виду, что массы образующихся звезд определяются массами "материнских" туманностей, а их моменты количества движения - беспорядочными скоростями газовых масс в этих туманностях. Очень трудно, если не невозможно, представить себе, что при достаточно близких массах внутренние движения в туманностях, из которых образуются карлики класса G, должны качественно отличаться от внутренних движений в туманностях, порождающих звезды класса F5. Скорее всего, причиной аномально малого момента количества движения у карликовых звезд поздних спектральных классов служат движущиеся вокруг них невидимые маломассивные космические тела, орбитальный момент количества движения которых в десятки раз превосходит момент количества движения самой звезды, связанный с ее вращением. В этой связи укажем, что если бы весь момент количества движения Солнечной системы был сосредоточен в Солнце, экваториальная скорость его вращения достигла бы 100 км/с и стала бы такой же, как у большинства звезд спектральных классов А - F5.

Множественность планетных систем

В самое последнее время видный английский астроном В. Мак-Кри развил космогоническую теорию, в которой вышеизложенные качественные соображения даны количественно. По мысли Мак-Кри, первоначальная туманность в процессе ее конденсации разбивалась на большое число сгустков. В результате взаимодействия этих сгустков в конечном итоге образовалось массивное центральное тело - Солнце и некоторое количество планет, причем, согласно его расчетам, 96% момента количества движения системы сосредоточено в орбитальном движении планет. Это находится в превосходном согласии с наблюдаемым распределением момента количества движения в Солнечной системе.

Хотя расчеты Мак-Кри, разумеется, еще нельзя считать строгим доказательством, все же они подтверждают вывод, к которому астрофизика пришла в последние годы чисто эмпирически, т.е. с большой степенью вероятности можно утверждать, что большинство звезд-карликов спектральных классов G, К, М должны быть окружены семействами планет. Но это означает, что по крайней мере несколько миллиардов звезд в Галактике могут (или, вернее, должны) обладать планетными системами. Напомним, что всего в Галактике насчитывается свыше 150 миллиардов звезд всех типов. Как известно, наше Солнце расположено вблизи плоскости галактического экватора, около одного из спиральных рукавов. В сфере радиусом в 100 световых лет насчитывается около 10 000 звезд, причем значительная часть их, если не большинство, - карлики спектральных классов G, K, M.

Где может возникнуть жизнь?

Вполне естественно предположить, что при благоприятных обстоятельствах на планетах, окружающих эти звезды, должна возникнуть и развиваться жизнь. Проблема возникновения жизни на Земле есть одна из основных проблем естествознания. В 1957 г. в Москве впервые состоялся Международный конгресс, на котором эта проблема подверглась всестороннему обсуждению. Рядом виднейших специалистов было показано, что образование сложных органических молекул - "кирпичей жизни" - с необходимостью должно иметь место на сравнительно раннем этапе эволюции планеты. На протяжении дальнейшей эволюции жизни, насчитывающей сотни миллионов и миллиарды лет, организмы постепенно развивались, достигая высокой степени совершенства, причем одни виды непрерывно сменяли другие. На достаточно позднем этапе эволюции на Земле появилось разумное существо - человек. Коль скоро есть все основания предполагать, что планетных систем, сходных с Солнечной, в Галактике насчитывается несколько миллиардов, вполне естественно принять, что процесс зарождения жизни и ее эволюции там в общих чертах по своему характеру сходен с тем, что было на Земле. Разумеется, не на каждой планете возможно зарождение и развитие жизни.

1. Планеты, на которых возможно зарождение и развитие жизни, не могут обращаться вокруг звезды слишком близко или слишком далеко. Необходимо, чтобы температуры их поверхностей были благоприятны для развития жизни. Учитывая, однако, что одновременно с звездой должно образоваться сравнительно большое число планет (скажем, » 10), с большой вероятностью можно ожидать, что хотя бы одна или две планеты будут обращаться на расстоянии, при котором температура лежит в нужных пределах.

Заметим еще, что по мере перехода от сравнительно горячих звезд главной последовательности к более холодным зона расстояний планет от звезды, при которых температурные условия благоприятствуют развитию жизни, непрерывно уменьшается и приближается к поверхности звезды. Поэтому красные карлики спектрального класса М и даже поздние подклассы К вряд ли можно рассматривать как очаги, поддерживающие на своих планетах жизнь, так как энергия их излучения для этого недостаточна.

2. Массы образовавшихся планет не должны быть ни слишком большими, ни слишком маленькими. Это обстоятельство в свое время подчеркивал В. Г. Фесенков. В первом случае гигантские атмосферы этих планет, богатые водородом и его соединениями, исключают возможность развития жизни. Во втором случае за время эволюции атмосферы будут рассеиваться (тому пример Меркурий). Однако, учитывая сравнительно большое число образующихся планет, можно ожидать, что некоторое, пусть малое количество их, будет обладать нужной массой. При этом необходимо, чтобы такие планеты одновременно удовлетворяли первому условию.

Заметим, что первое и второе условия не являются независимыми. Ведь не случайно планеты Солнечной системы со сравнительно малой массой (так называемые планеты земной группы) находятся относительно близко от Солнца, а планеты-гиганты с атмосферами, богатыми водородными соединениями, находятся сравнительно далеко от Солнца. Поэтому мы можем считать, что по крайней мере значительная часть образовавшихся планет с подходящей для развития жизни массой в то же время находится и на подходящем расстоянии от звезды.

3. Высокоорганизованная жизнь может быть только на планетах, обращающихся вокруг достаточно старых звезд, возраст которых насчитывает несколько миллиардов лет. Ибо для того, чтобы в процессе эволюции такая жизнь возникла, необходимы огромные промежутки времени. Заметим, что третьему условию удовлетворяют почти все звезды- карлики интересующих нас спектральных классов.

4. Звезда в течение нескольких миллиардов лет не должна существенно менять своей светимости. И этому условию удовлетворяет подавляющее большинство интересующих нас звезд.

Звезда не должна быть кратной, ибо в противном случае орбитальное движение планет было бы существенно отлично от кругового, и резкие, если не катастрофические, изменения температуры поверхности планеты исключили бы возможность развития на ней жизни.

Сколько планет может быть колыбелью разумных существ?

Если даже учесть все изложенные выше ограничения, мы можем считать, что в Галактике существует по крайней мере миллиард планет, обращающихся вокруг карликовых звезд, подобных нашему Солнцу, или несколько более холодных, на которых возможна высокоорганизованная, а может быть, и разумная жизнь.

Необходимо, однако, сейчас обратить внимание на одно важное обстоятельство. Известно, что человек как биологический вид появился на Земле всего несколько сот тысяч лет назад. Можно ли утверждать, что человечество, непрерывно развиваясь, будет существовать сколь угодно долго, скажем, миллиарды лет?

Как нам представляется, вера в вечность человеческого рода на Земле (ибо речь может идти только о вере) столь же нелепа и бессмысленна, как и вера в личное бессмертие индивидуума. Все, что возникло - с неизбежностью должно рано или поздно погибнуть. И разумная жизнь на какой-нибудь планете не может составлять исключения.

Какова длительность в различных мирах психозойских эр, т.е. тех периодов, в которые начала развиваться жизнь мыслящих существ? На такой вопрос очень трудно ответить. Это могут быть сотни тысяч и даже многие миллионы лет.

Ограниченность психозойской эры во времени на различных планетах существенно уменьшает количество миров, где одновременно с нами обитают разумные существа. Так, например, если среднюю длительность такой эры принять за миллион лет, то в современную эпоху в Галактике может быть только несколько миллионов планет, населенных разумными существами с достаточно высоким уровнем цивилизации. В этом случае, в сфере радиусом 100 световых лет, окружающей Солнце, могут быть только одна-две такие планетные системы. Разумеется, сделанная нами только что поправка на ограниченность психозойских эр носит довольно произвольный характер. Однако, на наш взгляд, она совершенно необходима, ибо в противном случае оценка количества обитаемых миров во Вселенной получается грубо преувеличенной. Конечно, нельзя считать полностью исключенным, что миров, обитаемых разумными существами, значительно больше, чем мы предполагаем. Однако все же более вероятно, что их должно быть меньше. Таким образом, наука второй половины двадцатого столетия приходит к обоснованию гениальных идей великого итальянского мыслителя Джордано Бруно о множественности обитаемых миров. Возникает естественный вопрос: каковы же перспективы установления контакта с разумными обитателями планетных систем?

Межзвездная связь

Для высокоорганизованных цивилизаций, обитающих на некоторых планетах, наше Солнце должно представляться как звезда, вокруг которой могут обращаться планеты, где возможна разумная жизнь. Вполне естественно, что, располагая мощными техническими средствами, они должны стремиться установить какую-то связь с разумными существами, обитающими на какой-нибудь из планет Солнечной системы. Представим себе, что они уже давно, может быть, много тысяч лет тому назад, установили какой-то канал связи и терпеливо ожидают ответа...

Какова же природа этого канала связи?

Этой необычной проблеме была посвящена статья Д.Коккони и Ф.Моррисона в одном из сентябрьских номеров "Nature" за 1959 г. Проведенный этими авторами анализ показывает, что такую связь можно установить только при помощи электромагнитных волн. Необходимо еще иметь в виду, что эти волны не должны существенно ослабляться при прохождении через межзвездное пространство и планетные атмосферы. Кроме того, мощности передатчиков должны быть по возможности незначительными, а используемая техника - простой и надежной. Это сразу же ограничивает возможный диапазон электромагнитных волн радиодиапазоном с интервалом частот 10 - 10⁴ МГц (что соответствует длинам волн от 30 м до » 3 см).

Мощные помехи космических источников радиоизлучения исключают возможность использования достаточно длинных волн, скажем, l > 50 см. С другой стороны, тепловое радиоизлучение атмосфер планет исключает возможность использования очень коротких волн. Заметим, что при помощи находящихся за пределами атмосферы планеты искусственных спутников можно расширить диапазон в сторону более высоких частот .

Далеко ли дойдет сигнал?

Сразу же возникает вопрос: на каких же расстояниях можно уже сейчас установить прямую радиосвязь? Здесь необходимо подчеркнуть поразительно быстрый прогресс радиофизики за последние полвека.

На памяти нашего старшего поколения произошло важное для того времени событие: установление трансатлантической радиосвязи. В 1945 г. впервые посланный на Луну сигнал, отразившись от нее, был принят на Земле.

В прошлом, 1959 г. была осуществлена радиолокация Венеры. Это гораздо более трудная задача, чем локация Луны, ибо, как известно, при радиолокации необходима мощность передатчика, пропорциональная четвертой степени расстояния до лоцируемого объекта. Как следует из сообщения нашей печати, а также печати США, сейчас обсуждается возможность посылки космических ракет в направлении к Марсу и Венере. Это потребует осуществления надежной радиосвязи на расстояниях порядка 100 млн км.

При этом следует иметь в виду, что бортовая радиоаппаратура по ряду естественных причин будет малогабаритной и маломощной.

Между тем уже в настоящее время размеры зеркал радиотелескопов достигают 75 м, а чувствительность приемной аппаратуры на сантиметровом и дециметровом диапазонах, благодаря применению новых типов усилителей (например, молекулярных), резко выросла. Отсюда следует (как это будет показано ниже), что уже сейчас вполне возможно, используя самые большие из существующих антенн и самую чувствительную приемную аппаратуру, осуществлять радиосвязь на расстоянии » 10 световых лет.

Как преодолеть помехи

При расчете линии радиосвязи между двумя мирами нужно учитывать уровень помех. Следует иметь в виду два типа помех. Во-первых, радиоизлучение звезды, вокруг которой обращается населенная разумными существами планета; во-вторых, интенсивность радиопередатчика должна быть такой, чтобы его сигнал надежно выделялся на фоне неизбежных помех космического радиоизлучения.

Прежде всего ясно, что мощность передатчика в нужном направлении (т.е. в направлении на звезду, с которой пытаются установить связь) в некотором интервале частот должна быть больше теплового радиоизлучения звезды. Можно убедиться, что это условие реализуется легко. Поток радиоизлучения от передатчика, как показывают подсчеты, будет больше потока теплового излучения звезды даже при незначительной мощности передатчика^[2].

Значительно более существенны помехи от фона космического радиоизлучения. Здесь следует уточнить возможную область частот, на которых можно пытаться установить интересующую нас радиосвязь.

Моррисон и Коккони выдвинули весьма изящную идею, что такого рода связь, вероятнее всего, будут пытаться установить на волне 21 см. Хорошо известно, что это длина волны радиолинии водорода. Разумные существа, находящиеся на высоком уровне развития, должны проводить интенсивные исследования космоса именно на этой волне. Подобные исследования уже сейчас обогатили астрономическую науку рядом открытий первостепенного научного значения. Особенно следует подчеркнуть, что они будут неограниченно развиваться в дальнейшем, ибо успех таких исследований неразрывно связан с общим прогрессом радиофизики. Таким образом, особенно чувствительная приемная аппаратура должна быть именно на этой волне. Кроме того, на этой волне должны проводиться длительные и систематические исследования различных объектов на небе, что значительно увеличивает вероятность обнаружения сигнала. Наконец, водород - самый распространенный элемент во Вселенной, и поэтому его радиолиния является как бы природным эталоном частоты, эталоном, к которому с неизбежностью должна прийти всякая развивающаяся цивилизация.

В каком направлении производить поиск

Для сравнительно больших угловых расстояний от полосы Млечного Пути, составляющих примерно 2/3 небосвода, интенсивность I_n межзвездной радиолинии не превосходит интенсивности непрерывного радиоизлучения Галактики в этом же спектральном участке, которая равна 10^-25Вт/м²Гц. В полосе Млечного Пути интенсивность радиолинии водорода в несколько десятков раз больше этой величины.

Поэтому выгоднее пытаться установить радиосвязь с объектами, находящимися в сравнительно высоких галактических широтах, где уровень помех (определяемых фоном космического радиоизлучения) много меньше. Расчеты показывают,^[3] что установление радиосвязи между цивилизациями, разделенными межзвездными пространствами, находится в пределах возможности техники сегодняшнего дня.

Можно предположить, что на каких-нибудь планетах обитающие там высокоорганизованные разумные существа непрерывно в течение огромных промежутков времени "держат" в главных лепестках своих гигантских антенн в ожидании ответного сигнала некоторое число (скажем, » 100) сравнительно близких к ним звезд, где, по их предположениям, возможна разумная жизнь.

Для высокоорганизованного общества такая своеобразная, длящаяся многие тысячелетия "служба космической радиосвязи" вполне "по средствам". И не исключено, что мы уже очень давно находимся в пучке электромагнитной радиации, непрерывно посылаемой к нам разумными существами, населяющими окрестности какой-нибудь хорошо нам знакомой звезды, отдаленной от нас на расстояние в несколько десятков световых лет.

Посылаемые сигналы должны иметь некоторые свойства, резко отличающие их от естественных космических радиошумов. Они могут представлять простейший код, например, первые несколько цифр натурального ряда в непрерывно повторяющейся последовательности или такие числа, как p или e. Полоса частот, использованная для космической радиосвязи, должна быть сравнительно узкой. Орбитальное движение планеты, на которой установлен передатчик, вокруг звезды будет приводить к строго периодическим изменениям частоты (из-за эффекта Доплера). Если приблизительно считать, что ожидаемые относительные скорости при таком движении меняются в пределах 100 км/с, то вариация частоты сигнала может быть в пределах 300 кГц от основной частоты радиолинии водорода, равной 1420,3 МГц.

Конечно, не так уж много шансов установить радиосвязь с другими мирами, особенно за сколько-нибудь обозримый промежуток времени. Но, как совершенно справедливо замечают Моррисон и Коккони, если не делать никаких попыток в этом направлении, то шансы будут нулевые.

Идея о возможности установления радиосвязи с другими мирами уже на современном уровне радиофизики недавно стала реализоваться на Национальной радиоастрономической обсерватории в США. Известный американский радиоастроном Ф.Дрэйк разработал проект аппаратуры, способной решить поставленную задачу. Подробное описание этой схемы можно найти в статье Дрэйка, опубликованной в январском номере журнала "Sky and Telescope" за 1960 г. Уже изготовлены блоки этого приемника. Антенной у него будет параболическое зеркало диаметром 25,5 м. Наблюдения предполагается начать уже с 1960 г. Первыми объектами исследования будут две близкие, довольно похожие на Солнце звезды t Кита и epsilon Эридана, находящиеся на расстоянии 11 световых лет. В дальнейшем эту аппаратуру предполагается перенести на строящийся радиотелескоп с диаметром зеркала 45 м. Мы живем в эпоху поразительных научных открытий и великих свершений. Самые невероятные фантазии неожиданно быстро реализуются. С давних пор люди мечтали о связи с разумными существами, обитающими на разбросанных в беспредельных просторах Галактики планетных системах. Приходится только поражаться, как быстро наука подтвердила принципиальную возможность осуществления идеи такой связи и сделала первые шаги на пути ее реализации. Однако надо себе ясно представить огромную величину этого пути и те колоссальные трудности, с которыми предстоит встретиться. Будем же надеяться, что эта мечта когда-нибудь станет реальностью.

Существуют ли внеземные цивилизации?

Не приходится доказывать то давно известное обстоятельство, что наука не может получить достаточно полное представление об изучаемом объекте, если он известен в одном-единственном экземпляре. Изучение природы всегда начинается с классификации, систематики. Приведу два примера.

В настоящее время, несмотря на огромные успехи науки в исследовании планет (прежде всего - прямыми методами космонавтики) и Солнца, вопрос о происхождении нашей Солнечной системы весьма далек от ясности. Напротив, происхождение и эволюция звезд, несравненно более удаленных и потому недоступных исследованиям прямыми методами, стали известны достаточно хорошо. В этой области знания успехи просто поражают воображение. В чем причина такой парадоксальной ситуации? Она очевидна: планетная система нам пока известна в одном экземпляре, между тем как астрономы с помощью мощных инструментальных средств уже давно наблюдают гигантское количество звезд, находящихся на разных стадиях эволюции^[4].

Совершенно неясен и полностью запутан вопрос о происхождении жизни на Земле. Дело доходит до того, что один из ведущих биологов современности Ф.Крик сравнительно недавно пытался возродить вариант старинной гипотезы панспермии (корни которой восходят еще к учению отцов церкви о "зародышах жизни"). Неприемлемость гипотезы панспермии видна хотя бы из того, что жизнь есть категория историческая, а отнюдь не вечная, как считал С.Аррениус. Ее не могло быть на ранних этапах эволюции Вселенной, когда не существовало ни звезд, ни галактик, ни даже тяжелых элементов. Поэтому не уйти от ответа на вопрос: как же живое произошло от неживого? Нелепо для этого искать вместо первобытной Земли какие-то другие космические объекты с совершенно неясными физическими условиями.

Столь плачевное состояние этой проблемы объясняется тем простым обстоятельством, что других форм жизни во Вселенной (кроме земной) мы не знаем. Поэтому возникает важный вопрос о распространенности жизни во Вселенной. Не следует, однако, впадать в черный пессимизм. Мы, астрономы, возлагаем большие надежды на орбитальный оптический телескоп с диаметром зеркала 2,4 м, который начнет работать через год. Есть основания полагать. что с его помощью удастся обнаружить ближайшие к Солнцу планетные системы. Что касается внеземной жизни, то есть надежда обнаружить ее по тем преобразованиям, которые она в процессе своей эволюции осуществляет в атмосферах материнских планет (вспомним происхождение кислорода в земной атмосфере).

А пока мы можем только строить более или менее обоснованные гипотезы о распространенности жизни во Вселенной и возможных путях ее развития. При этом следует опираться на огромное количество фактов, уже известных нам о Вселенной, и, конечно, на биофизику, биохимию, генетику и эволюционную биологию. Так как материальными носителями жизни являются сложные и сверхсложные молекулы, в структуре которых решающую роль играют тяжелые элементы^[5], то возникновение жизни во Вселенной следует отнести к эпохе, когда химический состав значительного количества звезд (но, разумеется, не всех) был уже близок к современному. Грубая оценка дает значение параметра красного смещения для этой эпохи Z₁ » 4-5, откуда тогдашний возраст Вселенной T=T₀(1+Z₁)^-1/2 » 10⁹ лет, где T₀ » 16 млрд лет - наиболее вероятное значение современного возраста Вселенной. Можно полагать, что с тех пор благоприятные условия для возникновения жизни время от времени возникали в разных галактиках. В нашей Солнечной системе, на одной из ее планет - Земле, такие условия появились довольно скоро после ее образования 4,6 млрд. лет назад^[6]. Не следует при этом забывать, что сам процесс образования Солнечной системы был растянут на добрую сотню миллионов лет. Так как процесс образования звезд и планетных систем идет во Вселенной непрерывно, можно утверждать, что отдельные очаги жизни в ней могут иметь возраст (а следовательно, и время для своей эволюции) примерно от 15 млрд до немногих сотен миллионов лет.

Следовательно, наша земная жизнь принадлежит к числу довольно древних.

Мы, однако, в настоящее время решительно ничего не можем сказать о вероятности возникновения жизни на какой-нибудь молодой планете. Пример нашей Солнечной системы, в которой имеется только одна обитаемая планета - Земля, наглядно демонстрирует, что жизнь возникает далеко не на каждой планете. Сейчас нельзя исключить утверждение, что доля обитаемых планет может быть неопределенно малой.

И пока мы не откроем за пределами Солнечной системы планет, атмосферы которых преобразованы жизнью, ощутимого продвижения в решении этой увлекательной проблемы, по-видимому, не будет.

К решению этой проблемы, казалось бы, можно подойти с биохимической стороны, экспериментально синтезировав простейшее живое вещество "в пробирке". Вряд ли, впрочем, подобный эксперимент решит вопрос о механизме возникновения жизни на первобытной Земле, ибо мы слишком плохо, весьма "общо" представляем себе господствовавшие на ней физические и химические условия. Специфика проблемы жизни во Вселенной состоит в том, что эта проблема очень четко и ясно может быть сформулирована, но не может в обозримый промежуток времени быть решена научными, т.е. прежде всего - экспериментальным и наблюдательным, методами. В этом отношении она значительно труднее, чем такие острые проблемы современной физики, как, например, вопрос о конечной массе покоя нейтрино, спонтанном распаде протонов, Великом объединении взаимодействий и даже вопрос о других вселенных.

Особо стоит вопрос о разумной жизни за пределами Земли. Излишне подчеркивать, что с давних времен он волнует человечество больше всего, во всяком случае, больше, чем вопрос о "простой", неразумной жизни во Вселенной. Что же можно сказать по этому поводу? Конечно, если во Вселенной способны существовать отдельные очаги жизни, то почему бы и не быть очагам разумной жизни? Эволюция жизни от простейших форм к самым сложным - очень длительный и весьма сложный процесс. Основные движущие силы этого процесса - дарвиновский естественный отбор и мутации. Можно полагать, что это справедливо не только для земной, но и для внеземной жизни, ибо ресурсы питания и обеспечения жизнедеятельности организмов, где бы они ни развивались, всегда ограничены. В процессе эволюции по причине суровой необходимости возникали те или иные важнейшие, зачастую очень сложные "изобретения", обеспечивавшие выживание видов живых существ. К числу таких "изобретений" следует отнести, например, фотосинтез, "камерное" зрение и многое другое. Мы можем рассматривать разум как одно из подобных "изобретений". Как и другие "изобретения", возникшие в ходе эволюционного процесса, он дает соответствующему виду сначала небольшие, а потом все возрастающие преимущества в борьбе за существование.

Отличительная особенность разума - необычайно короткая временная шкала его развития. У вида Homo Sapiens эта шкала исчислялась вначале сотнями и десятками тысяч лет. Однако с наступлением технологической эры темп развития катастрофически ускорился. Вид, наделенный разумом, выходит из равновесия с биосферой и вступает в фазу взрывной экспансии. На этой фазе развития разум перестает быть одним из средств, обеспечивающих выживание вида. Он становится могучим самостоятельным фактором. Это хорошо заметно на примере эволюции человечества. Ведь для обеспечения существования вида Homo Sapiens было бы вполне достаточно мозга неандертальца. Разумному виду становится "тесно" на материнской планете. Начинается экспансия в космос с последующим его преобразованием. Этот процесс экспансии может быть уподоблен ударной волне. В сферу деятельности разумного вида вовлекаются все более значительные ресурсы вещества и энергии. Вполне надежные, научно обоснованные оценки показывают, что в принципе для овладения материальными и энергетическими ресурсами материнской планетной системы достаточно какой-нибудь тысячи лет. Если, например, нынешняя скорость переработки энергии примерно10²⁰ эрг/с, то через тысячелетие она может достигнуть порядка 10³⁰ эрг/с при расселении человечества во всей Солнечной системе, которую разумные существа способны преобразовать в искусственную биосферу с ресурсами, в миллиарды раз большими, чем естественные, "материнские". Одновременно высочайшего уровня достигнет искусственный разум, который, в сущности, уже нельзя будет отделить от носителей "естественного" разума. На такой путь развития много лет назад указал К.Э.Циолковский, а в недавнее время - Ф.Дайсон. Но этим прогресс (если это можно назвать прогрессом) не ограничится. С неизбежностью "ударная" волна разума начнет распространяться на всю Галактику, на что впервые обратил внимание Н. С. Кардашев. Для овладения ресурсами звездной системы и полного ее преобразования, по самым консервативным оценкам, потребуется только несколько миллионов лет. Этот срок совершенно ничтожен по сравнению с 10 - 15- миллиардолетней историей эволюции Галактики или даже с 200- миллионолетним периодом ее вращения!

Может показаться, что речь идет не о научной проблеме, а о каком-то фантастическом комиксе на модную еще недавно космическую тему. Увы, это не так. Речь идет о реальном анализе перспектив развития человечества на достаточно долгий срок. Отсюда следует, что проблема внеземных цивилизаций - проблема не только астрономическая, техническая и биологическая, но и социологическая, вернее, футурологическая. Мы имеем дело со сложнейшей комплексной проблемой.

Можно, конечно, предположить, что разумные существа, поняв гибельность неограниченной экспансии, стали на путь жесткого ограничения с прекращением количественного роста основных показателей своих цивилизаций. Вряд ли, однако, допустимо считать такую стратегию развития одинаковой для всех цивилизаций. Это нереально. Кроме того, развитие "только вглубь" скорее всего - иллюзия.

Неизбежен вывод, что хотя бы малая часть возникших во Вселенной, в частности в Галактике, цивилизаций должна стать на путь неограниченной экспансии. Но в таком случае мы наблюдали бы космические проявления разумной жизни, т.е. своего рода "космические чудеса". И здесь мы подходим к основному пункту: несмотря на неимоверно возросшую эффективность наших телескопов и приемников радиации во всем диапазоне электромагнитных волн, никаких "космических чудес" обнаружить не удалось. А ведь современная астрономия стала всеволновой! Не видно на небе никаких "сфер Дайсона", не слышно позывных наших предполагаемых "братьев по разуму", не наблюдаются следы космической строительной деятельности, никто, никогда не посещал нашу старушку Землю (а, казалось бы, - должны, уж очень симпатичная и комфортабельная планета!). И это при огромном желании землян встретиться с упомянутыми братьями, отражением чего является массовый психоз с "Неопознанными Летающими Объектами". Молчит Вселенная, не обнаруживая даже признаков разумной жизни. А могла бы! Ведь должны же быть, например, у сверхцивилизаций мощные радиомаяки. Можно утверждать, однако, что в соседней галактике М 31, насчитывающей несколько сот миллиардов звезд, ничего подобного нет.

"Молчание" космоса представляет собой важнейший научный факт. Он требует объяснения, так как находится в очевидном противоречии с концепцией неограниченно развивающихся могучих сверхцивилизаций. Таким образом, проблема "внеземных цивилизаций" оказалась как бы "перевернутой". Представлялось, что мы имеем дело с задачей о "поиске иголки в стоге сена". В действительности дело сводится к задаче о "шиле в мешке". Самое простое, можно сказать, тривиальное объяснение феномена "молчащей Вселенной": сверхвысокоразвитых внеземных цивилизаций в ближайших окрестностях Большой Вселенной (например, в Местной системе галактик) просто нет. Даже при широкой распространенности феномена жизни во Вселенной это вполне возможно. Нужно только сделать естественное предположение, что в процессе эволюции жизни искомые сверхцивилизации либо не реализуются совсем, либо в силу внутренних причин своего развития (например, неизбежного разрушения породившей их биосферы) имеют очень малое время существования.

Если мы придерживаемся вполне единственного взгляда, что разум есть одно из "изобретений" эволюционного процесса, то не следует забывать, что не все "изобретения" в конечном счете являются полезными для данного вида. Природа слепа, она действует "ощупью", методом "проб и ошибок". И вот оказывается, что огромная часть "изобретений" не нужна и даже вредна для процветания вида. Так возникают "тупиковые ветви" на стволе дерева эволюции. Количество таких ветвей неимоверно велико.

По существу, история эволюции жизни на Земле - это кладбище видов. Характерным признаком эволюционного тупика у некоторого вида служит гипертрофия какой-нибудь функции, приводящая к прогрессивно растущему нарушению гармонии. Вспомним чудовищно гипертрофированные средства защиты и нападения (рога, панцири и пр.) у рептилий мезозоя. Или, например, неправдоподобно развитые клыки саблезубого тигра. И невольно напрашивается аналогия: а не являются ли современные гипертрофированные в высшей степени противоречивые "применения" разума у вида Homo Sapiens указанием на грядущий эволюционный тупик этого вида?

Другими словами, не является ли самоубийственная деятельность человечества (чудовищное накопление ядерного оружия, уничтожение окружающей среды) такой же гипертрофией его развития, как рога и панцирь какого-нибудь трицератопса или клыки саблезубого тигра? Наконец, не является ли тупик возможным финалом эволюции разумных видов во Вселенной, что естественно объяснило бы ее молчание?

Став на точку зрения, что разум - это только одно из бесчисленных "изобретений" эволюционного процесса, да к тому же не исключено, приводящее вид, награжденный им, к эволюционному тупику, мы, во- первых, лучше поймем место человека во Вселенной и, во-вторых, объясним, почему не наблюдаются космические чудеса. А это совсем не мало...

Альтернативой набросанной выше отнюдь не "оптимистической" концепции выступает идея, что разум есть проявление некоего внематериального, трансцендентного начала. Это - старая идея бога и божественной природы человеческого разума. Далеким (и не всегда далеким) от науки индивидам эта концепция представляется куда более оптимистической и даже нравственной.

Трудно, однако, в наше время стоять на позиции, ничего общего с наукой не имеющей. Забвение того основополагающего факта, что мы - часть объективно существующего, познаваемого материального мира, никому ничего хорошего не сулит, даже если и создает лжеоптимистические иллюзии.

Первое 20-летие космической эры и астрономия

Сейчас уже можно (да и нужно) подвести первые итоги двадцатилетия космической эры. В этой статье мы сконцентрируем наше внимание на том огромном импульсе, который получили фундаментальные науки, прежде всего астрономия, благодаря стремительному развитию космических исследований за два минувших десятилетия. Но прежде всего остановимся на одном вопросе, на первый взгляд кажущемся чисто терминологическим.

Долгие века понятия "Вселенная" и "космос" казались синонимами. Предмет астрономии можно было определить как науку о космосе. Последние два десятилетия, однако, привели к четкому размежеванию космических исследований и астрономии. Первые представляют собой исследования межпланетного пространства и отдельных планет и спутников прямыми методами, т.е. методами физического эксперимента, сама возможность применения которых для решения астрономических проблем появилась только в связи с развитием ракетной космической техники, позволившей доставить приборы, а иногда и людей, непосредственно к исследуемым объектам Солнечной системы. Между тем предмет астрономии и основное ее содержание - всесторонние исследования излучения весьма удаленных от нас объектов - за последние тысячелетия не изменились. В частности, бурное развитие радиоастрономии за последние три десятилетия никак не изменило предмета и содержания астрономии, оно ее только обогатило. То же самое следует сказать и о других ветвях "астрономии невидимого" (например, инфракрасной астрономии). Развитие космических исследований привело к возникновению ультрафиолетовой, рентгеновской и гамма-астрономии. Бурное развитие внеатмосферной астрономии - вот то главное, что дали астрономии космические исследования. Внеатмосферную астрономию следует рассматривать как один из главнейших методов астрономии, наряду с классической оптической и радиоастрономией. Но не следует забывать, что внеатмосферная астрономия отнюдь не исчерпывает научную часть космических исследований. Главная цель последних - это, как уже говорилось выше, изучение Солнечной системы (в том числе и нашей планеты Земля с ее ближайшими окрестностями) самыми прямыми методами.

То, что в последние два десятилетия называют словом "космос" (иногда - "ближний космос"), связано со сложным и противоречивым процессом активной деятельности человечества за пределами своей "колыбели" - Земли. Этот важнейший, исторически неизбежный процесс происходит в силу ряда внутренних причин, но всегда ясно осознаваемых. То, что при этом получают серьезное развитие фундаментальные науки, является как бы "побочным", хотя и очень важным продуктом этого развития. Следует иметь в виду, что процесс исследования и овладения космосом и его ресурсами находится в самой начальной стадии, поэтому нелегко осмыслить нам - современникам и участникам этого грандиозного процесса - к каким коренным изменениям в судьбах человечества он приведет. Уже сейчас намечаются контуры создания многомиллионных колоний в космосе, вынос в космос целого ряда производств, функционирование которых на Земле несовместимо с охраной окружающей среды, освоение новых мощных источников энергии и пр. В этом развитии, однако, могут быть и такие аспекты, последствия которых для Земли пока трудно предвидеть. Но вернемся к нашей теме.

Развитие космических исследований должно было с неизбежностью дать ответ на один старый, вернее древний, вопрос: в какой степени правильными оказались наши представления о Солнечной системе, полученные до этого с помощью "косвенных" астрономических методов? Ехидно-скептический комментарий астрономических открытий и выводов ("поди проверь") приходилось слышать не только от обывателей с различными научными цензами - от нулевого до академического. Профессионалы-астрономы частенько дорого заплатили бы за возможность "пощупать" тот или иной интересующий их объект, чтобы полностью убедиться в достоверности тех, иногда парадоксальных выводов, которые следовали из анализа косвенных данных, т.е. астрономических наблюдений. Ибо интерпретация этих наблюдений часто бывает далеко не однозначна и связана с огромными трудностями. Практика астрономических исследований показывает, что имеющаяся информация, как правило, недостаточна, а точность наблюдений (разрешающая способность, предельная яркость протяженных объектов, потоки излучения от "точечных" объектов) оставляет желать лучшего. Тем более поразительно, что картина Солнечной системы, полученная трудами астрономов на поверхности Земли, была полностью подтверждена прямыми методами при космических исследованиях. Как это ни парадоксально, но никаких "неожиданностей", т.е. принципиально новых явлений при исследовании Солнечной системы прямыми методами, обнаружено не было! Этот важнейший факт имеет огромное значение: он обосновывает достоверность наших астрономических знаний. Отсюда с непреложностью следует вывод, что наши знания о природе звездной системы - Галактики, а также Метагалактики, в основном, соответствуют действительности и вполне надежны. Может быть, это является важнейшим результатом космических исследований. Важнейшие открытия в области планетной астрономии за последние четверть века сделаны наземными и космическими средствами. Далеко не просто, однако, отдать пальму первенства какому-нибудь из двух этих методов. Конечно, если говорить о детальных исследованиях планет, так сказать "на геофизическом уровне", первенство несомненно принадлежит космическим средствам.

Укажем хотя бы на такие выдающиеся результаты, как забор грунта на Луне и транспортировка его на Землю, детальнейший анализ поверхности Марса, выполненный на "Викингах", съемка поверхности Марса, выявившая удивительные свойства его рельефа, например, обнаружение величайшего в Солнечной системе потухшего вулкана "Никс-Олимпик" высотой 25 км и диаметром 500 км, а также извилистых высохших русел рек, по которым миллиарды лет назад бежала вода, превосходные фотографии спутников Марса Фобоса и Деймоса. В результате успешного применения прямых методов исследований мы с достаточной полнотой знаем химический состав атмосферы Марса и Венеры. Большой вклад в решение этой проблемы был внесен советскими учеными. Исключительные результаты при исследовании гигантской магнитосферы Юпитера были получены на американских спутниках "Пионер-10" и "Пионер-11". В области геофизических исследований фундаментальное научное и практическое значение имело открытие радиационных поясов Земли и ее магнитного хвоста.

Выше были перечислены только важнейшие результаты исследований Солнечной системы прямыми методами. Конечно, они впечатляющи. И все же мы позволим себе смелость утверждать, что открытия принципиального значения, сделанные в этой области методами наземной астрономии, по своей значимости во всяком случае не уступают "космическим" достижениям. Назовем хотя бы открытие высокой (T » 300^oC) температуры поверхности Венеры, сделанные методами наземной радиоастрономии. Из анализа наземных наблюдений также впервые стало ясно, что атмосферное давление на поверхности этой планеты достигает большого значения. Эти открытия, в частности, определили всю компоновку экспериментов, связанных с мягкой посадкой на поверхность Венеры. Все приборы с самого начала рассчитывались на экстремальные значения температуры и давления. Без предварительного знания условий на поверхности Венеры космические исследования этой планеты были бы обречены на провал. Конечно, в конце концов и без такого знания, с помощью одних космических экспериментов, условия на Венере стали бы нам известны. Но, помимо существенной задержки во времени, это обошлось бы во много сотен миллионов рублей и долларов, между тем как стоимость наземных наблюдений в сотни раз меньше.

Методами наземной радиоастрономии впервые удалось обнаружить мощную магнитосферу на Юпитере. Это открытие было сделало сразу же после обнаружения синхротронного радиоизлучения Юпитера в сантиметровом диапазоне длин волн. Еще до того были обнаружены гигантской мощности всплески длинноволнового радиоизлучения Юпитера, коррелирующие с положением на орбите его удивительного спутника Ио, который довольно близок к поверхности планеты. Эти всплески несомненно связаны с активными процессами в магнитосфере планеты-гиганта. Особенно поразительным по своей неожиданности является влияние спутника Ио на характер процессов в магнитосфере Юпитера. Дальнейшие тщательные наблюдения, выполненные на знаменитых космических аппаратах "Пионер-10" и "Пионер-11", позволили существенно уточнить параметры магнитосферы Юпитера. Никаких, однако, открытий принципиального характера при этом сделано не было. Даже численное значение магнитного поля Юпитера, полученное в результате прямых измерений, оказалось весьма близким к значению, полученному из анализа радиоастрономических наблюдений, которые обошлись в сотни раз дешевле^[7].

Отметим, что необходимость существования кратеров на поверхности Марса была предсказана замечательным эстонским астрономом Э.Эпиком задолго до их открытия. Сказанное, конечно, ничуть не умаляет значимости открытия кратеров на Марсе, которое могло быть сделано только средствами космической техники. Следует, однако, подчеркнуть, что без выдающихся достижений, полученных при радиолокации планет наземными средствами, невозможна была космическая навигация, требующая очень точного знания расстояний до планет и элементов их орбит. Установление весьма точных масштабов Солнечной системы есть крупнейшее достижение наземной астрономии.

Не следует думать, что открытия, сделанные средствами наземной планетной астрономии, были возможны постольку, поскольку космические исследования только "набирали разбег". Не прошло и года, как мы с большим изумлением стали свидетелями открытия, может быть, наиболее впечатляющего после открытия в 1930 г. "последней" планеты Солнечной системы - Плутона. В декабре 1976 г. во время наблюдений покрытия Ураном довольно слабой звезды были обнаружены... кольца, окружающие эту весьма удаленную от Солнца планету. Со времен Галилея и до наших дней считалось, что только один Сатурн имеет вокруг себя кольца. И вдруг - пожалуйста! Оказалось даже, что кольца Урана (их 5) во многом весьма сходны с кольцами Сатурна, хотя есть и примечательные различия. Кольца Сатурна теперь могут быть значительно лучше поняты, чем раньше - ведь сравнительный анализ в науке всегда играл очень большую роль. Хотя со времен открытия колец Урана прошло еще очень мало времени, уже сейчас ясно, что оно сыграет значительную роль в понимании происхождения нашей Солнечной системы, т.е. планетной космогонии.^[8]

Коль скоро речь зашла о космогонии планетной системы, следует подчеркнуть, что эта фундаментальная проблема естествознания находится пока в эмбриональном состоянии. Многие выдающиеся умы на протяжении минувших двух столетий пытались решить эту проблему, выдвигая те или иные "космогонические гипотезы". Тем не менее до решения этой грандиозной проблемы еще очень далеко. Сам метод "космогонических гипотез", по нашему мнению, не адекватен этой задаче. Выдвигая ту или иную космогоническую гипотезу, их авторы гипертрофировали какую-нибудь черту явления, представлявшуюся им особо важной. При скудости фактического материала, а главное, при невозможности сравнивать нашу планетную систему с какой-нибудь другой (обнаружение таких систем пока находится за пределами возможностей наблюдательной астрономии) "космогонические гипотезы" неизбежно страдали субъективизмом. Развертывание космических исследований впервые открывает возможность поставить проблему космогонии Солнечной системы на действительно научную основу. Открывается возможность детального сравнительного анализа различных планет, в частности, планет земной группы. Эта огромная работа неизбежно должна предшествовать синтезу наших представлений о планетах, в итоге которого сам по себе прояснится вопрос об их происхождении. Надо ясно понимать, что время априорных "космогонических гипотез" безвозвратно прошло. Только детальнейшее изучение и сравнение рельефов планетных поверхностей, их минерального, химического и изотопного составов, степени однородности их недр, сейсмичности, радиоактивности, а также многих других свойств позволит получить надежные данные о происхождении Солнечной системы. Вся эта многолетняя программа может быть выполнена главным образом прямыми методами космических исследований, хотя роль наземной астрономии, как это видно на примере открытия колец Урана, будет продолжать оставаться значительной.

На этом примере видна разница между результатами астрономических и "космических" исследований. Первые дают общую картину явления, часто открывая его, между тем как детальная картина, уже на совершенно другом уровне, дается применением прямых методов. Поясним это еще на примере истории исследования нашей планеты - Земли. Такие ее общие характеристики, как размеры, форма, масса, параметры осевого вращения, были в свое время получены чисто астрономическими методами. В этом смысле изучение нашей планеты было частью предмета астрономии и еще в начале нашего столетия органически входило в гимназические курсы космографии. Однако потребности общественной практики с необходимостью выделили изучение Земли из астрономической "епархии". Исследования нашей планеты стали весьма детальными, а главное - дифференцированными. Появились такие науки, как геодезия, метеорология, геофизика. Последняя раздробилась на ряд вполне самостоятельных наук, таких как сейсмология, геомагнетизм, аэрономия. Земля изучается сейчас, так сказать, "самостоятельно", хотя она является, конечно, астрономическим телом.

Не подлежит сомнению, что в современную эпоху мы являемся свидетелями "изъятия" планет из "астрономического департамента" и возникновения новых наук о них. Таким образом, на более высоком уровне повторяется процесс, который на рубеже нашего столетия произошел с изучением планеты Земля. Процесс выделения науки о планетах из астрономии неизбежен, и реализуют его только прямые космические исследования. Эти исследования позволяют изучать планеты, их спутники, кометы, астероиды и межпланетную среду с подробностями, недоступными для наземной астрономии. Как уже подчеркивалось выше, мы особенно много ожидаем от таких будущих наук, как сравнительная морфология планетных поверхностей ("супергеология"), сравнительная аэрономия, сравнительный магнетизм планет.

Если, при всех очевидных достижениях, в области изучения планет Солнечной системы и межпланетной среды космические исследования главным образом "развивались вширь" и детализировали результаты наземной оптической и радиоастрономии, то внеатмосферная астрономия открыла перед наукой совершенно новые горизонты. Сейчас можно уже с полным основанием сказать, что исследование излучений космических объектов, которые полностью поглощаются земной атмосферой, революционизировали астрономию. Здесь основные результаты были получены не с межпланетных станций, а с помощью специализированных спутников Земли. Поэтому такие наблюдения значительно дешевле, чем впечатляющие лунные, марсианские, венерианские и юпитерианские полеты космических кораблей. Широкая публика знает об этих исследованиях значительно меньше, а пресса отводит им соответственно гораздо более скромное место, чем эффектным "Лунникам", "Викингам", "Пионерам" и пр., хотя полученные на этих орбитальных лабораториях научные результаты по своей значимости существенно превосходит результаты, полученные на межпланетных автоматических станциях. Я подчеркиваю, что речь идет о научных результатах, так как межпланетные станции, помимо научных, решают также огромное количество космонавтических технических задач и знаменуют собой этапы многотрудного пути освоения и покорения космоса.

Между тем специализированные автоматические орбитальные обсерватории, такие, например, как "Коперник", "Ухуру" или готовящийся к пуску большой спутник для астрофизики высоких энергий (так называемый "НЕАО-2"^[9]), представляют собой исключительно сложные устройства, предназначенные для решения чисто научных задач. Они обладают весьма точными системами астрономической ориентировки (например, с точностью в несколько сотых угловой секунды, как это было у "Коперника"), позволяющими по команде с Земли наводиться на любую точку неба.

Установленные на орбитальных станциях оптические, рентгеновские или гамма-телескопы весьма совершенны. Также совершенна система обработки поступающей информации на борту и передача ее на Землю. Конечно, и на "Викингах", и на "Пионерах" тоже есть высококачественные научные приборы и системы управления ими. Не нужно, однако, забывать, что каждый такой полет сопряжен с преодолением большого количества дополнительных трудностей, требующих специальной, чисто технической проработки (например, в случае "Пионеров" - преодоления мощных радиационных поясов Юпитера, а также "долговечность" и надежность приборов, в случае "Викингов" - отработки системы мягкой посадки и выпуска орбитальных отсеков). Поэтому чисто научные задачи на этих объектах не являются абсолютно доминирующими.

Говоря об основных результатах, полученных внеатмосферной астрономией за минувшие два десятилетия, хочется начать с солнечных исследований.

Получен огромный материал по жесткому излучению Солнца - ультрафиолетовому и рентгеновскому. За это излучение, как известно, ответственны верхние слои солнечной атмосферы - хромосфера и корона. В отличие от оптического, жесткое излучение Солнца значительно меняется со временем.

В сочетании с наземными радиоастрономическими и оптическими методами внеатмосферная астрономия сейчас уже может дать довольно полную картину активных процессов, происходящих на Солнце, оказывающих мощное воздействие на Землю. Заметим, что как в настоящее время, так и в перспективе обозримого будущего, Солнце нельзя будет исследовать прямыми методами (исключение составляет задача детального изучения свойств вещества солнечного ветра, заполняющего межпланетное пространство). Поэтому, как и прежде, изучение Солнца и, в частности, солнечной "метеорологии" по-прежнему остается прерогативой астрономии.

Пожалуй, наиболее впечатляющие результаты были получены в области рентгеновской астрономии. В 1962 г. были открыты галактические, а вскоре после этого - метагалактические рентгеновские источники. Запуск в 1970 г. специализированного рентгеновского спутника "Ухуру", по существу, положил начало систематическому исследованию рентгеновского неба. Был обнаружен удивительный класс рентгеновских звезд - нейтронные звезды в тесных двойных системах, питаемые потоками вещества от соседнего, более или менее "нормального" компонента. Изучение этого явления открыло новую страницу в астрономии. Особый интерес представляют недавно открытые "импульсные" рентгеновские источники, во многих отношениях еще загадочные. Были также обнаружены рентгеновские туманности, связанные с остатками вспышек сверхновых звезд, что впервые открыло возможность достаточно полного исследования этих весьма важных объектов. Стало ясно, что рентгеновское излучение сопутствует заключительным стадиям звездной эволюции. Его анализ имеет решающее значение для понимания развития вещества во Вселенной. Похоже на то, что по крайней мере в одном случае источник рентгеновского излучения ассоциируется с черной дырой, т.е. предметом особого интереса в современной астрономии и физике. Если это открытие подтвердится, это достижение рентгеновской астрономии трудно будет переоценить.

Особое значение имеет обнаружение рентгеновского излучения от метагалактических объектов, в первую очередь активных ядер галактик и квазаров. Как известно, эти объекты находятся в центре внимания современной астрономии. Тот факт, что они являются мощными источниками рентгеновского излучения, сам по себе говорит о грандиозности происходящих там процессов, природа которых пока еще далека от ясности. Стоит еще отметить открытие протяженных рентгеновских источников, отождествляемых со скоплениями галактик. Причиной этого излучения является очень горячая плазма, заполняющая пространство между галактиками. Таким образом, впервые был обнаружен межгалактический газ! Это открытие вполне можно поставить рядом с открытием межзвездного газа в начале нашего века. Несомненно, что метагалактическая рентгеновская астрономия находится на крутом подъеме и еще не раз порадует нас удивительными открытиями.

Серьезных успехов в последние годы достигла гамма-астрономия, особенно в результате работы специализированных спутнпиков "SАS-2" и "Соs-В", на котором были установлены детекторы жесткого гамма-излучения, регистрирующие кванты с энергией, превышающей несколько десятков МэВ. Жесткое гамма-излучение исследовалось во всей полосе Млечного Пути. В основном регистрируемые гамма-кванты возникают в межзвездной среде при взаимодействии ее с первичными космическими лучами. Тем самым открывается возможность весьма эффективного изучения космических лучей - одной из центральных проблем физики и астрономии. До недавнего времени первичные космические лучи исследовались прямыми методами (в верхней атмосфере, где они поглощаются), а также с помощью радиоастрономии. Имеются все основания полагать, что гамма- астрономия поднимет эти важные исследования на более высокую ступень. Особый интерес представляют дискретные источники космического гамма- излучения, исследование которых только начинается. Уже открыто гамма- излучение от знаменитой Крабовидной туманности и некоторых пульсаров. По-видимому, источником такого излучения являются также активные ядра некоторых галактик и квазаров. В близком будущем можно ожидать выдающихся результатов в этой области. Ждет своего решения проблема источников импульсного мягкого гамма-излучения, обнаруженного еще в 1972 г. По- видимому, природа этих источников отлична от природы импульсных рентгеновских источников. Трудность проблемы - отсутствие достаточно точных координат импульсных гамма-источников. В этой важной области гамма- астрономии мы возлагаем надежды на совместный советско-французский эксперимент на недавно запущенном спутнике "Снег-3".

Следует сказать несколько слов о ближайших перспективах внеатмосферной астрономии. В области рентгеновской астрономии мы много ожидаем от запуска специализированного спутника "НЕАО-2". По сравнению с "Ухуру" можно ожидать выигрыша на два порядка по всем характеристикам приборов, установленных на борту этого спутника. Рентгеновская астрономия в результате работы "НЕАО- 2" получит новый мощный импульс. На очереди запуск специализированного спутника, предназначенного для наблюдений в инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах. Хотя в этом исключительно важном диапазоне проводились уже наблюдения с поверхности Земли (в отдельных спектральных участках, где земная атмосфера более или менее прозрачна), а также с баллонов и высотных самолетов-лабораторий, по-настоящему это важнейшее "окно во Вселенную" будет исследоваться с помощью специализированных спутников. Важность этого диапазона определяется, во-первых, тем, что в нем сосредоточено основное излучение Вселенной, а во-вторых, в этом диапазоне следует ожидать огромного количества молекулярных спектральных линий. Исследование этих линий, как мож- но ожидать, должно пролить свет на ряд важных проблем космогонии и космологии.

До сих пор мы еще ничего не говорили о "классической" оптической астрономии. Между тем и оптические телескопы очень много выигрывают, если их вынести за пределы земной атмосферы. Последняя сильнейшим образом искажает качество изображения и делает большие телескопы значительно менее эффективными, чем они могли бы быть. Установка современного автоматического большого оптического телескопа (с диаметром, например, 3 м) на космическую платформу является довольно трудной технической проблемой, но вполне разрешимой. Между тем астрономия от этого выигрывает в сильнейшей степени.

Назрела необходимость и для радиоастрономии выйти в космос. Там уже проводились отдельные наблюдения на очень длинных волнах, которые из космоса не могут попасть на поверхность Земли, так как отражаются от ионосферы. Сейчас, однако, разрабатываются проекты совершенно другого рода. Речь идет о выносе огромных радиотелескопов как на орбитальные станции, так и на далекие межпланетные зонды. Кроме того, по причине тяжести конструкции, в поле земного тяготения строить очень большие радиотелескопы (например, с диаметром в несколько сот метров) просто технически невозможно. В космосе же таких ограничений не видно. Имеется и еще одно немаловажное обстоятельство, настоятельно требующее выноса радиотелескопов в космос. Дело в том, что в радиоастрономии, как нигде, широко используется интерферометрическая методика. Этим достигается весьма высокая угловая разрешающая способность, определяемая отношением длины волны радиоизлучения l к расстоянию между элементами интерферометра - "базе" d, l/d » 10^-10 что, в свою очередь, » 10^-4 секунды дуги (это при использовании межконтинентальных баз). Дальнейшее повышение разрешающей способности упирается в конечные размеры земного шара. Совершенно ясно, что только межпланетные базы обеспечат качественно новое повышение разрешающей способности. Развитие межпланетной радиоастрономии открывает перед наукой о Вселенной совершенно исключительные перспективы. Так, например, можно будет решить фундаментальной важности проблему - определение тригонометрических параллаксов сколь угодно удаленных метагалактических объектов.

Решение этой задачи даст самый надежный фундамент космологии. Другой проблемой, к решению которой можно будет подойти при развитии межпланетной радиоастрономии, является космическая радиоголография некоторых объектов, перспективы которой просто фантастичны (например, получение трехмерных изображений космических источников). С полным основанием можно закончить эту статью утверждением, что 20 лет космической эры революционизировали астрономию и открыли перед этой древнейшей наукой воистину неограниченные перспективы.

Вторая революция в астрономии подходит к концу

1. Две революции в астрономии и их последствия

Древнейшая из наук - астрономия - за тысячелетия своего существования знала как длительные, более или менее "спокойные" эпохи своего развития, так и сравнительно короткие, бурные периоды, сопровождающиеся коренной ломкой устоявшихся представлений. После таких потрясений наша наука поднималась на качественно новую ступень, и перед ней открывались богатые возможности познания мира, в котором мы живем. Если рассматривать весь процесс развития этой науки, то можно говорить о двух таких бурных периодах, а точнее - революциях. Первая революция в астрономии датируется серединой ХVI - началом ХVII вв. Она связана с великими именами Коперника и Галилея. Эта революция неразрывно связана с Возрождением и эпохой Великих Открытий. Она привела (правда, не сразу!) к крушению схоластического геоцентрического мировоззрения и установлению гелиоцентрической системы, что имело огромное значение для человечества.

Первые телескопические наблюдения Галилея наглядно доказали, что небесные тела состоят из той же материальной субстанции, что и земные. Изобретение телескопа - важнейший результат первой революции в астрономии, определивший ее лицо на последующие столетия.

Преодолев пути геоцентрического мировоззрения, астрономия получила мощный импульс для своего дальнейшего прогресса. Последующие три столетия ознаменовались рядом выдающихся открытий и достижений. Перечислим наиболее важные ив них: 1) создание механики, в частности, небесной механики (Ньютон); 2) развитие звездной астрономии (Гершель), в частности, первое определение тригонометрического параллакса звезд (Бессель, Струве), положившее начало длительному процессу познания масштабов Вселенной, процессу, не окончившемуся и в наше время; 3) открытие спектрального анализа (Кирхгоф), положившее начало астрофизике; 4) открытие межзвездной среды (Гартман); 5) открытие Метагалактики (выяснение природы спиральных туманностей - Лундмарк, Хаббл); б) построение феноменологической теории внутреннего строения звезд (Эддингтон) и свечения газовых туманностей (Занстра, Росселанд) как начало бурного развития теоретической астрофизики; 7) открытие вращения Галактики (Оорт); 8) открытие межзвездного поглощения света (Трюмплер); 9) открытие закона красного смещения галактик (Хаббл), подтверждающего концепцию расширяющейся Вселенной (Фридман); 10) конкретизация природы ядерных источников энергии излучения звезд (Бете).

Разумеется, мы перечислили далеко не все фундаментальные открытия в астрономии Нового времени, но и перечисленные достижения дают представление о колоссальном прогрессе в исследовании Вселенной за последние 2,5 - 3 века.

Тем не менее состояние астрономии перед началом второй мировой войны (после которой и началась вторая революция в астрономии) никак нельзя было считать удовлетворительным. Прежде всего следует обратить внимание на коренной недостаток астрономии того времени: несмотря на отдельные исключения, она была статична. Астрономы как бы исследовали застывшую, неразвивающуюся картину Вселенной. Космические объекты разных типов нельзя было связать генетически. Даже основа звездной астрономии - знаменитая диаграмма Герцшпрунга - Рессела - интерпретировалась неправильно. Например, еще в начале пятидесятых годов не прекращались попытки построения теории эволюции звезд вдоль главной последовательности этой диаграммы, между тем как эволюция, как выяснилось вскоре, происходит "поперек" этой диаграммы. Классическая теория внутреннего строения звезд была только первым приближением к действительности. Только привлечение представлений о необратимом расходе ядерной энергии позволило построить теорию эволюции звезд. В тридцатых годах была разработана ставшая классической теория свечения планетарных туманностей, но полностью открытым оставался важнейший вопрос: откуда берутся эти эфемерные объекты и во что они превращаются? В совершенно неудовлетворительном состоянии находилась важнейшая проблема перманентно продолжающегося в Галактике процесса образования звезд. То, что такой процесс имеет место, стало очевидно сразу же после выяснения ядерной природы источников звездной энергии, когда поняли, что массивные звезды высокой светимости не могут существовать больше - 10 миллионов лет, что приблизительно в тысячу раз меньше возраста Галактики. Следовательно, они должны непрерывно "возобновляться", т.е. проще говоря, рождаться. Но как и в каких местах? Теоретические основы этого процесса были заложены еще Джинсом в его теории гравитационной неустойчивости. Однако никакими наблюдательными данными астрономия тогда не располагала: слишком примитивны и совершенно неудовлетворительны были наши сведения о физике межзвездной среды. При такой ситуации пышным цветом расцветали всякого рода псевдонаучные "теории" звездообразования, в частности, и в нашей стране, где они развивались параллельно с пресловутыми "концепциями" Лысенко, Бошьяна и пр., оказавшись, впрочем, значительно более живучими.

Пожалуй, хуже всего было положение в метагалактической астрономии, которая, по существу, только начинала свое триумфальное развитие. Прежде всего, как это выяснилось впоследствии, уже в 50-х годах сама система расстояний до галактик оказалась заниженной в 5 - 10 раз, что, конечно, сильнейшим образом искажало наши представления о Большой Вселенной. Но главная беда была не в этом. Благодаря несовершенству и ограниченности тогдашней техники астрономических исследований (напомним, что ни радио-, ни рентгеновской астрономии тогда еще не было) астрономы не могли проникнуть в глубины Метагалактики достаточно далеко. Например, наибольшая величина красного смещения соответствовала скорости удаления галактик, не превышающей 10000 км/с. Поэтому сравнительно малая часть доступной наблюдениям Вселенной по характеру наполняющих ее объектов практически ничем не отличается от ближайших окрестностей нашей Галактики. Другими словами, при таких малых красных смещениях никаких сколько-нибудь значительных эволюционных эффектов обнаружить нельзя. Не случайно поэтому на Западе в предвоенные (и первые послевоенные) годы широкое распространение получила концепция известного английского астрофизика Хойла о стационарной, неэволюционирующей, всегда, в среднем, остающейся равной самой себе Вселенной. Стационарности Вселенной Хойл достигал ценою весьма парадоксальной гипотезы о непрерывном рождении вещества (из пустоты!) во Вселенной. Любопытно, что имевшиеся тогда наблюдательные данные не находились в противоречии с этой странной идеей (так же, как и с идеей о меняющейся, эволюционирующей Вселенной). Но это просто означало, что уровень наблюдательной астрономии того времени не позволял даже подойти к решению основной проблемы космологии.

Такое положение в предвоенной астрономии было связано с тем, что методика астрономических исследований за предшествующие десятилетия практически оставалась неизменной, что естественно объясняется общим уровнем техники того времени. В течение всего рассматриваемого периода, например, практически единственным приемником излучения от космических объектов была фотографическая пластинка, часто использовавшаяся в комбинации со спектрографом. Астрономы, правда, виртуозно владели этой несовершенной техникой, но все же ее возможности были ограничены. В те предвоенные десятилетия единственным большим телескопом был 100-дюймовый рефлектор, установленный на обсерватории Маунт Вилсон еще в 1919 г. 200-дюймовый рефлектор обсерватории Маунт Паломар был введен в строй только после второй мировой войны, и он уже функционировал в эпоху второй революции в астрономии.

Но главным недостатком довоенной техники астрономических исследований была их спектральная ограниченность. Астрономы в своих исследованиях использовали только видимый свет. В этом отношении эта методика осталась неизменной с античных времен. Потребовалось наступление научно-технической революции, чтобы положение коренным образом изменилось. Это случилось уже в эпоху второй революции в астрономии. Резюмируя, следует сказать, что накануне второй революции в астрономии Вселенная представлялась довольно статичной, и, если можно так выразиться, "серой", т.е. не "полихромной", так как вся она наблюдалась в одной, сравнительно узкой спектральной полосе.

Сразу же после войны ситуация в астрономии радикально изменилась. Начался бурный период в ее развитии, который мы и называем "второй революцией". Этот период неразрывно связан с научно-технической революцией (НТР), начавшейся примерно в то же время. С другой стороны, НТР была подготовлена всем предыдущим развитием естествознания и, прежде всего, - физики, являющейся фундаментом современной техники. Основные успехи НТР связаны с выдающимися достижениями радиоэлектроники, кибернетики и космонавтики. Именно использование этих наук обеспечило наиболее впечатляющие достижения НТР.

Вторжение новых методов исследований буквально преобразовало лицо древней науки о небе. Эти методы исследований сразу же дали выдающейся важности впечатляющие результаты, выдвинувшие астрономию в авангард естествознания, чего раньше заведомо не было. Астрономия стала престижной наукой. Наметился любопытный процесс "диффузии" физиков в астрономию, где их ожидало гораздо более широкое и перспективное поле деятельности, чем в более для них привычной старой области знаний. Не так ли в эпоху великих открытий люди, далекие от мореплавания и космографии, выбирали это новое для них поприще и добивались серьезных результатов?

"Вторжение" физиков и физических методов исследований оказалось весьма плодотворным для астрономии. Из многочисленных физиков, весьма успешно работающих в различных областях астрономии, укажем на одного из изобретателей лазеров - Таунса, а в нашей стране - академиков В.Л.Гинзбурга, Я.Б.Зельдовича и их многочисленных учеников. Еще более плодотворным оказалось внедрение в астрономию методов современной теоретической и экспериментальной физики (физика плазмы, физика твердого тела, общая теории относительности и пр.).

Столь же плодотворным оказалось внедрение в астрономию методов современной вычислительной техники. Только на основе широкого использования ЭВМ оказалось возможным, например, рассчитать огромное количество моделей - основы построения теории эволюции звезд.

Поразительные успехи были достигнуты в математическом стимулировании эволюции звездных систем, основывающемся на численном анализе взаимодействия сотен тысяч точек по закону Ньютона. Наконец, широкое внедрение автоматики и электроники коренным образом улучшило работу астрономических телескопов и сделало возможным их безотказное функционирование на космических платформах.

Что же произошло с астрономией в процессе второй революции? Главным ее итогом является становление астрономии всеволновой. Без всяких преувеличений можно сказать, что по своей значимости этот этап истории нашей науки можно сравнить с заменой геоцентрической системы гелиоцентрической. Тысячелетия единственным спектральным "окном" во Вселенную, через которое человечество получало информацию о Космосе, была узкая (меньше одной октавы) полоска видимого света. Сейчас уже можно сказать, что в итоге второй революции нет такой длины волн, которая бы в большей или меньшей степени не использовалась в астрономии и притом самым прямым образом, т.е. путем непосредственных наблюдений на этой волне.

Первый прорыв в Космос в отличном от оптического диапазоне частот произошел в радиодиапазоне. Хотя это было сделано американским инженером Янским еще в 1932 г. (и совершенно не оценено астрономами той эпохи, чего нельзя было сказать о репортерах- газетчиках), подлинный расцвет радиоастрономии начался после войны. Прогресс в этой области был совершенно поразительным. Современные радиотелескопы по своим характеристикам (чувствительность по потоку, угловое разрешение, спектральное разрешение) значительно превосходят крупнейшие оптические телескопы. За четверть века, например, благодаря выдающимся успехам межконтинентальной интерферометрии угловая разрешающая способность радиотелескопов увеличилась в сотни миллионов раз. Благодаря сооружению гигантских радиотелескопов и применению современных приемников чувствительность по потоку увеличилась в сотни тысяч раз. Сейчас радиоастрономия наряду с оптической является основой астрономии. Спецификой радиоастрономии является исключительная способность регистрировать и исследовать нестационарные процессы, сопровождающиеся бурным выделением энергии. Сюда относятся активность ядер галактик, вспышки сверхновых звезд, вспышечная активность красных карликовых звезд и пр. Едва ли не наиболее впечатляющим достижением радиоастрономии являются прямые наблюдения имеющего огромное значение процесса звездообразования. Сюда относятся исследования разного типа космических мазеров - атрибутов процесса звездообразования, а также компактных ионизованных туманностей, окружающих вновь образовавшиеся массивные горячие звезды. К этим исследованиям примыкает тщательный анализ физических условий и химического, а также изотопного состава очень плотных, холодных молекулярных облаков, из которых по причине гравитационной неустойчивости буквально на наших глазах конденсируются протозвезды. Исследования по звездной космогонии ведутся в тесной кооперации с инфракрасной астрономией и почти совершенно не сопровождаются наблюдениями в оптическом диапазоне (из-за огромной величины поглощения света в сильно запыленных, молекулярных облаках). Именно поэтому довоенная чисто оптическая астрономия решительно не могла иметь какие-либо серьезные (т.е. основанные на наблюдениях) результаты в области фундаментальной проблемы звездообразования.

Но особенно поразительны достижения радиоастрономии при исследовании максимально удаленных метагалактических объектов. Квазары - галактические ядра с гипертрофированно высокой активностью - были открыты благодаря радиоастрономии. Совершенно исключительным по значению было открытие в 1965 г. так называемого "реликтового" излучения - остатка былого состояния Вселенной. Это излучение, заполняющее всю Вселенную и имеющее спектр, соответствующий формуле Планка при температуре 2,7 K, дает нам достоверную информацию о далеком прошлом Вселенной, когда ее размеры были приблизительно в тысячу раз меньше нынешних, а возраст - в десятки тысяч раз меньше. Наконец, стоит упомянуть еще об одном открытии фундаментальной важности - пульсаров, оказавшихся давно ожидаемыми нейтронными звездами.

Детищем НТР является и рентгеновская астрономия, целиком обусловленная развитием ракетной техники и космонавтики и связанных с ними электроники и автоматики. Успехи рентгеновской астрономии не менее впечатляющи, чем радиоастрономии. Упомянем только открытие рентгеновских источников - нейтронных звезд в тесных двойных системах, излучающих в рентгеновском диапазоне в сотни тысяч раз мощнее, чем Солнце. Обнаружено также мощное рентгеновское излучение некоторых галактических ядер - важное свидетельство их высокой активности. Особое значение имеет открытие межгалактического газа внутри скоплений галактик, оказавшегося чрезвычайно горячей (температура около 10⁸ кельвинов!) плазмой.

Успехи рентгеновской астрономии открыли новую возможность исследования вещества Вселенной в экстремальных условиях, до недавнего времени полностью ускользавших от внимания астрономов.

В наиболее жестком спектральном гамма-диапазопе также были сделаны важные открытия, которые только начинают осмысливаться. Пока еще загадочные источники мощнейших гамма-импульсов скорее всего связаны с пульсарами. Открыто общее гамма-излучение Галактики, неразрывно связанное с заполняющими ее космическими лучами. Найдены также и дискретные гамма-источники.

Не обошла своим вниманием НТР и классическую оптическую астрономию. Вместо фотографических эмульсий астрономы все чаще используют значительно более эффективные светоприемники - электронно- оптические преобразователи и телевизионные системы. Это существенно улучшило мощность оптических телескопов, на которых сейчас получают высококачественные спектрограммы от слабейших объектов 20-й величины, между тем как до второй революции в астрономии спектрограммы получались только от объектов, в тысячи раз более ярких. Благодаря замечательному прогрессу автоматики и, в частности, лазерной техники, сама конструкция телескопов подверглась радикальным изменениям. То, что вчера еще казалось фантастикой, находящейся за пределами технических возможностей, сегодня реализуется "в металле"... Например, разрабатываются многоэлементные оптические телескопы, обещающие существенное расширение возможностей астрономии. Наконец, в ближайшие несколько лет в космосе начнут работать большие (диаметр зеркала 2 - 3 м) орбитальные телескопы, поднимающие качество оптических астрономических наблюдений на новую ступень.

Итак, буквально весь диапазон электромагнитных волн сейчас перекрыт астрономическими телескопами и их аналогами, что и обосновывает вывод о всеволновом характере современной астрономии. Но исследования Вселенной сейчас уже не ограничиваются использованием различных участков спектра электромагнитных волн. Астрономы (вернее, физики, занимающиеся астрономией) сейчас приступают к исследованию других полей и корпускул, отличных от фотонов. Собственно говоря, этот процесс начался уже довольно давно при исследовании первичных космических лучей, а также корпускул солнечного ветра. Но только в наше время приступили к исследованию космических нейтрино, уже давшему важные научные результаты. На очереди стоит труднейшая проблема обнаружения гравитационных волн, ожидаемых от ряда интереснейших объектов (например, вспышек сверхновых звезд или тесных двойных звездных систем).

Техническое перевооружение астрономии - отнюдь не дешевое предприятие. Стоимость современного большого оптического или радиотелескопа со всеми необходимыми для работы аксессуарами исчисляется многими десятками миллионов долларов, а если эксперименты с телескопами ставятся на специализированных спутниках, то следует прибавить сюда еще стоимость космической техники, которая, как понятно всем, очень высока. Тем не менее, государства идут на такие расходы так же, как и на еще более значительные расходы в физике, связанные со строительством сверхмощных ускорителей или установок для изучения управляемого термоядерного синтеза.

Времена "дешевой науки" безвозвратно прошли, а ожидаемый в перспективе экономический эффект от фундаментальных исследований окупит эти огромные расходы.

2. Картина Вселенной после второй революции в астрономии

В результате второй революции в астрономии человечество впервые получило четкую картину структуры и истории развития Вселенной и образующих ее объектов, которой раньше не было. Аналогией здесь может служить тысячелетия длившийся процесс всестороннего исследования человечеством ареала его обитания - Земли. Даже после эпохи великих открытий многое в географии было не ясно. Автор этой статьи с большим любопытством читал интереснейшую книгу "География или изучение земного круга, нами обитаемого", написанную в середине ХVIII в. "славным академиком Крафтом" и изданную в Петербурге в 1762 г. Это довольно прогрессивное для своего времени сочинение содержит еще немало трогательных ошибок и заблуждений. Например, высочайшей вершиной Земли назван ... пик Тенериф, что на Канарских островах! Только к середине ХIХ в. исчезли многочисленные белые пятна на картах центральных областей Африки и Азии. Ныне география как целое представляет собой вполне "законченную науку", а предметом изучения стала детализация ее давно намеченных разделов (климатологии, океанографии, гляциологии и пр.). Разумеется, каждая из этих наук вполне почтенна и, конечно, неисчерпаема. Но "Новых Америк" открывать, увы, уже не придется и утверждение, что Эверест (а отнюдь но пик Тенериф!) является в современную геологическую эпоху высочайшей вершиной Земли, вряд ли будет поколеблено.

При изучении Вселенной мы, применяя "географическую" аналогию, конечно, далеки еще от ситуации "середины ХIХ века", но рубеж эпохи великих открытий перешагнули. И, фигурально выражаясь, путать Эверест с Тенерифом сейчас уже не станем. В том, что астрономия достигла уровня, делающего, в первом приближении, эту науку если не "законченной" (вроде сегодняшней географии), то по меньшей мере, вполне обозримой, есть одновременно и величайшая заслуга и итог переживаемой ею второй революции.

Как же выглядит ставшая теперь уже обозримой Вселенная? Подчеркнем, что вопрос этот мы ставим не с точки зрения общефилософской или с позиций абстрактно-теоретических спекуляций (вроде гипотезы Канта о происхождении Солнечной системы или гипотезы Леметра о взрыве первичного сверхплотного и ничтожно малого "отца- атома" - мы нарочно выбрали две гипотезы, в основном оказавшиеся верными, но в свое время решительно не подтвержденные астрономическими наблюдениями), а с точки зрения реальной астрономической практики. Вопрос в "детской" (т.е. в самой глубокой) постановке можно сформулировать так: как устроена и как развивается Вселенная "на самом деле".

Ответить на этот основной вопрос можно в два этапа. Приступая к первому этапу, выберем достаточно "представительный" объем Вселенной в том смысле, что по характеру населяющих его объектов он был бы вполне типичным. Прежде всего, этот объем должен быть достаточно большим, так, чтобы в него входило, по крайней мере, несколько самых крупных структурных единиц вещества во Вселенной. Такими единицами, как сейчас выяснилось, являются скопления галактик^[10]. Так как размеры таких скоплений порядка нескольких мегапарсек, то, полагая наш объем кубом с ребром около 50 мегапарсек, мы не допустим сколько-нибудь значительной ошибки. В этом объеме будет находиться несколько десятков скоплений галактик, каждое состоит из нескольких сотен галактик, в свою очередь, состоящих из миллиардов звезд. Всего в нашем объеме будет » 10⁴⁸г вещества, которое сосредоточено преимущественно в » 10¹⁵ звездах. Здесь уместно подчеркнуть, что в современную эпоху (охватывающую большую часть истории Вселенной) львиная доля вещества (если не считать весьма горячей разреженной межгалактической плазмы в скоплениях галактик) сосредоточена в звездах. В этом смысле мы можем утверждать, что звезды есть основные, "главные" объекты Вселенной. Заметим, что на самом раннем этапе истории развития Вселенной это было совсем не так (см. ниже). Поэтому астрономия не может считать себя сколько-нибудь "законченной", "устоявшейся" наукой, если не поняты физические процессы в звездах, в конечном итоге делающие мир так удивительно разнообразным.

Величайшим достижением второй революции в астрономии было объяснение всех типов эволюции звезд, основывающееся и подтверждающееся реальными наблюдениями. Выше мы уже упоминали, что старая эддингтоновская модель звезды давала как бы застывшую картину равновесия моделирующего звезду газового шара под действием противоположно направленных сил - перепада внутреннего давления и гравитации. Понимание эволюции звезд должно включать в себя три основных этапа. Прежде всего их образование из газово-пылевой среды в холодных, сравнительно плотных облаках межзвездной среды в результате гравитационной неустойчивости. На этом этапе в последние годы, главным образом благодаря достижениям радиоастрономии, были получены важнейшие результаты, о чем уже упоминалось в разделе 1. В итоге этих исследований классическая гипотеза об образовании звезд из межзвездной среды (а не из какого-либо другого более или менее фантастического агента) стала надежно установленной, т.е. опирающейся на наблюдения.

Второй, самый длительный этап эволюции имеет место при спокойном "горении" ядерного водородного горючего. В течение этого этапа звезда почти не сдвигается с главной последовательности, занимая на ней место, соответствующее своей массе. Длительность этого этапа тем дольше, чем меньше эта масса. После того как звезда исчерпает существенную часть своего ядерного горючего, темп ее эволюции значительно ускоряется. Прежде всего она начинает разбухать, превращаясь в красного гиганта. Объяснение звезд-гигантов как закономерного этапа эволюции звезд главной последовательности является большим достижением астрономии. Уместно напомнить, что первый высказал эту идею выдающийся эстонский астроном Эпик. В настоящее время эта картина эволюции "поперек" главной последовательности подтверждена гигантским количеством наблюдений цветов и видимых величин звезд в звездных скоплениях, в каждом из которых возраст всех звезд практически одинаков, между тем как возрасты различных скоплений могут отличаться в сотни раз. Этот пример показывает, что так называемая "рутинная" работа многих астрономических обсерваторий в конце концов дала результат большой научной значимости.

Особое значение имеет выяснение природы известных со времен Гершеля планетарных туманностей. Как оказалось, они возникают из отделившихся наружных оболочек красных гигантов, в то время как ядра этих звезд одновременно довольно быстро (по космическим масштабам) превращаются в белые карлики. Эти удивительные, очень плотные (в миллионы раз плотнее воды) маленькие звезды уже давно были известны астрономам. Но только в последние 20 лет было понято, что они "вызревают" внутри "нормальных" звезд в процессе их эволюции. Тем самым была прослежена от рождения до смерти судьба 99% всех звезд.

Но приблизительно 1% звезд со сравнительно большой массой "умирает" не путем превращения в лишенные источников ядерной энергии и поэтому практически переставшие эволюционировать постепенно остывающие белые карлики, а гораздо более драматически. Они взрываются, увеличивая на короткий срок (около недели) свою светимость в миллиарды раз. Это - важнейшее для астрономии явление вспышек сверхновых звезд. После такой вспышки остается, как правило, удивительный объект с радиусом » 10 км и средней плотностью » 10¹⁵г/см³ т.е. порядка ядерной. Такие объекты с совершенно необычными свойствами в радио- и рентгеновской астрономии наблюдаются как пульсары. Еще более поразителен финал достаточно массивных звезд, могущих превращаться в черные дыры, природа которых может быть понята только на основе общей теории относительности. Все эти удивительные объекты - продукты конечных стадий эволюции звезд - могли быть обнаружены только в результате второй революции в астрономии.

Существенно, что значительная (если не большая) часть всех звезд входит в состав кратных (т.е. двойных, тройных и т. д.) систем. Оказывается, что эволюция звезды в кратной системе (особенно тесной) протекает весьма своеобразно, совсем не так, как у одиночных звезд. Решающее значение имеет перетекание вещества от одного компонента к другому. В ходе такой эволюции возникают в высшей степени своеобразные (пекулярные, как говорят астрономы) объекты, например, повторно вспыхивающие очень горячие карликовые звезды (они давно уже называются "новыми"), а также "рентгеновские" звезды, представляющие собой нейтронные звезды в двойных системах. Познание природы этих "звездных сиамских близнецов" - одно из крупных достижений второй революции в астрономии.

Между тем, хотя сравнительно массивные (масса больше, чем » 1,5 солнечной) звезды довольно быстро эволюционируют, общая картина Галактики и происходящих в ней процессов остается практически неизменной в течение ряда миллиардов лет. Это напоминает некоторую сложную экологическую систему (например, лес), которая может находиться в практически неизменном виде, хотя время жизни составляющих ее частей существенно короче. Галактика (для сравнительно массивных звезд и туманностей) находится в состоянии динамического равновесия: звезды рождаются, живут и умирают непрерывно. Но постепенно в галактиках накапливается необратимый элемент, выпадающий из кругооборота: межзвездный газ ® звезды ® межзвездный газ. Речь идет о постепенном накоплении таких "мертвых" объектов, как белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры. Кроме того, следует иметь в виду, что перманентно образующиеся в галактиках звезды малой массы (красные карлики с массой меньше солнечной) эволюционируют очень медленно, за время, большее, чем время существования Вселенной. Это также приводит к постепенному накоплению карликов. Однако заметные изменения в структуре и свойствах галактик, обусловленные этой причиной, могут произойти только через несколько миллиардов лет.

Столь же хорошо и надежно исследовалась общая динамика галактик, понимаемая как исследование поведения системы из огромного числа материальных точек, взаимодействующих по закону Ньютона. В частности, после многих усилий удалось понять спиральную структуру галактик на основе представлений о волнах плотности звезд.

Резюмируя, следует сказать, что в итоге второй революции природа окружающего нас мира звезд стала, в основном, ясной. Каждый тип звезд получил свою "экологическую нишу", а в тех случаях, когда между разными типами звезд существует генетическая связь, оказался возможным и количественный расчет соответствующих популяций. Например, число планетарных туманностей в Галактике задастся скоростью звездообразования и временем, в течение которого эти туманности рассеиваются в межзвездной среде. Близки к полному пониманию процессы, приводящие к важному явлению взрыва звезд и его многочисленным последствиям: синтез тяжелых ядер, образование космических лучей и даже влияние таких взрывов на звездообразование.

Стала, в основном, ясной и природа метагалактических объектов. Прежде всего, огромных трудов потребовала разработка методов определения расстояний до галактик. В настоящее время эти расстояния известны довольно надежно, хотя и не с той точностью, которую хотелось бы иметь (эта точность сейчас порядка нескольких десятков процентов). Открытые в 1963 г. квазары оказались удаленными ядрами галактик с очень высоким уровнем активности. А между тем еще совсем недавно были в ходу гипотезы о сравнительной близости этих объектов. Окончательное выяснение космологической природы квазаров потребовало от астрономии напряженных усилий. В результате границы наблюдаемой Вселенной были существенно раздвинуты. Самые удаленные из наблюдаемых квазаров находится от нас на расстояниях, исчисляемых многими миллиардами световых лет. В выделенный куб метагалактического пространства ни один сколько-нибудь яркий квазар не попадает, зато имеется достаточно много галактик с весьма активными ядрами - а это такое же явление, как квазар, только меньшего масштаба.

Грандиозное по своей энергетике явление активности галактических ядер оказалось совершенно новым для астрономии. Это явление по праву можно считать детищем второй революции. Как это часто бывало раньше, не было недостатка в попытках объяснения этого факта действием неких неизвестных на Земле причин мистического характера. Сейчас, однако, становится все более и более ясным, что никаких других причин, кроме закона всемирного тяготения, здесь нет. Этот закон вызывает в конечном итоге образование в самых центральных областях некоторых галактик исключительно плотных скоплений звезд. Звездная плотность оказывается настолько большой (в миллиарды раз больше, чем в окрестностях Солнца), что становятся возможными и даже необходимыми столкновения между звездами, ведущие к их разрушению. Дальнейшее сжатие такого агрегата вещества, состоящего из звезд и плазмы, может привести к образованию сверхмассивной черной дыры, которая, "натягивая" на себя окружающий газ, дает начало бурным процессам взрывного характера. При этом, в частности, из активных ядер выбрасываются облака газа, "начиненные" космическими лучами, дающие начало явлению радиогалактик. Последние были открыты еще в 1946 г., когда радиоастрономия делала свои первые шаги. Конечно, очень многое в феномене активности галактических ядер остается пока неясным, но главное понятно уже сейчас: этот процесс является закономерным следствием действующего во Вселенной закона всемирного тяготения.

Выше мы уже упоминали о весьма горячем межгалактическом газе в скоплениях галактик. Чрезвычайно важно, что, как установлено рентгено- астрономическими наблюдениями, этот газ имеет такой же химический состав, что и Солнце. Это означает, что он был уже "переработан" когда-то в недрах звезд. Но в этой области еще предстоит поработать астрономам, чтобы внести необходимую ясность в вопрос о происхождении этого газа.

Таким образом, мы сейчас впервые за все время существования астрономии получили полное представление о том, "что творится" в достаточно представительном "куске" Вселенной в современную эпоху. Под термином "современная" мы понимаем состояние этого объема в интервале времени 5 - 7 миллиардов лет от нашего времени. Мы сейчас имеем основание полагать, что средние свойства нашего "куска" Вселенной за это время не претерпят сколько- нибудь значительных изменений, хотя большое количество составляющих его объектов (например, звезд, галактических ядер) будут за это время рождаться и умирать.

Другое дело, если мы переходим к значительно более удаленным "кускам" Вселенной. Здесь уже в полной мере скажется общая ее эволюция, которая, как сейчас с непреложностью доказано, приводит к выводу, что 10 - 20 миллиардов лет тому назад состояние Вселенной было радикально отлично от современного. Для того чтобы прийти к такому выводу, основывающемуся не на умозрительных спекуляциях, а на твердых знаниях, полученных из наблюдений (т.е. эксперимента), потребовалась мобилизация всех средств, которые дала астрономии вторая революция.

В разделе 1 мы говорили, что перед второй мировой войной максимальное зарегистрированное красное смещение галактик соответствовало их скорости удаления 10000 км/с. Сейчас регистрируются квазары, удаленные от нас на такие расстояния, что полученная из красного смещения их спектров скорость удаления превышает 250000 км/с, т.е. свыше 80% скорости света! При этом было обнаружено, что по мере удаления от нас (т.е. в более ранние эпохи развития Вселенной) плотность квазаров, отнесенная к совершенно определенному количеству вещества, быстро растет.

Это означает, например, что если сейчас на 10⁹ "нормальных" галактик приходится один квазар, то в раннюю эпоху один квазар приходится уже только на сотню галактик. Это есть прямое свидетельство эволюции Вселенной как целого. Накопление огромного наблюдательного материала по красным смещениям галактик и квазаров позволило не только подвести весьма серьезную базу под открытый еще полвека назад закон Хаббла, но и попытаться найти очень малые отклонения от этого закона, выявляющиеся на больших расстояниях, если расширение Вселенной начинает "подтормаживаться". Пока еще трудно с достоверностью говорить об открытии такого торможения (что имело бы громадное значение для понимания будущей судьбы Вселенной, ибо оно означало бы предстоящую смену режима расширения на режим сжатия). Но имеются все основания полагать, что в ближайшие 5 - 10 лет в этот важнейший вопрос будет внесена полная ясность.

Однако едва ли не самым выдающимся результатом второй революции в астрономии было открытие в 1965 г. американскими учеными Пензиасом и Вилсоном так называемого "реликтового излучения". Это излучение, как вскоре выяснилось, образовалось в ту удаленную эпоху, когда размеры Вселенной были в тысячу раз меньше современных, а ее возраст исчислялся всего лишь сотнями тысяч лет! Из анализа этого излучения следует, что тогда Вселенная представляла собой простую водородно-гелиевую плазму с температурой около 5000 K, наполненную равновесным (т.е. с планковским спектром) излучением той же температуры. Плотность этой плазмы была вполне умеренной, такой же, как и у хорошо знакомых астрономам планетарных туманностей.

Существенно заметить, что, как показывают простые расчеты, на каждое ядро атома приходилось несколько десятков миллионов световых квантов. Это отношение не изменилось и в нашу эпоху, только световые кванты плазменного облака - Вселенной - превратились в микроволновые кванты реликтового излучения, а большая часть атомных ядер сконцентрировалась в звезды.

Галактики и звезды образовались на значительно более позднем этапе расширения Вселенной, когда ее размеры были в 10 раз меньше нынешних. Первоначально однородный расширяющийся газ из-за некоторых видов неустойчивости разбился на сгустки, а дальше стал уже действовать механизм гравитационной неустойчивости, способствовавший дальнейшей фрагментации вещества. Следует, однако, заметить, что в настоящее время детали этого важного процесса еще далеки от ясности.

Таким образом, прямыми наблюдениями была выявлена грандиозная картина развития Вселенной от простейшего плазменного облака к ее современному состоянию, столь богатому различными структурными деталями и объектами. Здесь уместно заметить, что такую картину эволюционирующей "горячей" Вселенной теоретически предсказал еще в 1948 г. выдающийся ученый Г.А.Гамов.

Возникает естественный вопрос - а можем ли мы, опираясь на реальные наблюдательные факты, исследовать еще более ранние этапы развития Вселенной? Оказывается, можем, хотя и косвенным способом. Например, сейчас уже ясно, что основная часть гелия во Вселенной имеет "первичное" происхождение, в то время как меньшая часть его возникла из водорода гораздо позже в недрах звезд в процессе термоядерного синтеза. И вот оказывается, что первичный синтез гелия (и, по-видимому, дейтерия) имел место на первых минутах существования Вселенной. Но так уж далеко то время, когда быстро развивающаяся нейтринная астрономия позволит экспериментально исследовать состояние Вселенной в ту эпоху, когда ее возраст исчислялся микросекундами.

Мы видим, какой гигантский путь прошла за полвека космология после первой гипотезы Леметра об "отце-атоме", моделирующем первичную Вселенную. Теперь изучение самых ранних этапов развития Вселенной есть область наблюдательной и экспериментальной науки.

Мы можем теперь подвести итог второй революции в астрономии. Главное - Вселенная и составляющие ее объекты непрерывно меняются, что было доказано наблюдениями. Мы наблюдаем эволюцию на самых разных уровнях: радикально изменилась Вселенная как целое, возникают и умирают звезды и туманности, эволюционируют галактики, что приводит к образованию в их ядрах особенностей. Длительные, плавные периоды развития сменяются бурными периодами, даже скачками. Ничего не осталось от старой, механической, застывшей модели, которой оперировали астрономы еще полвека назад. Это и дает нам право считать развитие астрономии за последние 2 - 3 десятилетия революцией

3. Итоги и перспективы

Мы имеем теперь все основания считать, что героический период бурного развития астрономии, который мы называем "второй революцией", подходит к концу. Какие же у нас есть основания делать столь радикальный вывод? Прежде всего, следует напомнить, что практически вся информация о Вселенной получалась (и неопределенно долго еще будет получаться) из наблюдений электромагнитных излучений разных частот от различных космических объектов. Коль скоро в результате второй революции астрономия стала всеволновой, космическим объектам буквально "некуда спрятаться", чтобы ускользнуть от внимания целой армии исследователей неба. Разумеется, речь идет о ситуации, когда такие объекты обладают достаточно большой мощностью излучения в каком-нибудь диапазоне частот, чтобы потоки от них были зарегистрированы нашими приборами. Конечно, могут быть чрезвычайно важные и интересные явления во Вселенной, пока еще (т.е. "до поры до времени") ускользающие от внимания астрономов из-за слабости излучаемых ими потоков энергии. В качестве примера приведем проблему обнаружения планет, обращающихся вокруг ближайших звезд. Как известно, эта важная проблема до сих пор еще не решена, так как очень слабое планетное излучение буквально "тонет" в мощном излучении звезды, вокруг которой планета обращается. Есть, однако, все основания полагать, что эта проблема будет решена на большом орбитальном телескопе, который будет запущен через несколько лет. Можно привести и другие примеры, например, привлекающий к себе в последние годы внимание вопрос о "скрытой" массе Вселенной, о чем речь будет идти ниже. Трудности наблюдений во всех случаях хотя и очень велики, но не носят принципиального характера. Дело, однако, не в том, что еще многое в структуре и развитии Вселенной неясно и должно быть познано, а в том, что ее "генеральный план", взаимосвязь объектов, а главное - история развития - поняты и перешли в категорию абсолютных истин. И мы можем сказать, что во Вселенной, окружающей нас, "от такого фундаментального фактора, который, будучи от нас скрытым, определяет физические условия в космических объектах. Исключение составляет круг вопросов, связанных с "сингулярностью" - особым, пока еще не познанным состоянием Вселенной в первые мгновения ее существования.

Поясним сказанное примером. Тысячелетия люди любовались видом звездного неба и купались в солнечных лучах - источнике всего сущего на Земле. Между тем, природа излучения звезд (и, в частности, Солнца) была для них совершенно непонятна. Кто бы мог подумать, что случайное открытие Беккерелем на пороге ХХ в. странных свойств урановой смолки откроет перед человечеством совершенно новый мир атомного ядра, которое и даст ключ к познанию источников звездной энергии! Практически каждое сколько-нибудь важное явление во Вселенной прямо или косвенно связано с ядерными процессами. А ведь астрономия развивалась и достигла выдающихся успехов, даже не подозревая об этом. Может ли повториться такая ситуация? На этот вопрос мы со всей определенностью отвечаем: "нет". Ни одно из будущих открытий физики и прежде всего - физики элементарных частиц - не изменит сколько-нибудь радикально ту картину строения и развития Вселенной, которая была создана в результате великих открытий второй революции в астрономии. Это утверждение весьма ответственно, и автор хорошо помнит набивший оскомину христоматийный пример забытого ныне профессора Жолли, не рекомендовавшего молодому Планку посвятить свою жизнь такой "бесперспективной" науке, как физика. Во-первых - аналогия отнюдь не является доказательством, а во-вторых - мы отнюдь не считаем дальнейшее углубление наших знаний о Вселенной неинтересным и бесперспективным. Дело обстоит совсем наоборот, как об этом будет идти речь ниже.

Мы утверждаем, что достигнутый в настоящее время физикой уровень познания структуры материи принципиально вполне достаточен для объяснения если не всех, то почти всех явлений во Вселенной (кроме сингулярности). Эти явления происходят либо на уровне взаимодействий атомов, молекул и квантов излучения (туманности, ядра галактик), либо на уровне ядерных взаимодействий (звездные недра, взрывы звезд, процессы в активных ядрах галактик). Во всех этих случаях речь идет о физических процессах, для которых построены теории, прекрасно согласующиеся с многочисленными лабораторными экспериментами. Сюда же относятся и макроскопические магнитно-гидродинамические процессы, физика которых в главных чертах понята и разработана.

Ожидаемая область неведомого в физике находится в субъядерной области; там же начинается царство кварков, глюонов, чармионов и пр. Несомненно, исследования в этой области приведут к качественно новому этапу в познании природы материи. Но они (за исключением опять-таки проблем сингулярности Вселенной и некоторых аспектов проблемы взрыва звезд и активности галактических ядер) не изменят коренным образом лица астрономии.

Дело в том, что эти новые частицы возникают и превращаются при энергиях взаимодействия, превышающих несколько миллиардов электрон- вольт. Однако такие энергии в реальных космических условиях не реализуются. Достаточно сказать, что энергия сталкивающихся атомных ядер в недрах звезд главной последовательности не превышает десятка тысяч электрон-вольт. Даже в процессе катастрофического коллапса звезды, предшествующего ее вспышке как сверхновой, энергии частиц не превышают десятков мегаэлектрон-вольт. Конечно, в космических условиях встречаются объекты, буквально "начиненные" космическими лучами с энергией, много большей, чем миллиарды электрон-вольт на частицу (например, некоторые молодые пульсары или активные галактические ядра). Однако их взаимодействие друг с другом и с окружающей плазмой никак не изменит общей феноменологической картины явления, описываемой такими параметрами системы, как плотность и давление.

Другое дело - круг вопросов, связанных с проблемой сингулярности Вселенной. Там мы действительно сталкиваемся с "terra incognita", и без более глубокого знания структуры материи о серьезном продвижении вперед не может быть речи. Это фундаментальная проблема, которая в итоге второй революции только поставлена. Сюда относится и проблема возможных осцилляций Вселенной (если она замкнута, конечно), когда она, расширившись до максимальных размеров, станет сжиматься, пока опять не наступит сингулярность^[11]. Если же отвлечься от этих фундаментальных проблем, то сейчас, в итоге второй революции в астрономии, можно утверждать, что не может быть больше такой ситуации, чтобы в результате каких-либо открытий в физике мир оказался совсем не таким, каким мы его сейчас себе представляем. Это важнейший итог минувших десятилетий развития астрономии.

Значит ли это, что наступило время, когда выражаясь языком поэта, "как будто не все пересчитаны звезды, как будто наш мир не открыт до конца?" Просто это означает, что самая древняя из наук прошла через свою непомерно затянувшуюся юность и вступила в зрелый период. Хорошо известно, что в начале пути познания затрата сравнительно небольших усилий даст весьма весомые результаты. Потом познавать истину бывает много труднее. Это неизбежный путь развития любой науки. Вряд ли, например, в физике твердого тела (науке весьма почтенной и чрезвычайно важной) было сделано большее открытие, чем установление статистики Ферми - Дирака для электронов в металле. А ведь это случилось из заре становления этой науки, которая развивается очень быстро. Суть дела хорошо понимал автор эпитафии на могиле Ньютона, где сказано, что Ньютон был не только самым великим, но и самым счастливым ученым, ибо законы Вселенной можно открыть только один раз.

Итак, мы имеем все основания полагать, что эпоха "бури и натиска" в астрономии, связанная со второй революцией, подходит к концу. В итого этой революции наша наука поднялась на качественно новую ступень, о чем довольно подробно речь шла выше. Открывшиеся перед астрономией перспективы воистину безграничны. Прежде всего, предстоит огромная работа по детализации и уточнению той картины мира, которая вырисовывалась в итоге второй революции. Этот процесс безграничен, и здесь будущих исследователей, несомненно, должны ожидать сюрпризы и неожиданности. Как пример безграничных возможностей детализации науки автор мог бы привести всесторонние исследования интереснейшей планеты Уран. Будущая "уранология" может быть гораздо богаче всего комплекса наук о Земле. Ведь у Урана 5 больших спутников, пылевое кольцо, необычное осевое вращение и много других удивительных свойств, всестороннее исследование которых - увлекательнейшее и важное дело. С точки зрения астрофизики любой нестационарный красный карлик гораздо "интереснее" Солнца, а ведь физика Солнца - весьма солидная и быстро развивающаяся область астрономии. Надо ли говорить, какая гигантская, полная всяких неожиданностей работа ожидает астрономов при исследовании метагалактических объектов!

Неверно было бы представлять, что астрономам остается только не совсем "престижная" работа по "чистке", "рафинированию" уже существующих представлений о Вселенной. Ожидает своего решения и ряд фундаментальных проблем. Назовем только несколько из них.

1. Проблема планет около звезд. Предстоит выяснить распространенность этого феномена в Галактике, что имеет огромное значение для проблемы распространенности жизни во Вселенной. Пока этот вопрос совершенно не ясен.

2. Есть ли в Галактике другие цивилизация? Этот вопрос, конечно, не связан с общей проблемой структуры и развития Вселенной и носит, так сказать, "антропоцентрический" характер, но он чрезвычайно важен для человечества.

3. Проблема "скрытой" массы Вселенной. По некоторым признакам (далеко не бесспорным) масса скоплений галактик может быть раз в десять больше обычно принимаемой. Между тем, ни в одном из диапазонов современной всеволновой астрономии ее пока обнаружить не удалось. Если бы скрытая масса была доказанной реальностью, это имело бы далеко идущие последствия. Например, средняя плотность Вселенной стала бы достаточно велика, чтобы мир был замкнут. В принципе скрытая масса может существовать, например, в виде огромного количества карликовых звезд очень низкой светимости.

4. Пока еще отсутствует полное понимание тех грандиозных физических процессов, которые происходят в активных галактических ядрах, хотя в общих чертах картина значительно прояснилась.

5. И, наконец, совершенно открыта фундаментальная проблема сингулярности Вселенной. Сюда, в частности, относятся такие "проклятые" вопросы, как например, какова причина взрыва, приведшего к расширению (разлету) Вселенной, осциллирует ли Вселенная с циклом приблизительно сотен миллиардов лет, а что было "еще раньше?" Не исключено, однако, что последний вопрос лишен смысла. С аналогичной ситуацией физика столкнулась при изучении микромира, где, например, лишена какого-нибудь смысла картина движения электрона в атоме по какой-либо траектории. Мы, однако, полагаем, что серьезное продвижение в направлении познания природы сингулярности - дело сравнительно отдаленного будущего. Кто знает - может быть, это будет главным содержанием грядущей третьей революции в астрономии?

Ближайшие десятилетия ознаменуются реализацией грандиозных проектов, намеченных к концу второй революции в астрономии. Речь пойдет прежде всего о выносе в космос больших полностью автоматизированных оптических, радио- и рентгеновских телескопов, которые обеспечат неслыханную раньше детализацию исследований удаленных космических объектов. Особенно величественные перспективы открываются перед космическими радиотелескопами, работающими как интерферометры, проекты которых разработаны Н.С.Кардашевым. Откроются поразительные возможности измерения тригонометрического параллакса метагалактических объектов, что даст возможность построения самой точной системы галактических и даже (фантастика пока!) межгалактических расстояний. Будут измерены угловые расстояния » 10^-8 секунды дуги, т.е. в десять тысяч раз меньше, чем сейчас. Открывается перспектива развития космической голографии, т.е. построения трехмерных изображений некоторых прозрачных космических объектов (скажем, Крабовидной туманности). Огромные возможности открываются также и перед большими оптическими телескопами, вынесенными в космос. Реализация этих проектов предъявляет очень серьезные требования к электронике, автоматике и вычислительной технике.

Существенного развития в ближайшие десятилетии следует ожидать от "нефотонных" астрономий, прежде всего - нейтринной и гравитационно-волновой. Здесь могут открыться совершенно неожиданные возможности. Не исключено, что "нефотонные" астрономии существенно дополнят более "классические" методы, в особенности при изучении таких резко нестационарных процессов, как взрывы звезд, звездные столкновения и пр.

Нужно, однако, помнить, что все эти богатые перспективы и пути их реализации были намечены в итоге второй революции, точно так же, как пути развития телескопической астрономии были намечены трубой Галилея к концу первой революции. Бурные скачкообразные этапы развития науки еще долго после своего окончания определяют направления ее прогресса. И астрономия, конечно, не представляет собой исключения.

("Вопросы философии", 1979, N9.)
В начало страницы

Примечания

1. Первая статья И. С. Шкловского, посвященная проблеме внеземных цивилизаций ("Природа", N 7, 1960), послужившая основой первого издания книги "Вселенная, жизнь, разум".

2. Если в качестве передатчика используется зеркало диаметра d₁, то мощность, которую следует излучать в соответствующем направлении (например, в направлении нашей Солнечной системы), при условии, чтобы на приемной дистанции с диаметром зеркала d₂ сигнал превысил космический фон, должна быть

Вт/Гц

Отсюда следует, что при d₁=d₂=80м и при R=10 световых лет W=100 Вт/Гц, что технически осуществимо уже сейчас. Заметим, однако, что размеры передающих антенн и мощность передатчиков у высокоорганизованных цивилизаций могут быть, конечно, значительно больше принятых нами.

3. В самом деле, поток теплового радиоизлучения от Солнца на расстоянии R, выраженном в метрах, равен 10^-15f²/R² Вт/м²× Гц (где f - частота), а от W×G/R², где W - мощность передатчика, а G - коэффициент направленного действия передающей антенны, определяемый ее диаметром G=4 $\pi$ d²/ $\lambda$ ².

Таким образом, при d » 100 м для волн дециметрового диапазона G » 10⁵. Отсюда следует, что f=10³ МГц поток радиоизлучения от передатчика будет больше порога теплового излучения от звезды W>10^-2Вт/Гц.

4. Недавние наблюдения на специализированном спутнике IRAS, оснащенном инфракрасными телескопами, привели к обнаружению вокруг Веги и некоторых других близких звезд пылевых дисков или колец, возможно, являющихся ранней фазой образования планетных систем. Таким образом, эта важнейшая проблема сдвинулась с мертвой точки.

5. Элементы, атомы которых тяжелее гелия.

6. Проведенные недавно немецким геохимиком Шидловским исследования изотопного отношения ¹²C/¹³C для древних пород доказали, что жизнь на земле возникла по крайней мере 3,8 млрд. лет назад, т.е. не позже, чем спустя 0,8 млрд. лет после ее образования.

7. Обнаруженный недавно американским спутником "Вояджер" вулканизм на Ио не был такой уж неожиданностью для астрономов. Задолго до этого идея о вулканизме на спутниках Юпитера была выдвинута С.К.Всехсвятским, а И.Д.Купо обнаружила в спектре его линии ионизованной серы.

8. В 1978 г. на космическом аппарате "Вояджер" были открыты кольца и вокруг Юпитера. По-видимому, эти кольца были открыты задолго до этого методами оптической наземной астрономии С.К.Всехсвятским.

9. Этот спутник, получивший название "Обсерватории Эйнштейна", был успешно запущен в 1979 г., к столетнему юбилею великого ученого. На нем были получены научные результаты огромной важности.

10. Некоторые исследователи полагают, что имеются структурные единицы более высокого порядка. Здесь это для нас несущественно.

11. Сюда же могут быть отнесены некоторые проблемы внутреннего строения нейтронных звезд.

В начало страницы

Оглавление

Новеллы и статьи