БУДУЩЕЕ ЗВЕЗД

Чтобы изучить все стадии роста деревьев в лесу, нет надобности наблюдать за ними долгие годы. Достаточно отправиться в поход по лесу: там наверняка будут представлены деревья и разных пород и всевозможных возрастов - от молодой поросли до замшелых вековых гигантов.

Астрономам не под силу проследить за развитием какой-либо одной звезды: для этого требуются по крайней мере миллионы лет. Но, «коллекционируя» звезды, сопоставляя между собой их индивидуальные особенности - так же, как и для деревьев в лесу, можно попытаться понять все этапы их жизненного пути, от рождения до старости.

При воссоздании картины жизни звезд астроном рассматривает многочисленные возможные модели - теоретически определяет характерные особенности поведения звезд при различных допустимых предположениях об их внутреннем строении, массе, возрасте, окружающей среде. Однако теоретическая картина жизни звезд, какой бы заманчивой она ни была, не будет представлять ценности, если в ней, хотя бы в скрытой форме, нарушатся установленные законы природы. В своих исследованиях астроном обязан постоянно опираться на всю совокупность наблюдаемых фактов и известных физических законов. Только в этом случае модель, наиболее полно объясняющая наблюдаемые явления, приобретает права научной гипотезы. После подтверждения дальнейшими теоретическими исследованиями и новыми наблюдениями детально разработанная гипотеза становится научной теорией.

Но даже и научную теорию не следует считать словом науки окончательным и совершенно исчерпывающим. Мы знаем много случаев, когда для объяснения одного и того же явления в науке одновременно разрабатывалось несколько различных взаимоисключающих теорий. Одним из таких случаев как раз и является проблема происхождения и развития звезд.

Хотя астрономы накопили богатый фактический материал о химическом составе и физических характеристиках звезд, проблема жизни звезд, их эволюции остается одной из самых спорных в современной астрономии.

Вот одна из обсуждающихся теорий.

По мере сгорания водорода температура и давление в недрах звезды увеличиваются. В звезде начинают выделяться очень плотное гелиевое ядро и разреженная оболочка. Остатки водорода выгорают на границе оболочки и ядра. При этом оболочка непрерывно раздувается и температура на поверхности звезды снижается. Тем не менее земному наблюдателю со стороны видно, что со всей огромной поверхности своей оболочки такая звезда в общей сложности излучает еще больше света, чем прежде. Эта звезда - красный гигант.

Неэкономно расходуя энергию, красный гигант в короткий срок растрачивает остатки водорода. Подогрев оболочки прекращается, и она в конце концов рассеивается в пространстве. Небольшое ядро наблюдается теперь как очень плотная и горячая звезда - белый карлик.

Независимо от того, справедлива или не справедлива описанная теория, можно считать установленным фактом, что жизнь звезды - это поединок двух противоборствующих сил. Давление горячих газов постоянно стремится увеличить размеры звезды. Напротив, гравитационные силы взаимного притяжения всех составляющих звезду частиц вещества стремятся как можно больше сжать ее.

Звезда остается в обычном «уравновешенном» состоянии, пока стремление горячих газов к расширению и гравитационное сжатие взаимно компенсируются. В результате выгорания водородного «топлива» действие гравитационных сил оказывается резко преобладающим. Тогда наступает стремительное сжатие звезды.

Теория рассматривает три варианта «агонии» старых звезд. Звезды с массой меньше 1,2 массы Солнца, в конечном счете, как описано, сжимаются до состояния белых карликов. Все атомы в недрах белых карликов разрушены на составляющие их элементарные частицы. Вещество белых карликов состоит из стиснутых атомных ядер и электронов.

Если исходная масса звезды превосходила массу Солнца более чем в 1,2 раза, то звезда сжимается гораздо сильнее: до состояния тусклой и сверхплотной нейтронной звезды. Недра подобной звезды должны состоять из нейтронов, образующихся при сверхбольших плотностях за счет слияния протонов с электронами. Нейтронная звезда - это как бы одно цельное фантастических размеров атомное ядро. Плотность нейтронных звезд должна лежать в пределах от 1012 до 1015 г/сж3.

Наконец, особый случай представляет собой гравитационное сжатие звезд с массой больше двух масс Солнца. В соответствии с выводами теории относительности, вокруг них в результате гравитационного сжатия возникает настолько сильное искривление пространства, что электромагнитное излучение вообще не в силах вырваться за пределы этого объекта. Звезды, претерпевшие такое сжатие, становятся невидимыми.

Некоторые физики склонны называть возникающее при этом явление «черной дырой» в пространстве. Благодаря своему чудовищному гравитационному полю «черная дыра» не только ничего не излучает, но даже захватывает и поглощает всякое проходящее мимо излучение.

Физические проблемы, связанные с последующей судьбой таких звезд, являются одними из наиболее важных в современной астрофизике.

Длительный практический опыт людей убеждает в том, что любая форма энергии обязательно переходит в конечном счете в тепло. А теплота имеет примечательную особенность безвозвратно рассеиваться в окружающем пространстве. В результате обобщения такого опыта появился в науке принцип, носящий название второго закона термодинамики. Наиболее простая формулировка его такова: в замкнутой, изолированной системе теплота не может сама собой переходить от более холодного тела к более горячему.

Автор второго закона термодинамики немецкий физик Клаузиус вывел из него очень пессимистические следствия. Клаузиус считал, что Вселенную в соответствии с этим законом ждет неминуемая «тепловая смерть». Будущая картина Вселенной рисовалась ему в виде несметного скопища «трупов» остывших звезд.

Однако ученые-материалисты вскоре нашли ошибку Клаузиуса и отвергли идею «тепловой смерти» Вселенной. Действительно, может наступить и наступает «тепловая смерть» отдельных звезд и даже звездных систем. Но второй закон термодинамики совсем неприменим ко всей Вселенной в целом.

Рассмотрим пример. Температура в грозовом разряде достигает гигантских значений, хотя температура окружающей атмосферы и грозовых туч вряд ли превышает +25° С. Что это? Концентрация энергии и нарушение второго закона термодинамики? Нет. Просто-напросто закон относится лишь к изолированным системам. А тучи запасли энергию из внешних источников, они запасли энергию ветра и солнечных лучей. При столкновении туч запасенная ими энергия перешла в тепловую.

Приведенный пример помогает понять несостоятельность концепции «тепловой смерти» безграничной Вселенной. По отношению к любой ограниченной части Вселенной - будь то даже целая галактика или система галактик - всегда существуют другие, внешние области. И благодаря существованию внешних источников во Вселенной может происходить очень многообразное перераспределение энергии. Тепловая же гибель Вселенной не наступит никогда.

Так мы представляем себе в общих чертах будущее «обыкновенных» звезд и нашего Солнца.

В связи с изучением будущего звезд неизбежно встает вопрос и об их прошлом. Когда и каким образом появились во Вселенной звезды и галактики?