Следы невидимого [1970 Зигель Ф.Ю.

Тяготение - одно из самых удивительных свойств окружающих нас тел. К сожалению, человек привыкает ко всему, с чем он повседневно встречается. А привыкнув, он уже не видит ничего необыкновенного в окружающем мире, утрачивает способность удивляться - качество, очень нужное человеку вообще и ученому в особенности.

^* (В. Шефнер, Миг. Сб. "Путешествие в страну Поэзия", Лениздат, 1968.)

Общеизвестно, что все тела притягивают друг друга. Но почему они тяготеют одно к другому, какой "механизм" этого всеобщего взаимодействия, пока неясно.

Отметим важную деталь: в формуле закона всемирного тяготения

участвуют массы взаимно притягивающихся тел (m₁ и m₂), расстояние между ними (r), коэффициент пропорциональности f, называемый гравитационной постоянной, наконец сила F. Но в этом знаменитом законе нет ни слова о температуре тел и характере их излучения. Видит ли наш глаз эти тела или их нельзя увидеть ни в один телескоп, так как их излучение не воспринимается человеческим глазом, - безразлично. Закон тяготения во всех этих случаях будет действовать совершенно одинаково.

Рис. 2. Только такой исполинский стальной трос мог бы заменить тяготение Земли, удерживающее Луну на ее орбите

Отсюда ясен вывод: если в космосе где-либо движутся невидимые тела, то их существование можно обнаружить по тому действию, которое они оказывают на тела видимые, наблюдаемые. Тяготение непременно выдаст невидимку.

Конечно, речь идет о принципиальной стороне дела. Практически же отклонения в движении видимых тел под действием тел невидимых могут оказаться неощутимо малыми для современных инструментов. Тогда придется ждать лучших времен, новой, более чувствительной техники.

В этом разделе мы расскажем о нескольких примерах поисков невидимых космических тел с помощью закона всемирного тяготения.

На очереди - трансплутон!

История открытия планеты Нептун - одна из самых популярных в астрономии. О подвиге Адамса и Леверье, сумевших "на кончике пера", то есть с помощью одних вычислений, открыть новую планету, рассказано во множестве книг и статей. Можно не сомневаться, что она известна (хотя бы в общих чертах) и читателю этой книги.

Неправильности, невязки в движении планеты Уран натолкнули астрономов на мысль, что повинна в этих невязках более далекая, неизвестная и никем дотоле не видимая планета. Задача состояла в том, чтобы по величине этих невязок, используя закон всемирного тяготения, вычислить, где на небе должна находиться неизвестная планета.

Вы помните - задачу решали двое, причем независимо друг от друга: французский астроном Леверье и английский студент Адаме, еще только специализировавшийся в области астрономии. Адаме решил задачу быстрее Леверье. Но ему не повезло: маститые английские астрономы не хотели верить молодому студенту (ох уж эта отвратительная черта - предвзятость!). И английский королевский астроном Эри поленился отыскать Нептун по указаниям Адамса. Поискам он предпочел длительную и бесполезную дискуссию с помощью тогдашней почты.

Немецкий астроном Галле был более оперативным. Получив телеграмму Леверье, он сразу же направил телескоп в указанный район неба, и новая планета в ту же памятную ночь, 23 сентября 1846 года, была открыта.

Все это хорошо известно. Но далеко не все знают некоторые отнюдь не маловажные детали.

В конце XVIII века астрономами Тициусом и Боде была открыта простая закономерность, связывающая средние расстояния планет от Солнца. Это правило Тициуса - Боде можно получить так. Напишем последовательность чисел: 0, 3, 6, 12, 24, 48...

Легко заметить, что начиная со второго числа (3) каждое последующее число вдвое больше предыдущего. Прибавим теперь к каждому написанному числу по 4 и результат поделим на десять. Тогда получится такая последовательность: 0,4, 0,7, 1,0, 1,6, 2,8, 5,2, 10,0, 19,6, 38,8, 77,2...

Как это ни странно, мы получили средние расстояния планет от Солнца, если расстояние Земли от Солнца принять за единицу. Так, например, число 0,4 соответствует Меркурию, число 0,7 - Венере, и т. д.

Мы до сих пор не знаем, как объяснить эту любопытную закономерность, - приходится принимать ее как факт. Так поступил и Леверье, когда для расстояний от Солнца неизвестной планеты взял число 38,8. Лучшего он сделать не мог, но вся беда в том, что для далеких планет (особенно Нептуна и Плутона) правило Тициуса - Боде дает величины, как мы теперь знаем, далекие от действительности.

Ни Леверье, ни Адаме этого не знали, и в их вычисления вкрались существенные ошибки. Если бы остальные величины, характеризующие орбиту Нептуна, они выбрали более или менее точно, то их предсказания вряд ли можно было назвать точными - действительное положение Нептуна отличалось бы от вычисленного на десятки градусов!

На самом деле Леверье и Адаме ошиблись еще раз: вытянутость орбиты Нептуна они приняли слишком большой и к тому же неудачно поместили в пространстве перигелий - ближайшую к Солнцу точку орбиты. И тогда произошло то, что иногда бывает: разные ошибки случайно скомпенсировали, взаимно "уравновесили" одна другую, и результат вычислений оказался весьма точным.

Выходит, что Леверье и Адамсу просто повезло и их слава порождена случайностью? Не будем умалять заслуги этих великих ученых - они бесспорны. Они сделали все, что было в их силах, и рано или поздно по их предсказаниям Нептун был бы найден. Случайность помогла, но не она определяла конечный успех. Если мы обращаем сейчас внимание читателя на эти детали, то лишь для того, чтобы показать трудность задачи, решенной Адамсом и Леверье. Их подвиг велик и не нуждается в упрощенной трактовке. Знаете ли вы, однако, что описанная история повторяется ныне в третий раз?

Притяжение Нептуна объяснило не все невязки в движении Урана. Оставшиеся уклонения снова были объяснены воздействием неизвестной занептунной планеты. И снова, повторяя подвиг Леверье и Адамса, "вычислительными" поисками невидимой планеты занялся астроном, на этот раз - знаменитый исследователь Марса Персиваль Ловелл. История этих поисков, как известно, завершилась триумфом - 13 марта 1930 года молодой американский астроном Клайд Томбо открыл планету Плутон^*.

^* (Подробнее об этом см. книгу Т. Саймон "Поиски планеты Икс", изд. "Мир", 1966.)

Снова невидимая планета сначала была открыта пером вычислителя, а потом уже ее увидели на небе. И снова хочется подчеркнуть, что и на этот раз случайность содействовала успеху. Даже более того - вычисления Ловелла не имели прямого отношения к открытию Томбо.

Мы знаем теперь, что для Плутона правило Тициуса - Боде совсем не годится - оно дает расстояние в 77,2 а. е.^*, тогда как на самом деле Плутон отстоит от Солнца в среднем на 39,5 а. е. Известно теперь и другое: масса Плутона так мала, что его влияние на движения Нептуна и Урана буквально неощутимо. Оно "тонет" в ошибках наблюдений.

^* (А. е. - астрономическая единица расстояний, равная среднему расстоянию от Земли до Солнца (149,6 миллиона километров).)

Ловелл, а за ним и другой известный американский астроном Пиккеринг этого не знали. Им казалось, что они ухватили жар-птицу за хвост. В неправильностях движения Урана и Нептуна они усматривали влияние Плутона. И оба вычислили орбиту "планеты Икс", и оба указали ее местоположение - созвездие Близнецов. И надо же такому случиться, что Томбо открыл Плутон именно в этом созвездии (откуда, кстати сказать, Плутон не ушел до сих пор)!

Рис. 3. На фотографии стрелками отмечен Плутон, находившийся в момент открытия вблизи одной из ярких звезд созвездия Близнецов

Нет, это не "ложка дегтя в бочке меда". Как и во всем, исследователям надо стремиться к истине. А в данном случае она заключается в том, что Ловелл и Пиккеринг блестяще применили метод поиска невидимых планет (не их вина, что исходные данные позже оказались ошибочными).

Теперь, после этой краткой исторической справки, читателю станут понятными неимоверные трудности, связанные с поисками Трансплутона - невидимой, но, может быть, существующей заплутонной планеты. Уверенности в последнем, конечно, нет. Но есть некоторые факты, заставляющие считать гипотезу о Трансплутоне правдоподобной.

Среди множества комет, обращающихся вокруг Солнца, можно выделить несколько групп или семейств. Кометы, объединяющиеся в какое-нибудь семейство, имеют сходные орбиты. Так, например, афелии орбит (то есть самые далекие от Солнца их точки) комет "семейства Юпитера" группируются вблизи орбиты этой величайшей из планет. У Сатурна есть свое кометное семейство, с теми же отличительными признаками. По-видимому, образование кометных семейств вызвано гравитационным воздействием Юпитера и Сатурна - их притяжение так изменяет кометные орбиты, что они в конце концов приобретают орбиты, связанные с движением этих планет.

Как бы там ни было, но есть кометные семейства и у Урана, и у Нептуна, и даже у Плутона. Не считаться с этим фактом нельзя. Но тогда обращает на себя внимание группа из восьми комет, афелии которых расположены от Солнца почти на одинаковом расстоянии - около 70 а. е. И возникает естественный вопрос: не порождено ли это семейство комет тяготением невидимого Трансплутона?

С другой стороны, в движении Урана и Нептуна продолжают наблюдаться необъяснимые невязки. Можно, конечно, предположить, что они вызваны Плутоном. Но тогда этой планете придется приписать нереально большую массу и, соответственно, огромную среднюю плотность - около 50 г/см³, что в шесть раз больше плотности железа!

Немецкий астроном Критцингер поступил иначе. Часть невязок он приписал тяготению невидимого Трансплутона. И, по примеру своих знаменитых предшественников, в 1959 году опубликовал следующие данные об орбите Трансплутона:

Обратите внимание - расстояние от Солнца взято как раз таким, какое оно получается но правилу Тициуса - Боде для Плутона. Что это, ошибка? Нет. Просто Критцингер, как и некоторые другие зарубежные ученые, считает Плутон, так сказать, "не настоящей планетой", а бывшим спутником Нептуна. Отсюда и странности Плутона - его необычно вытянутая орбита, большая полуось которой никак не ложится в правило Тициуса - Боде.

Еще одна примечательная деталь: плоскость орбиты невидимого Трансплутона образует с плоскостью земной орбиты угол 38°. Выходит, что искать Трансплутон следует не только в полосе зодиакальных созвездий, но и в других, удаленных от эклиптики районах неба. Необычный характер орбит Плутона и Трансплутона привел кое-кого из астрономов к мысли, что, быть может, за орбитой Нептуна начинается второй пояс астероидов. Идея любопытная, но пока совсем, конечно, не обоснованная - надо сначала отыскать Трансплутон.

Поиски заплутонной планеты начались сразу же после открытия Плутона. И возглавил их все тот же неутомимый Клайд Томбо.

С 1930 по 1943 год Томбо и его коллеги систематически каждую ночь фотографировали звездное небо, а затем в лаборатории тщательно изучали полученные негативы. Если на этих снимках окажется зафиксированной неизвестная планета, она непременно выявит себя перемещением на фоне неподвижных звезд. Конечно, угловое смещение Трансплутона ничтожно, и за время двух-трехчасовой экспозиции его изображение не растянется в черточку (как это случается с близким к Земле астероидом). Но на двух негативах одного и того же участка неба, снятых с интервалом в несколько суток или недель, смещение искомой планеты должно стать заметным.

Так выглядит задача теоретически. На практике же все несравненно сложнее, и нередко исследователя подстерегают неприятные сюрпризы.

Общая площадь неба составляет 41253 квадратных градуса. При поисках новых планет Томбо исследовал три четверти неба, то есть область с площадью в 30000 квадратных градусов. В общей сложности за 7000 часов, проведенных в лаборатории, Томбо исследовал 90 миллионов изображений звезд. В итоге этой титанической работы открыты одна комета, 775 неизвестных астероидов, 1807 переменных звезд и 29548 новых, никем до этого не зарегистрированных галактик.

И ни одной новой планеты или новой, неизвестной луны. Неудача? Нет, успех, большой успех в познании Солнечной системы. Сузились границы неведомого, и Клайд Томбо с полным основанием мог заявить, что никаких неизвестных удаленных планет ярче 16-й звездной величины не существует и любая планета между 16-й и 17-й звездной величиной имела бы достаточно шансов быть открытой.

И все-таки поиски Трансплутона будут продолжены с новыми, более мощными средствами исследования. Есть реальная возможность распространить обзор до звезд 20-й звездной величины, в миллионы раз более слабых, чем те, которые еле различает невооруженный глаз. Можно оценить и ожидаемые результаты. Так, например, тело, освещенное Солнцем и равное по размерам Земле, имело бы вид звездочки 20-й величины с расстояния 290 а. е. Такой же внешний облик приобрел бы Нептун на расстоянии 540 а. е. и Юпитер на расстоянии 950 а. е. Так как ожидаемое расстояние Трансплутона близко к 80 а. е., то даже при диаметре, равном земному, эта невидимая планета непременно станет доступной наблюдению как звездочка 18-й звездной величины. Правильнее сказать, ее можно увидеть, но, конечно, лишь после того, как она будет найдена. А искать ее придется среди мириад похожих на нее звездных изображений.

Что и говорить, работа не из легких. Придется затратить раз в десять больше труда, чем вложил в поиски Трансплутона Клайд Томбо. Может быть, будут предложены какие-то новые, менее трудоемкие методы поисков. Так или иначе, но, если существует заплутонная невидимая планета, она должна стать видимой!

Как взвесили несуществующую планету

Если верить правилу Тициуса - Боде, между Марсом и Юпитером вокруг Солнца должна обращаться планета, радиус орбиты которой равен 2,8 а. е. На самом деле такой планеты нет. Точнее, в этом районе Солнечной системы движется вокруг Солнца не одна крупная планета, а тысячи малых планет - астероидов. И что примечательно - средний радиус орбит всех известных астероидов равен как раз 2,8 а. е.

Конечно, это совпадение - не единственный аргумент в пользу того, что когда-то существовала планета Фаэтон, распавшаяся по неизвестным причинам на множество осколков. Часть из них, достаточно мелких, имеющих вытянутые эллиптические орбиты, сталкивается с Землей. В таких случаях попавшую к нам карликовую планету мы называем метеоритом. Изучая метеориты в лабораториях, ученые находят в их строении, составе и физических свойствах указания на то, что эти тела, по-видимому, когда-то входили в состав крупной землеподобной, планеты. В метеоритах найдены сложные органические соединения и микроскопические включения, очень похожие на простейшие ископаемые водоросли. Многие ученые полагают, что все это - следы жизни, когда-то существовавшей на погибшей планете Фаэтон.

Но если на Фаэтоне возникла жизнь и дошла в своем развитии до сравнительно совершенных, землеподобных форм, то, значит, Фаэтон обладал атмосферой, водой и обстановка на нем напоминала земную. Если же астероиды и метеориты никогда не были объединены в крупную планету, а есть серьезные доводы и в пользу этого предположения, то на этих небольших небесных телах никогда не могла возникнуть жизнь. Вот почему, когда окончательно докажут, что метеориты несут в себе следы жизни, это будет означать, что Фаэтон реально существовал.

Пусть пока это не бесспорный факт, а лишь весьма вероятная гипотеза. Можно ли узнать, каковы были размеры и масса не только не видимой, но и ныне не существующей, гипотетической планеты Фаэтон?

Задача допускает разный подход, разные решения. Сегодня в каталогах астероидов числится 1685 объектов. Предполагая, что известные нам малые планеты отражают солнечные лучи, скажем, так же, как Марс, можно по видимому блеску астероидов подсчитать их диаметр, а значит, и объем. Если затем мы сложим все эти объемы, то придем к выводу, что общий объем всех известных астероидов равен объему шара поперечником 1340 км, что почти в девять раз меньше диаметра Земли. Можно ли отсюда сделать вывод, что Фаэтон имел именно такие размеры? Нет, конечно. Ведь в приведенных подсчетах учтены только открытые малые планеты. Значит, полученный результат - лишь первое приближение к истине.

Рис. 4. Таковы размеры некоторых из астероидов

Оценка станет точнее, если мы учтем невидимые, неоткрытые астероиды поперечником не меньше 1 км. Сделать это можно, зная по известным астероидам, как возрастает их количество с уменьшением размеров. Тогда, продолжив, или, как говорят, проэкстраполировав, эти зависимости вплоть до самых маленьких из открытых астероидов (их поперечники близки к 1 км), мы получим общее, суммарное количество всех как видимых, так и невидимых астероидов с диаметром не менее 1 км.

Допустим, что средняя плотность малых планет равна средней плотности Земли. Тогда получается, что общая масса всех астероидов, не меньших по поперечнику 1 км, равна одной тысячной массы земного шара.

Результат этот, конечно, лучше, точнее предыдущего. Но и он не может нас удовлетворить, так как заведомо занижает массу Фаэтона. В самом деле, мы ведь не учли массу мелких и мельчайших астероидов диаметром в сотни метров, метры, сантиметры, микроны... Они малы, эти осколки Фаэтона, но их почти неисчислимо много, и их общая масса, возможно, окажется значительной. Но вот вопрос - как ее найти?

Можно, конечно, поступить, как в предыдущем случае: продолжить зависимость между размерами астероидов и их количеством до частиц с поперечником в сантиметры или даже микроны. Но у нас нет уверенности, что эта зависимость строгая, точная и, используя ее, мы не упускаем большого количества невидимых астероидов. Вот тут и приходят на помощь надежные методы "астрономии невидимого". Общую массу всех малых планет, всего астероидного кольца можно оценить по тому возмущающему действию, которое оказывает это кольцо на движение Марса. Очевидно, что в этом случае будут учтены действительно все астероиды - и большие, и крошечные, и видимые, и невидимые.

Впервые этот метод применил Леверье. Рассмотрев необъясненные отклонения в движении перигелия марсианской орбиты, Леверье подсчитал, что общая масса астероидов не превышает ¹/₄ массы Земли и, скорее всего, близка к 0,1 массы земного шара. Этот результат с несущественными отклонениями был подтвержден позже и другими исследователями, причем у некоторых получалось, что Фаэтон всего в шесть раз был легче Земли.

Если принять, что средняя плотность астероидов равна средней плотности земного шара, а общая масса малых планет составляет 0,1 массы Земли, диаметр Фаэтона получается равным 5900 км. При средней же плотности в 3,7 г/см³ поперечник Фаэтона возрастает до 6880 км, что на 140 км превосходит диаметр Марса.

И опять - отметим это особо - наша оценка оказалась заниженной. Мы "взвесили" современное астероидное кольцо, но ведь раньше оно было, судя по всему, намного массивнее. Нет другого места в Солнечной системе, где процессы дробления, измельчения совершались бы с такой неотвратимой последовательностью, как здесь, между орбитами Марса и Юпитера. Сталкиваясь между собой, астероиды раскалываются на еще меньшие осколки, а те, в свою очередь, дробятся дальше, в конце концов превращаясь в мелкую и мельчайшую космическую пыль. При взаимных соударениях осколки приобретают сильно вытянутые орбиты, которые уводят их из кольца астероидов. За десятки, сотни миллионов лет, протекших с момента гибели Фаэтона, сколько тонн его вещества упало на Солнце, планеты, луны и потому сегодня уже не может быть учтено! Ведь только на Землю ежесуточно выпадает до 100 тысяч тонн твердого раздробленного космического вещества.

Похоже, что Фаэтон действительно был крупной, землеподобной планетой. Если, конечно, он вообще когда-то существовал...

Много ли планетных систем?

Хотя мы отлично знаем, что Земля лишь крошечный уголок мироздания, одна из множества планет бесконечной Вселенной, эта истина все же воспринимается скорее разумом, чем сердцем. Непосредственное чувство, что там ни говори, заставляет нас считать Землю главной частью космоса, если угодно, средоточием мира. Для нас так оно и есть - что может быть ближе, важнее родной планеты? Между тем для воображаемого постороннего "космического" наблюдателя, вооруженного теми же средствами исследования, какими обладаем и мы, даже само существование Земли будет по меньшей мере сомнительным.

Нет, я говорю не о межзвездных дистанциях и, разумеется, не о поисках Земли из другой галактики. Даже при наблюдениях с Юпитера Земля окажется труднонаблюдаемым объектом, так как она почти постоянно будет скрываться вблизи Солнца, в его ослепительных лучах. С Плутона же Земля вряд ли вообще могла быть обнаружена с помощью наших современных средств исследования.

Теперь представьте себя в роли жителя планеты, обращающейся вокруг Альфы Центавра - ближайшей к нам звезды. С такого расстояния ни в один современный телескоп увидеть Землю, конечно, нельзя.

И не только Землю, но и вообще любую из планет Солнечной системы. Оптически, так сказать, наше Солнце будет выглядеть одиночной звездой. Вся наша планетная семья перейдет в разряд невидимых космических тел. И останется лишь один способ убедиться в существовании невидимых спутников Солнца - попробовать уловить неправильности в его движении, вызванные притяжением планет.

Будь Солнце одиночной звездой, оно обращалось бы вокруг центра Галактики по кривой, близкой к эллипсу. Галактическая орбита Солнца невообразимо велика, и полный оборот вокруг ядра Галактики Солнце вместе с планетами завершает за 180 миллионов лет. Понятно, что короткий отрезок пути в этом случае будет почти прямолинейным, если бы, повторяем, Солнце было одиноко. На самом же деле тяготение планет искривляет путь Солнца в пространстве, и эти уклонения от почти прямолинейного движения и есть признак существования невидимых планет.

К сожалению, применяя на практике этот метод, нельзя выяснить, сколько планет обращается вокруг Солнца и какова каждая из них. Уклонения в движении Солнца вызваны объединенным, суммарным действием всех планет, главным образом крупнейших из них.

В итоге наших воображаемых наблюдений с Альфы Центавра мы пришли бы к неожиданному выводу, что вокруг Солнца обращается массивная планета, в тысячу раз более легкая, чем Солнце, и ее период обращения близок к 59 годам!

Разгадка - в "близорукости" применяемого метода. Оказывается, каждые 59 лет Юпитер и Сатурн располагаются на своих орбитах по одну сторону от Солнца. В этот период их возмущающие действия складываются, и они заставляют Солнце в большей степени, чем когда-либо в другие моменты, отклониться от своего почти прямолинейного пути. Вот эти главные, самые заметные уклонения мы и посчитали за воздействие одной планеты, нашли ее характеристики и... ошиблись! Земля по-прежнему осталась неразличимой, но зато установлен важный факт: у Солнца есть один или несколько невидимых спутников с массой, близкой к типичным массам планет.

Теперь рассмотрим задачу с другой стороны: мы - на Земле и хотим выяснить, какие из звезд обладают невидимыми спутниками. Сформулированная таким образом, эта задача была впервые поставлена и успешно решена еще в прошлом веке знаменитым немецким астрономом и математиком Ф. Бесселем.

В 1834 году он заподозрил странные неправильности в движении двух ярких звезд - Сириуса и Проциона. Проведенные позже точные измерения подтвердили первоначальную догадку, и в 1844 году в письме к выдающемуся немецкому естествоиспытателю и путешественнику А. Гумбольдту Бессель высказал твердое убеждение, что "Процион и Сириус составляют каждый настоящую систему двойных звезд, куда входят по одной видимой и одной невидимой звезде".

В 1862 году при испытании нового телескопа действительно рядом с Сириусом был обнаружен его слабосветящийся спутник, а в 1896 году та же история повторилась и с Проционом.

Спутники Сириуса и Проциона - не планеты, а звезды, правда необычные, маленькие, горячие и очень плотные. Это - первые "белые карлики", открытые астрономами, и если теперь мы вспоминаем историю их открытия, то лишь по двум причинам. Во-первых, предсказанное заранее открытие невидимых до этого спутников Сириуса и Проциона считается одним из самых примечательных эпизодов в истории "астрономии невидимого". И, во-вторых, гравитационный метод поисков невидимых спутников звезд одинаково приложим к любым таким спутникам, будь это звезды или планеты.

Регулярные поиски планетных систем начались с 1938 года. К настоящему времени в ближайших окрестностях Солнца найдено несколько звезд, обладающих невидимыми спутниками. Уточним: в огромной сфере с центром в Солнце и радиусом около 33 световых лет насчитывается 53 звезды, и вокруг пяти из них кружатся какие-то невидимые тела, "искривляющие" почти прямолинейный полет этих звезд.

К сожалению, большинство из этих тел нельзя считать планетами - слишком велики их массы. Так, например, в созвездии Большого Пса известна маленькая звездочка 11-й звездной величины, занесенная в Каталог Росса под номером 614. Неправильности в ее движении давно уже обратили на себя внимание астрономов. Ныне установлено, что звезда Росс 614 имеет невидимого спутника, который обращается вокруг нее по вытянутой эллиптической орбите на среднем расстоянии, почти вчетверо большем астрономической единицы. И орбита не похожа на планетную, и масса разочаровывает - она в 80 раз больше массы Юпитера. Если Юпитер считается полузвездой и по некоторым определениям эта целиком газообразная планета имеет в центре температуру около 120 тысяч градусов, то невидимый спутник звезды Росс 614 заведомо должен быть самосветящейся звездой. И действительно, в 1955 году в крупнейший 5-метровый рефлектор обсерватории Паломар его наконец заметили, но не визуально, глазом, а на фотографии, как очень слабый звездообразный объект. Позже убедились, что это на самом деление планета, а обычная красная карликовая звездочка.

Другой пример - невидимый спутник звезды 61 Лебедя, той самой знаменитой звезды, до которой в 1837 году Бесселю впервые удалось измерить расстояние (11 световых лет). Звезда 61 Лебедя двойная. При наблюдении даже в небольшие телескопы легко увидеть, что она состоит из двух оранжевых звездочек, истинное расстояние между которыми вдвое больше поперечника Солнечной системы.

Известный пулковский астроном А. Н. Дейч потратил много сил и времени, прежде чем ему удалось выяснить, каков невидимый спутник, обращающийся вокруг одной из звезд описанной пары. По первоначальным подсчетам получилось, что масса невидимого спутника лишь в 16 раз больше массы Юпитера. Есть, однако, подозрение, что вокруг одной из звезд 61 Лебедя кружится не один, а несколько невидимых спутников. Сейчас это проверяется на основе очень точных измерений тех неправильностей, которые выявлены в движении звезды. Если предположение оправдается, то можно будет с уверенностью утверждать, что звезда 61 Лебедя (А) обладает планетной системой.

Пока же только в одном случае найден невидимый спутник, похожий на планету. Обращается он вокруг звезды Летящей, исследованной в свое время Барнардом.

Летящая Барнарда названа так не случайно. Это самая быстрая из известных нам звезд, точнее, звезда, смещающаяся на небе заметнее всех других. За 180 лет она перемещается на величину, равную видимому поперечнику Луны, и через тысячелетие Летящая Барнарда покинет созвездие Змееносца, на фоне которого ныне ее наблюдают. Стоит добавить, что после тройной звезды Альфа Центавра Летящая Барнарда - самая близкая к нам.

Рис. 5. Телескопы открыли человечеству множество миров, невидимых невооруженным глазом. Внизу, в маленьком прямоугольнике, - участок звездного неба, видимый глазом; вверху - тот же участок при наблюдении в небольшой телескоп

И вот у этой красной карликовой звезды в 1963 году астроном ван де Камп обнаружил невидимый спутник, по массе лишь в полтора раза больший, чем Юпитер. Вот это уже настоящая планета типа планет-гигантов Солнечной системы! Она обращается вокруг звезды с периодом в 24 года, что близко к "году" Сатурна (29 земных лет).

Легко писать об этих результатах, но как неимоверно трудно было их получить! Четверть века наблюдали Летящую Барнарда. За 609 ясных ночей было получено 2413 негативов. Измерения положений звезды на них и привели к открытию первой чужой планетной системы. Но то, что такая система найдена в окрестностях Солнца, не может быть чистой случайностью. Этот факт доказывает, что общее число планетных систем в нашей Галактике, а тем более во всей наблюдаемой нами части Вселенной должно быть очень большим.

Можно подсчитать, что планета в системе Летящей Барнарда должна выглядеть звездочкой 30-й звездной величины, очень близко расположенной на небе от звезды и потому "тонущей" в ее лучах. Различить ее в современные телескопы, конечно, невозможно - самые слабые из доступных ныне космических объектов имеют 23-ю звездную величину. Впрочем, уже теперь намечаются средства для наблюдения в будущем даже таких неуловимых пака что для нас объектов.

Представьте себе, что в фокусе телескопа помещена специальная диафрагма. Она заслоняет звезду, оставляя открытой ее ближайшие окрестности. В условиях такого искусственного звездного "затмения" имеет смысл поискать планеты рядом со звездой. Чтобы увеличить зоркость, целесообразно применить особые приборы - фотоумножители, играющие в оптике такую же роль, как усилители в радиотехнике. Даже если планета посылает ничтожно малое количество света, с помощью фотоумножителей есть шансы его уловить.

С постройкой заатмосферных обсерваторий с телескопами очень больших размеров рано или поздно появится возможность прямого наблюдения планет у ближайших звезд. Но это - дело не слишком близкого будущего. Пока же познакомимся еще с двумя методами, позволяющими уже сегодня, правда косвенным путем, разыскивать невидимые спутники звезд.

Вообразите себе, что луч зрения наблюдателя лежит в плоскости орбиты невидимой планеты данной звезды. Тогда периодически планета должна частично заслонять звезду и тем самым уменьшать ее видимую яркость. В Солнечной системе такие события нередки, и уже много раз удавалось наблюдать прохождение Венеры и Меркурия на фоне солнечного диска. Разумеется, ослабление солнечного света при этом крайне незначительно - не то что при солнечных затмениях. Но точными фотометрами его можно обнаружить. То же самое можно сделать и при наблюдениях некоторых звезд.

Идея этого фотометрического метода, как видите, весьма проста. Замечательно, что впервые он был применен еще в XVIII веке молодым английским любителем астрономии Джоном Гудрайком. Может быть, потому, что внешний мир этим глухонемым юношей воспринимался главным образом посредством глаз, он страстно увлекся астрономией и не только сам внимательно наблюдал звезды, но и изучал наблюдения своих предшественников.

Сохранились интересные записи арабских средневековых астрономов об одной звезде из созвездия Персея, которую они назвали "Звездой Дьявола" (или по-арабски "Эль-Гуль"). Причиной для этого необычного наименования послужили те загадочные колебания блеска, которые отличали "Звезду Дьявола" от других звезд.

Наблюдая Алголь (так теперь называют эту звезду), Гудрайк подметил, что видимая яркость этой звезды меняется с периодом в 2 дня 20 часов 49 минут. При этом в течение 2 дней 11 часов блеск остается неизменным, а затем в продолжение последующих 9 с лишним часов он уменьшается в шесть раз, чтобы потом снова возрасти до прежней величины.

После долгих размышлений Гудрайк сделал правильный вывод: вокруг Алголя обращается невидимый спутник, периодически заслоняющий собой звезду. Гипотеза эта полностью оправдалась, и на рисунке 6 вы видите график изменения блеска этой звезды.

Рис. 6. Затменно - переменная звезда Алголь. Вверху - график изменения ее блеска. Внизу - схемы, поясняющие эти изменения

Наверное, вы заметили важную деталь. Кроме двух главных минимумов, кривая блеска имеет еще минимум вторичный, расположенный между главными. Главные минимумы наступают тогда, когда невидимый спутник закрывает собой главную звезду. Вторичный минимум получается, очевидно, тогда, когда главная звезда закрывает собой спутник. Но ведь при этом общий блеск системы уменьшается. Значит, спутник сам светится, то есть это не планета, а звезда.

В настоящее время известны сотни звезд, похожих на Алголь. Их называют затменно-переменными звездами, и почти во всех случаях кривые их блеска имеют вторичный минимум. Иначе говоря, затменно-переменные - это двойные звезды, а вовсе не звезды, обладающие планетными системами. Но можно, применяя фотометрический метод, попробовать поискать невидимые планеты у некоторых звезд.

Расчеты приводят к выводу, что если планета, подобная Юпитеру, покроет часть диска звезды, похожей на Солнце, то яркость звезды уменьшится при этом на 0,01 звездной величины. Даже современные электрофотометры могут зафиксировать такую величину. Беда, правда, в том, что требуется исключительное стечение обстоятельств - луч зрения наблюдателя должен лежать в плоскости орбиты планеты. Такие случаи, конечно, не часты, но опыт наблюдения затменно-переменных звезд показывает, что искать невидимые планеты при помощи фотометрического метода все же стоит.

Физикам давно известно явление, называемое принципом Допплера - Физо. Выражается он в том, что источник света, удаляющийся от нас, чуть-чуть краснеет, а приближающийся - синеет. Говоря более строго и точно, в спектре приближающегося источника света линии смещаются к фиолетовому концу, а в спектре удаляющегося источника - к красному. Мало того, по величине смещения спектральных линий легко подсчитать скорость источника света.

Пусть вокруг звезды обращается невидимый спутник. Когда мы говорим "обращается", то употребляем выражение не совсем точное. На самом деле по законам небесной механики всегда и во всех случаях два тела обращаются вокруг общего центра тяжести, и потому ни одно из них не остается неподвижным. Если массы обоих тел одинаковы, центр тяжести находится посредине между ними, и оба тела обращаются по одной орбите. Если же одно тело несравненно массивнее другого, то центр тяжести лежит внутри главного, тяжелого тела. При поверхностном взгляде извне может создаться впечатление, что большое тело неподвижно, а маленькое обращается вокруг него. На самом деле это не так - движутся по-прежнему оба тела, но орбита, описываемая маленьким телом, весьма велика и потому заметна, а орбита крупного тела неприметно мала. Однако в спектре главного тела это движение непременно проявится, и при достаточной точности наблюдений земной исследователь его обнаружит, если только, конечно, плоскость, в которой движутся оба тела, не перпендикулярна лучу зрения.

Рис. 7. Спектральные линии в спектре тесной двойной звезды или периодически раздваиваются (если светят обе звезды), или периодически смещаются (если одна из звезд невидимая)

В самом деле, обращаясь по своей, пусть очень небольшой, орбите, звезда будет то приближаться к наблюдателю, то удаляться от него. Значит, в спектре звезды линии периодически будут смещаться то к красному, то к фиолетовому концам. Если таких смещений нет, звезда одиночна, если они есть, звезда имеет невидимого спутника.

Таков спектральный метод обнаружения других планетных систем. В принципе он годится, но существующие инструменты еще слишком грубы, чтобы подобным путем найти планеты вокруг звезд. Пока что этим способом удалось отыскать другое - множество так называемых спектрально-двойных звезд, каждая из которых в отдельности неразличима (из-за близости одной к другой) ни в какой телескоп.

И все-таки мы уверены, что планет в космосе очень много. В этом нас убеждает не только открытие невидимых спутников звезд, но и другие факты.

Если бы все планеты Солнечной системы упали на Солнце, они бы передали при этом Солнцу свой "запас движения", и Солнце по законам небесной механики стало бы вращаться вокруг оси в сотни раз быстрее, чем теперь. При отделении же от Солнца планет вращение Солнца резко бы замедлилось.

Можно думать, что все медленно вращающиеся и не очень горячие звезды нашей Галактики обладают планетными системами. Таких звезд только в нашей Галактике многие миллиарды. И на сотнях миллионов этих невидимых планет жизнь в своем развитии, вероятно, достигла высших форм.

Бывшие звезды

Известно древнее невеселое изречение: "Все возникающее достойно гибели". Напомним и другую азбучную истину: ничто не вечно в этом мире, кроме самого мира, всей Вселенной. Любой предмет - одушевленный или неодушевленный, безразлично - когда-то возник и когда-то исчезнет. Это общее правило - или, лучше сказать, закон природы - применимо, разумеется, и к звездам.

Звезды по своему устройству - тела несравненно более простые, чем человек или даже любое известное нам живое существо. Каждая звезда - исполинский газовый шар. Огромная масса (Солнце, например, весит 2·10²⁷ т) приводит к тому, что в недрах звезды создаются невообразимо высокие давления. Так, например, вышележащие слои Солнца давят на его центральные области с силой 10¹⁰ атм! Но если сжимать газ, он разогреется. Можно подсчитать, что в недрах Солнца и ему подобных звезд температура близка к 15 миллионам градусов.

Но это не просто невообразимая жара, при которой немыслимо твердое или жидкое состояние вещества. При температуре в полтора десятка миллионов градусов и огромной плотности в недрах Солнца и звезд неизбежно возникают ядерные реакции. Суть их сводится (например, для Солнца) к превращению водорода в гелий. Первое из этих веществ, наиболее обильное в природе, служит исходным материалом. Гелий - конечный продукт ядерных реакций.

Заметим (это важно для дальнейшего), что в процессе ядерных реакций солнечное вещество превращается в свет, в излучение. Солнце светит и... "тает", превращая ежесекундно в лучи света 4 миллиона тонн своего вещества. Кстати сказать, этим веществом можно было бы нагрузить 4 тысячи товарных поездов, по 50 вагонов в каждом!

Ядерные реакции такого типа, какие сейчас поддерживают свечение Солнца, будут продолжаться, вероятно, еще миллиарды лет. Затем они должны смениться ядерными реакциями другого типа, и так будет до тех пор, пока не израсходуются все запасы ядерного топлива и в недрах Солнца не создастся обстановка, при которой дальнейшие ядерные реакции не будут давать прежнего мощного выхода энергии. Рано или поздно Солнце и любую другую звезду ждет один конец - постепенное погасание и превращение в несамосветящееся темное, невидимое тело.

Пока неясно, может ли что-либо (кроме, скажем, взаимных столкновений или особых гравитационных взрывов) оживить эти звездные трупы. Более того - нет пока никаких указаний на реальное существование в нашей Галактике таких бывших звезд. Если бы их было очень много, они неизбежно повлияли бы на движение видимых звезд или в чем-то ином проявили свое существование. Но, повторяю, до сих пор ни одна бывшая звезда пока не открыта. Известный американский астроном Харлоу Шепли, однако, полагает, что в Галактике есть немало карликовых полупогасших звезд, Они уже покрылись твердой корой, но внутри себя еще сохранили звездный жар. Обнаружить эти остывшие звезды-лилипуты очень трудно - массы их малы, а значит, неуловимо малы и вызываемые ими возмущения в движении обычных звезд. Собственное свечение они утеряли и потому в телескопы невидимы.

Не исключено (и Шепли развивает эту смелую мысль), что на поверхности погасшей звезды все-таки теплится какая-то жизнь, поддерживаемая сохранившимся внутри жаром.

В этом странном мире господствующим было бы длинноволновое излучение твердой коры звезды. И фантазия подсказывает Шепли образы странных существ, "видящих" радиоволны.

Как знать, может быть, когда-нибудь астрономы встретят бывшие звезды. А если их пока нет, то это, по-видимому, означает, что наша Галактика еще молода.

Дозвездные тела

Издавна образование небесных тел мыслилось как результат сгущения каких-то огромных разреженных масс космического вещества. Эта старая идея ведет начало от древних фантастических легенд о сотворении мира. Ее можно найти в основе почти всех космогонических гипотез. Но так ли уж бесспорна эта схема? Нельзя ли представить себе процессы совсем иного рода, создавшие видимый нами космос? Не идет ли развитие мира (в главном, основном) от плотного и даже сверхплотного состояния вещества к состоянию разреженному?

Нужно было обладать смелостью и прозорливостью Виктора Амазасповича Амбарцумяна, советского академика, одного из выдающихся астрономов мира, чтобы вопреки установившимся взглядам развить и обосновать гипотезы об образовании звезд и галактик из сверхплотных дозвездных невидимых тел.

Когда в 1947 году В. А. Амбарцумян открыл существование звездных ассоциаций и впервые высказал идею о необычном дозвездном состоянии вещества, он поначалу нашел не много сторонников. Как все новое, необычное, гипотеза Амбарцумяна мужала в борьбе с традиционными, привычными взглядами. И хотя у нее осталось немало противников, факты заставляют думать, что развитие от сверхплотного к разреженному вполне возможно в природе.

Представьте себе огромный, многомиллионный город типа, скажем, Москвы или Ленинграда. Вы - житель этого города и имеете в нем много знакомых. И вот однажды с вами происходит странная история: совершенно случайно, не сговариваясь, вы встречаетесь на улице одновременно с десятью вашими знакомыми. Согласитесь, что этот выдуманный случай выглядит совершенно невероятным. Так в жизни не бывает.

Другое дело, если вы заранее сговоритесь с приятелями пойти на стадион. Тогда тот факт, что среди тысяч болельщиков вы оказались вместе, ничего удивительного, конечно, в себе не заключает.

Звездными ассоциациями В. А. Амбарцумян назвал группировки однотипных или близких по свойствам звезд, объединение которых в ограниченном и сравнительно небольшом объеме пространства нельзя считать игрой случая.

Различают два типа звездных ассоциаций: так называемые О-ассоциации и Т-ассоциации. Первые из них - это объединение гигантских горячих звезд. Вторые включают в себя холодные карликовые звезды с некоторыми необычными физическими свойствами.

И те, и другие звезды сравнительно редки в звездном мире. Когда мы неожиданно находим среди звездной россыпи, группировки таких звезд, ясно, что свел их не случай, а причины более основательные - общее происхождение. Звездные ассоциации образовались недавно - миллионы или десятки миллионов лет назад. Старше они никак быть не могут - под действием тяготения других звезд Галактики каждая ассоциация должна быстро "рассосаться", раствориться среди множества других звезд. Если же этого пока не произошло, значит, она молода, значит, возникла она сравнительно недавно.

Рис. 8. Звездное скопление Плеяды. Как и звездные ассоциации, эта группа звезд образовалась совместно

В 1952 году открыли, что некоторые из ассоциаций расширяются, причем так, что объяснить это расширение притяжением окружающих звезд и центра Галактики не удается. Похоже, что какие-то силы выбросили звезды из центра ассоциации и теперь они разлетаются во все стороны со скоростями, в среднем близкими к 5-10 км/сек. Если считать, что так звезды движутся с момента своего зарождения в центре ассоциации, то можно подсчитать, что возраст некоторых ассоциаций никак не больше нескольких миллионов лет!

Складывается впечатление, что если не все, то, по крайней мере, многие из звезд возникают группами, образуются в ассоциациях и процесс звездообразования продолжается в настоящую эпоху.

Все, казалось бы, стройно, убедительно, но не хватает, пожалуй, главного. Мы не видим тел, из которых возникают звезды. В центре звездной ассоциации вроде бы нет ничего, что можно посчитать "родителями" звезд: обычное черное межзвездное пространство, усеянное множеством далеких, не имеющих отношения к ассоциации звезд. Значит, если в центре ассоциации все-таки есть дозвездные тела, то они должны быть очень маленькими (иначе бы мы их увидели) и в то же время исключительно массивными (иначе из них не могли бы образоваться тела такой огромной массы, как звезды). Но колоссальная масса и ничтожно малые размеры мыслимы только, очевидно, для сверхплотных тел. Вывод ясен: если дозвездные тела реально существуют, они должны быть сверхплотными.

То, что уже сказано о звездных ассоциациях, повторяется, только в несравнимо больших масштабах, в мире галактик - далеких звездных системах.

На современных фотоснимках, сделанных с помощью специальных мощных фотокамер, видны миллионы галактик. Самые крупные и близкие из них обнаруживают заметную структуру, нередко спиралеобразную. Большинство же галактик выглядят крошечными пятнышками, которые только специалист сможет отличить от звезд. Кстати сказать, на некоторых участках негатива звезд иногда видно меньше, чем галактик - этих великих звездных систем, каждая из которых включает в себя миллионы, миллиарды звезд.

Как и среди звезд, в мире галактик наблюдается стремление к скучиванию, к объединению галактик в двойные, кратные системы. Иногда же встречаются даже облака галактик, включающие в себя тысячи звездных систем. Что свело их вместе? Не связаны ли группы, "ассоциации" галактик общим происхождением?

В некоторых случаях такой вывод напрашивается сам собой. Вот, например, известная группа из пяти галактик, получившая у специалистов наименование Квинтет Стефана. Четыре из них удаляются от Земли со скоростью 6695 км/сек. Пятый же член системы отстает от других - земной наблюдатель фиксирует у него скорость всего в 1073 км/сек. Нужно ли долго пояснять, что пятая галактика Квинтета Стефана удаляется от остальных четырех со скоростью, большей 5000 км/сек. Иначе говоря, мы наблюдаем здесь нечто напоминающее расширение звездных ассоциаций. Только другие масштабы, иные, гораздо большие скорости. По нашим, земным, представлениям расширение Квинтета Стефана с полным основанием можно назвать взрывоподобным.

Единственный ли это пример? Нет. Открыта группа из трех галактик, в которой одна из звездных систем удаляется от остальных со скоростью около 7000 км/сек. Известны и другие, не менее выразительные случаи.

Более того, ядра некоторых галактик обладают поразительной активностью. Из них истекают с огромными скоростями облака межзвездного водорода, причем не видно тел, которые могли бы порождать столь мощные процессы. Да и наблюдаемых в ядре запасов вещества (главным образом в форме звезд) явно недостаточно, чтобы объяснить странную "расточительность" галактических ядер.

Такова, например, одна из галактик в созвездии Девы. Из нее выброшено нечто вроде струи, точнее - ряд сгущений, как бы нанизанных на невидимый стержень. Массы, скорости, свечение этих сгущений остались бы совершенно необъяснимыми, если думать по традиции, что ядра галактик состоят только из звезд, газовых и пылевых туманностей. Можно предположить, как это делает В. А. Амбарцумян, что в этой далекой звездной системе мы наблюдаем явные проявления дозвездного вещества. Сконцентрированное где-то около центра галактик, сверхплотное, начиненное огромнейшими запасами внутренней энергии, оно породило и извергло огромные массы звездного вещества. Правда, большинство астрономов считает, что взрыв в галактике из созвездия Девы не связан с дозвездным веществом, а имеет какую-то иную, не вполне еще ясную природу.

Недавно в центре нашей Галактики и туманности Андромеды открыли странные объекты - маленькие шаровидные объекты, поперечником всего около 16 световых лет, что во много тысяч раз меньше поперечника звездной системы. Вряд ли случайно эти объекты расположены в самом центре галактик, служа их сердцевиной. Скорее можно думать, что они играют большую роль в жизни многих галактик, и не исключено, что в них когда-нибудь будет найдено загадочное дозвездное вещество.

Рис. 9. Туманность Андромеды

Впрочем, пока дозвездное вещество остается невидимым. Что-то очень мощное управляет жизнью звезд и галактик, предпочитая оставаться "в тени". Одно несомненно: дозвездные тела, судя по всему, должны быть невидимыми, сверхплотными, обладающими невообразимыми запасами вещества и энергии.

Вполне возможно, как пишет об этом В. А. Амбарцумян, "свойства дозвездного вещества являются качественно новыми для нас" и потому не поддающимися легкому объяснению. Поэтому В. А. Амбарцумян предлагает "собрать по возможности больше опытных данных о внешних проявлениях дозвездного вещества, искать эти проявления и изучать их закономерности".

Если гипотеза В. А. Амбарцумяна будет окончательно доказана, выходит, что космос наполнен невидимыми сверхплотными телами. Им мы обязаны своим существованием, так как из них возникают звезды и, вероятно, когда-то возникло Солнце - источник жизни на Земле. В этих невидимых телах заключена главная сила, мощь космоса. Все, что мы видим, - лишь порождение этого невидимого. Странная картина, не правда ли? Впрочем, надо еще убедиться, соответствует ли она истине.

Рекорды сверхплотности

Идея о невидимых сверхплотных космических телах возникла задолго до открытия первых звездных ассоциаций. Поводом для этого послужили вспышки так называемых сверхновых звезд.

Термин "сверхновые" не принадлежит к числу удачных. Некоторые из звезд по причинам не вполне пока ясным взрываются. Взрывы сопровождаются выделением невообразимого количества энергии. В эти моменты с Земли мы фиксируем появление на небе незнакомой звезды. Естественно, что в древности такое событие расценивалось как зарождение в буквальном смысле слова новой звезды. На самом же деле вспыхнула, разгорелась давно существовавшая неприметная звездочка. Если при вспышке звезды выделяется 10⁴⁵ эрг, она называется новой, если же энергия взрыва в сотни тысяч раз больше, говорят, что вспыхнула сверхновая звезда.

Разница здесь, однако, не только в словах. Новые звезды, по-видимому, могут вспыхивать неоднократно на протяжении своей долгой жизни. Вспышка же сверхновой звезды уникальна, неповторима. Испытав такую вспышку, звезда переходит в совершенно иное физическое состояние, и то, что с ней произошло, судя по всему, повториться не может. Очень трудно указать процессы, которые могли бы сопровождаться выделением энергии в 10⁵⁰ эрг. Кстати сказать, величина эта трудно представима.

Не знаю, почувствовали ли вы мощь звездных взрывов, но для астрономов еще несколько десятилетий назад возникла проблема, как все это можно объяснить. И вот в 1938 году известный американский астроном Д. Цвикки высказал интересную гипотезу. По его мнению, вспышки сверхновых звезд вызваны превращением обычных звезд в сверхплотные нейтронные звезды.

В окружающей нас привычной повседневной обстановке каждый атом вещества состоит из положительно заряженного ядра и обращающихся вокруг ядра электронов. Когда же вспыхивает сверхновая звезда, она сбрасывает с себя внешние разреженные газовые оболочки, и остается лишь "оголенное" плотное ядро звезды, состоящее в основном из нейтронов - частиц, по массе близких к протонам, но не имеющих электрического заряда.

Плотность такой нейтронной звезды должна быть близка к плотности атомных ядер - 10¹⁴ г/см³. Вероятно, эта величина станет более наглядной, если мы сообщим, что булавочная головка, изготовленная из вещества нейтронной звезды, весила бы 100 тысяч тонн! Это куда больше плотности белых карликов - маленьких, очень плотных горячих звезд, к которым относится и упомянутый выше спутник Сириуса. Когда раньше писали, что спичечный коробок с веществом спутника Сириуса уравновесил бы 60 человек, это поражало воображение. Что же можно сказать о плотности нейтронных звезд?

И все-таки это не самые плотные из возможных, теоретически рассчитанных, но практически еще не найденных небесных тел.

В 1963 году советские академики В. А. Амбарцумян и Г. С. Саакян теоретически обосновали возможность существования не только нейтронных, но и еще гораздо более плотных гиперонных звезд. Поясним основные результаты их расчетов.

В природе существует три типа элементарных частиц - лептоны, мезоны и барионы. Первые из них - самые легкие. К ним относятся электрон, позитрон, нейтрино и др. В группу лептонов помещают и фотон - элементарную "порцию света", обладающую некоторыми свойствами обычных частиц.

Мезоны - частицы средней массы, примерно в 200-1000 раз более тяжелые, чем электрон. Но все они уступают барионам - наиболее массивным из элементарных частиц. Самый легкий из барионов, протон, почти в 1840 раз (как и нейтрон) тяжелее электрона. Но есть частицы, более чем в две тысячи раз по массе превосходящие электрон. Их и называют гиперонами.

Рис. 10. Возможно, что эта волокнистая газовая туманность из созвездия Лебедя образовалась в результате вспышки сверхновой звезды

Амбарцумян и Саакян доказали, что могут быть устойчивыми звезды, плотность которых значительно больше плотности атомного ядра. По их расчетам можно представить себе следующую последовательность состояний звезды.

До тех пор, пока плотность не превысила 10⁷ г/см³, звездный газ состоит в основном из протонов и электронов. При дальнейшем возрастании плотности число нейтронов начинает все более и более преобладать над числом протонов. При плотности выше 10⁸ г/см³ вещество звезды в основном состоит из нейтронов.

Так будет и дальше, вплоть до того момента, когда звезда достигнет ядерной плотности (10¹⁴ г/см³). Однако самое интересное впереди. Уже при "сверхъядерной" плотности в 10¹⁵ г/см³ возникают первые гипероны. С возрастанием плотности до величин почти фантастических количество гиперонов быстро увеличивается, и при плотности в 10¹⁷ г/см³ звезда становится практически гиперонной.

Советские исследователи так представляют себе схему строения сверхплотной звезды. Ее можно условно разделить на четыре основные области. Центральное ядро и окружающая его внутренняя оболочка состоят из гиперонов разного типа. Далее, ближе к поверхности, расположен нейтронный слой. Наконец, самая внешняя, очень тонкая оболочка напоминает обычное вещество - здесь мы встретим ядра атомов, протоны и электроны.

Самое, пожалуй, поразительное - размеры сверхплотных гиперонных звезд. При массе, близкой к массе Солнца, поперечники нейтронных и гиперонных звезд не превосходят 10-15 км! Даже на территории Москвы можно было бы разместить несколько гиперонных звезд, У некоторых из них плотность столь велика, что булавочная головка, изготовленная из их вещества, весила бы... 10 миллионов тонн! Сверхплотное ядро гиперонной звезды примерно втрое меньше ее поперечника. Зато ее "атмосфера", то есть самый наружный слой, имеет толщину всего в несколько десятков метров!

Не следует думать, что нейтронные, гиперонные звезды и есть та дозвездная материя, из которой возникают звезды. Нет, пока это только теоретические модели сверхплотных тел, поиски которых доныне безуспешны. Это и неудивительно. Нейтронные и гиперонные звезды неразличимы в глубинах космоса не только из-за ничтожно малых своих размеров. Можно доказать, что температура их атмосфер не ниже многих миллионов градусов. А это означает, что такого рода тела должны излучать в основном невидимые рентгеновы лучи.

Но тут мы уже вторгаемся в область, которой посвящен следующий раздел книги.