Прошел год с тех пор, как на прилавках книжных магазинов появился первый том научно-популярного ежегодника «Наука и человечество». Выпускает его издательство «Знание» в содружестве с Академией наук СССР. Издание возглавляет редколлегия, состоящая из виднейших деятелей советской науки во главе с академиками М.Д. Миллионщиковым и А.И. Бергом.
Эмблема книги изображает Прометея, в руках которого пламя, срываемое с Солнца. Это символ передовой научной мысли. Небесный огонь, который, по древнегреческому мифу, делает человека могущественным и счастливым, горит сегодня на экранах осциллографов, бьется в кольцах синхрофазотронов. Девиз ежегодника — рассказать «доступно и точно о главном в мировой науке».
Страницы издания «Наука и человечество» стали местом встречи крупнейших ученых современности.
В первом выпуске — «Наука и человечество. 1962» — выступили советские ученые М.В. Келдыш, Н.Н. Семенов, В.Г. Фесенков, Д. И. Блохинцев, Г.М. Франк и многие другие. В нем приняли участие и деятели науки всех пятя континентов — английский математик, философ, общественный деятель Бертран Рассел, немецкий физик, один из создателей квантовой механики, Вернер Гейзенберг, американский радиофизик Уиллард Либби, японский философ Кэндзюро Янагида, египетский ученый-электрохимик Турки Ахмед Риад, биолог из далекой Австралии Фрэнк Бернет...
Статьи ежегодника убедительным языком — языком фактов — рассказывают о тех больших успехах, которые приносит содружество ученых всего мира, о тех широких перспективах, которые открывает перед человечеством мирное использование научных достижений.
Совсем недавно вышел второй выпуск ежегодника «Наука и человечество. 1963». В нем напечатаны статьи академиков Л.Ф. Ильичева, Е.С. Варги, Д.И. Щербакова, членов-корреспондентов АН СССР Б.М. Понтекорво, Я. В. Пейве. Б.Л. Астаурова, профессоров А.Н. Леонтьева и В.П. Зенковича и других выдающихся советских ученых. Зарубежную науку представляют президент Чехословацкой академии наук биохимик Франтишек Шорм, лауреаты Нобелевской премии физик Глени Т. Сиборг (США) и биофизик Фрэиснс Крик (Англия), президент Международной ассоциации по кибернетике Луи Куффиньяль (Франция), географ и антрополог, член многих географических обществ мира Тур Хейердал (Норвегия) и другие.
В этом номере «Вокруг света» публикуется (с небольшими сокращениями) статья, написанная для второго выпуска ежегодника известным американским астрономом Харлоу Шепли.
Углубляясь в космос за пределы нашей Галактики — Млечного Пути, — мы встречаем другие галактики, среди них двойные и тройные. Так, с гигантской, много раз фотографировавшейся туманностью Андромеды (Мессье 31) — галактикой, в которую входит больше 100 миллиардов звезд — связаны две другие галактики (Мессье 32 и 1С 205). Таким образом, это тройная система, состоящая из одной гигантской галактики, галактики-карлика и галактики промежуточных размеров, со средним количеством звезд. Больше того, эта тройная система — член скопления галактик, к которому принадлежат также Млечный Путь и еще десяток галактик. Звездные Магеллановые облака также входят в это местное скопление.
Начатое по моей инициативе много лет назад в Гарвардской обсерватории обследование, в ходе которого был обнаружен уже миллион галактик, а также исследования в Калифорнии при помощи телескопов обсерваторий Паломар и Лик показывают, что скопления галактик — явление обычное во всей Метагалактике.
Мы видим мириады гигантских и карликовых галактик, объединенных в пары, группы и скопления; миллиарды гигантских и карликовых звезд в парах, группах и скоплениях и, наконец, здесь у нас — двойную планету Земля — Луна.
Говоря о двойных звездах, нельзя не упомянуть Сириус — самую яркую звезду на небе. Как она своеобразна! На первый взгляд это типичная белая горячая звезда, удаленная от нас на несколько световых лет, почему она и кажется такой яркой. Ее более слабому спутнику требуется для оборота вокруг нее 51 год.
В Млечном Пути есть миллионы звезд, очень похожих на Сириус. Может быть, и они имеют звездных спутников? Или у них есть планетные системы, подобные нашей? Этого мы сказать не можем. Расстояния слишком велики, и сияние ярких основных звезд не позволяет обнаружить их слабые спутники.
Однако относительная близость Сириуса позволяет нам исследовать его более подробно. Оказывается, более слабая звезда — мы называем ее Сириус Б — это звезда-карлик очень низкой светимости. Сириус А — главная звезда, которую мы так ясно видим, — в 10 тысяч раз ярче.
Сириус А и Сириус Б обращаются вокруг общего центра тяжести дважды в столетие. Их орбиты представляют собой эллипсы, и наблюдать или фотографировать звезды по отдельности можно только в тот момент, когда они находятся на наибольшем расстоянии друг от друга.
Сириус А состоит из обычного вещества — атомов нормального размера, как на Земле. Сириус Б (за исключением его поверхности) состоит из сплющенных атомов, которые мы называем выродившимся веществом. Температура поверхности обеих звезд высока — больше 5500°. И нет такого места на их поверхности, где могла бы существовать какая бы то ни было протоплазматическая жизнь. Белковые молекулы, подобные тем, из которых состоят животные и растительные клетки, а также неорганические молекулы, которые составляют воздух, камни и океаны, на такой горячей поверхности разложились бы на атомы, протоны и электроны.
Однако существует другой тип звезд-карликов, чья температура не слишком высока для молекул. Это красноватые, относительно холодные тела, которые за их малые размеры я назвал лилипутами. Именно ими мы и займемся в нашей статье.
Из-за того, что светимости звезд могут колебаться в очень широких пределах, нам легко составить неправильное суждение о наших соседях. Почти все звезды, которые мы видим без помощи телескопа, далеки и сами по себе ярче, чем наше Солнце; звезды же, которые на самом деле ближе всех к нам, почти все сами по себе менее ярки, чем Солнце, и наблюдаются с трудом. В любом данном объеме космического пространства, скажем в пределах 16 световых лет от Солнца, оказывается больше 50 звезд, менее ярких, чем Солнце, и лишь две или три немного более ярких.
Таким образом, самые многочисленные звезды во вселенной — это не те, которые мы видим невооруженным взглядом, а скорее карлики и субкарлики низкой светимости.
Нам давно известен тот замечательный факт, что космос вокруг нас обильно населен карликами — красными и белыми. Но мы не уделяли внимания логическому выводу, который гласит, что каким бы ни было происхождение звезд, с уменьшением яркости и размеров небесные тела будут становиться все более и более многочисленными.
Немногие известные нам красные карлики имеют яркость всего в одну миллионную долю яркости Солнца. Их можно фотографировать и подвергать спектроскопическому исследованию лишь на больших телескопах, и они обычно не фигурируют в звездных каталогах.
С дальнейшим уменьшением яркости и размера звезды-карлики будут близки по величине к планетам и вообще не будут испускать видимого света. Это и есть лилипуты, которых, вероятно, очень много вокруг нас. Однако, имея малую массу и слабое излучение, они не оказывают или почти не оказывают заметного гравитационного действия на наши планеты, на движение звезд или на вращение Галактики.
Диаметр нашего Солнца примерно в десять раз больше, чем диаметр Юпитера, а объем — в тысячу раз больше. Оно имеет такую большую массу, что внутри его температура превышает 10 миллионов градусов. Она так велика, что глубоко под поверхностью Солнца водород, из которого наша звезда преимущественно состоит, выгорает, оставляя гелиевый «пепел».
И если мы будем вести себя как следует, то мы, растения и животные, будем существовать в течение миллиардов лет, потому что на Солнце есть большие запасы топлива и его расход прекрасно регулируется. Другими словами, если Солнце начнет остывать, оно сожмется, и его температура повысится; если же оно начнет нагреваться выше какой-то средней величины, то оно расширится, и температура понизится. Ископаемые зеленые водоросли палеозоя показывают, что этот солнечный термостат действует безотказно уже больше миллиарда лет.
Центральные области Юпитера, Сатурна, Земли и других планет солнечной системы также нагреваются благодаря гравитационному сжатию, но ни на одной из них температура не поднимается настолько, чтобы начался синтез гелия из водорода.
Внутреннее тепло нашей Земли должно иметь три источника: обычное сжатие, гамма-излучение, испускаемое распадающимися радием, ураном и калием, и солнечный свет. Последний источник — наиболее эффективный.
Измерения температуры атмосферы Юпитера заставляют предположить, что и для него основным источником тепла служит солнечный свет. Но Солнце очень далеко от Юпитера, впятеро дальше, чем от Земли, и вследствие этого температура на поверхности Юпитера очень низка — ниже минус 100°.
Есть ли там жизнь? На той высоте в мощной атмосфере Юпитера, для которой установлены столь низкие температуры, — нет. Выше и ниже этого уровня жизни на Юпитере, вероятно, также нет, потому что известная нам планетная жизнь требует, чтобы имелась вода в жидком состоянии, а не в виде льда или горячего пара.
Но представьте себе, что Юпитер имеет массу в 10 раз большую. Тогда его внутренние области были бы гораздо горячее, а если бы его масса увеличилась в 50 раз, то ледяная поверхность вообще исчезла бы. Тогда, если бы не было слишком жарко или слишком холодно, на поверхности Юпитера могла бы существовать жидкая вода и появились бы условия, подходящие для эволюции гигантских молекул — предшественников организмов. Развитие именно этого предположения и лежит в основе настоящей статьи.
Продолжая использовать имена из путешествий Гулливера, я эти гипотетические большие самосогревающиеся Юпитеры называю планетами-бробдингнегами (великанами). Такие тела, несомненно, существуют, и не только в планетных системах, связанных со звездами, но и в качестве одиноких тел, удаленных от звезд.
Возможности существования жизни во Вселенной значительно расширяются, если принять гипотезу, что, во-первых, большие планеты могут быть в достаточной степени самосогревающимися и, во-вторых, что звезды-карлики могут стать настолько карликовыми и остывшими, что у них образуется твердая кора, появится вода и разовьется жизнь.
Многие красные карлики называются «вспыхивающими звездами», потому что они время от времени извергаются, подобно огромным гейзерам. Не есть ли это просто естественное явление, сопутствующее остыванию и образованию коры?
Из всего сказанного следует несколько логических рассуждений.
1. Лучший инструмент, который способен помочь нам обнаружить эти тела, средние между звездами и планетами, — вероятно, радиотелескоп. Он работает на радиоволнах длиной от 2,5 сантиметра и менее до 9 метров и более. Уже замечены и внесены в каталоги многие сотни источников радиоизлучения. Только небольшая их часть отождествлена с отдельными галактиками, туманностями — остатками взорвавшихся звезд или со сталкивающимися галактиками. Излучение лилипутов должно в значительной части находиться именно в этой, радиоволновой части электромагнитного спектра; Здесь обширное поле для исследований, в ходе которых предстоит проследить источники радиоизлучения и выяснить свойства тел, которые должны в изобилии существовать в интервале размеров между большими планетами и звездами-субкарликами
2. По общепринятым взглядам жизнь сейчас считается одним из естественных шагов в эволюции материи, а не чем-то сверхъестественным. Скоро она будет получена в пробирке.
3. Так как органическая жизнь есть продукт солнечного света, влаги и определенных химических элементов, среди которых наиболее важны водород, углерод, азот и кислород, то мы предполагаем, что жизнь может возникнуть и существовать не только в воде и на суше, но также и в атмосфере. Мы должны помнить о такой возможности, потому что планеты-бробдингнеги имеют, вероятно, плотную атмосферу, состоящую в основном из водорода.
Подводя итоги, можно предположить, что существует большое число звезд-субсубкарликов. Это предположение остается в силе независимо от того, образовались ли звезды и планеты при уплотнении первичного газово-пылевого облака или при бурных извержениях и столкновениях Образование и существование бесчисленных обособленных тел планет иного размера представляется неизбежным. Безусловно, физика, химия и климат некоторых из этих звезд-лилипутов будут подходящими для естественного зарождения жизни. Такой протоплазматический процесс может происходить как на самосогревающихся независимых планетах, так и на планетах типа Земли и Юпитера, связанных притяжением с излучающими звездами.
Жизнь на независимых, самосогревающихся телах, масса и температура которых допускают существование необходимой жидкой воды, была бы очень странной и отличалась бы тем, что источник нужной для нее энергии находился бы внутри небесного тела. На поверхности эта энергия проявлялась бы преимущественно в радиодиапазоне электромагнитного спектра. Там не было бы обычного света, от фиолетового до красного, и органы чувств, соответствующие глазам, должны были бы быть настроены на радиоволны.
Странным показался бы нам этот мир. Но ведь такими же странными могут показаться и формы жизни на нашей согреваемой Солнцем планете для жителей иных миров. Сравните микробов и китов, секвойю и бактерию, пчел и губки! Все это — проявления протоплазматических процессов, продукты космической эволюции, в которой участвуют атомы, живые клетки, растения, животные и человечество.
Х. Шепли
