От догадок к пониманию
С очень древних времен человеку не дает покоя мысль: нет ли в звездном небе других населенных миров? Эта тема получила особую популярность с началом космических успехов России и Америки. Сколько выпущено с тех пор и серьезных научных, и фантастических книг, сколько "инопланетян" выведено на киноэкраны! В этом потоке еще неясных надежд и ожиданий особое место занимают две книги нашего соотечественника, радиоастронома с мировым именем И. С. Шкловского: "Вселенная, жизнь, разум" и "Звезды. Их рождение, жизнь и смерть". Книги неоднократно переиздавались. Отмечая роль новой астрономической техники, позволившей глубже проникнуть в тайны мироздания, автор в первых изданиях книг с сожалением говорил, что до сих пор астрономами не освоены инфракрасный и субмиллиметровые участки спектра. "Значение этого диапазона, - писал Шкловский, - определяется прежде всего тем, что в нем сосредоточена основная часть излучения Вселенной. Активные ядра галактик, квазары, гигантские звезды и протозвезды, облака космической пыли - все излучают преимущественно в инфракрасном и субмиллиметровом диапазоне. Этот диапазон имеет особое значение для исследования важнейшей проблемы происхождения звезд и планетных систем".
Да, действительно, вплоть до 80-х годов нашего века наука о небе была подобна наблюдателю, смотрящему на мир через узкую щель оптики, но не способному распахнуть ставни на окнах, в которые рвется поток ценнейшей информации.
Космическая техника помогла раскрыть эти ставни. И уже в 1985 году в предисловии к последнему изданию своей книги И. С. Шкловский мог записать: "Первый инфракрасный спутник "IRAS" (запущен американо-голландской группой ученых в январе 1983 года. - Прим. ред.) был направлен для калибровки на ярчайшую звезду северного неба - Вегу (α Лиры). Поток инфракрасного излучения оказался в 10-20 раз больше ожидаемого. Далее выяснилось, что источник инфракрасного излучения, связанный с этой звездой, не точечный (как предполагали), а довольно протяженный. Короче говоря, оказалось, что Вега окружена кольцом, состоящим из роя частиц размером больше одного миллиметра. Эти частицы, нагретые излучением звезды до температуры 90о Кельвина, являются источником инфракрасного излучения". (По Цельсию - примерно минус 180о. - Прим. ред.)
Определить столь низкую температуру можно только прибором, охлажденным еще сильнее. В противном случае астрономы будут столь же беспомощны, как наивный человек, пытающийся разглядеть пламя свечи в свете прожектора. К счастью, средство решить эту задачу есть. Приемники низкотемпературных излучений охлаждают жидким гелием до минус 271о Цельсия.
По такому принципу были построены инфракрасные спутники-телескопы: первый "IRAS", а потом и "ISO", запущенный в 1995 году Европейским космическим агентством. Можно предположить, что внутри этих космических приборов - самое холодное место во всей Вселенной. Вне прибора, в межпланетном пространстве, намного теплее. Разве только еще в земных криогенных лабораториях получают такую же, близкую к абсолютному нулю, температуру.
Общий подъем интереса к поискам внеземной жизни, царивший в 60-70-е годы в умах людей, отразился и на планах науки. Радиотелескопы были нацелены на то, чтобы улавливать осмысленные сигналы из космоса. Ко времени запуска "ISO" на Земле уже многие годы напряженно слушали Космос. Но разумных сигналов земные радиотелескопы так и не поймали. Раздумья ученых на эту тему обретали форму статей, проповедующих уникальность жизни на Земле, утверждающих, что люди одиноки в этом беспредельном мире звезд...
Вода помогает рождению звезд
На конференции в Париже несколько сотен астрономов из разных стран мира обсуждали один вопрос: что принес астрономии инфракрасный спутник "ISO", запущенный в конце 1995 года. Важных новостей было чрезвычайно много. Рейнхард Генцель из германского Института внеземной физики так оценил "ISO": "С помощью такого космического телескопа мы можем исследовать небесные тела, которые темны и настолько холодны, что не испускают какого-либо видимого света".
Уже давно облака молекул и пыли, которые протянулись в космосе на сотни световых лет, астрономы считают инкубаторами, где рождаются звезды. Когда в таком облаке образуется сгущение вещества, возникает тяготение, направляющее пыль и молекулы из окрестностей в сторону этого сгущения. Процесс длится миллионы лет, пока пылегазовые частички не сплотятся в светящийся шар - тепло он получает от беспрерывной бомбардировки новыми подлетающими частицами. Астрофизики задаются вопросом: почему не гаснет раскаленный шар? Казалось бы, он должен охладиться еще до того, когда вспыхнет ядерная реакция. Потому что зародыш звезды, нагретый за счет кинетической энергии падающих на него частиц, передает свое тепло в окружающее пространство, то есть нагревает окружающий газ. Газ становится менее плотным, и число падающих молекул уменьшается. Дальнейший процесс нагревания должен бы прекратиться. И новое солнце не сможет родиться. Но звезды появляются именно из пылегазовых облаков.
Телескоп "ISO" дал астрофизикам надежду разгадать эту загадку. При рождении звезды в дело вступает своего рода "повивальная бабка" - вода, присутствующая в виде охлажденных паров. Молекулы воды, составляющие заметную часть массы облака, играют ключевую роль в становлении новой звезды. Астроном Жан-Поль Бомето из Марсельской обсерватории дает в журнале "Sciences et Avenir" такое объяснение. Водяной пар способствует охлаждению газа: возбуждаемые столкновениями внутри облака молекулы воды могут выбрасывать фотоны, которые, улетая за пределы облака, окружающего эмбрион звезды, уносят с собой излишек энергии. Такое охлаждение способствует дальнейшему гравитационному накоплению газа и пыли - материи, из которой создаются звезды.
Играя ключевую роль при рождении новой звезды, вода не остается в стороне и на последнем этапе жизни светила - когда оно угасает. Телескоп-спутник "ISO" наблюдал за происходящим на звезде W в созвездии Гидры. Вот как представляет это событие французский астроном Ж.-П. Бомето. Когда светило подходит к концу своей жизни, ядерные реакции, которые его греют, перемещаются в наружные слои звезды. Если речь идет о светиле, похожем на Солнце, то верхняя его оболочка раздувается, отделяется от материнского тела и остывает. В ней возникают молекулы воды (водород - основная масса звезды, а атомы кислорода, необходимые для этого синтеза, получаются в ходе ядерных реакций на звезде).
Когда понижается температура на внешних поверхностях оболочки, происходит конденсация паров воды. Она осаждается на твердых частицах. В дальнейшем, при разбегании остатков звезды, водяной пар и обледенелые пылинки уходят в космическое пространство. Из них состоят гигантские облака, которые обречены странствовать в межзвездной пустоте сотни миллионов и даже миллиарды лет. Если облако окажется вблизи сверхновой звезды с мощным излучением, молекулы воды возбуждаются, испускают лучи в ультрафиолетовой части спектра и могут быть обнаружены с Земли. Возбужденные атомы прилепляются к частичкам межзвездной пыли. Одетые в ледяные панцири, вместе с водяными парами они ждут того времени, когда образуются случайные их сгущения, возникнет тяготение. И это будет началом образования новой звезды. Так оканчивается космический цикл воды. В какой-то степени он подобен хорошо известному нам земному циклу воды: океан - испарение - дождь - река - океан.
Где вода - там жизнь
Первые звезды возникли примерно миллиард лет спустя после первоначального взрыва. В юные годы Вселенной рождение небесных тел происходило много чаще, чем сейчас. К такому неожиданному открытию астрономы пришли, когда с помощью "ISO" удалось исследовать дальние древние галактики. Раньше ни одному земному наблюдателю неба не удавалось увидеть эти звездные острова Вселенной, потому что они находятся за плотными газопылевыми облаками, через которые не проникает ни один световой луч. Только тепловые лучи проходят сквозь эти плотные занавеси, и датчики инфракрасных спутников-телескопов улавливают их.
Есть веские основания предполагать, что пылевые облака, заслоняющие от нас старые галактики, - это не что иное, как пепел сгоревших звезд. Но если мы видим так много мертвых, потухших светил, значит, существовало огромное множество действующих солнц.
Р. Генцель из германского института внеземной физики, ссылаясь на последние расчеты, пишет в журнале "Spiegel", что в древних галактиках каждый год вспыхивали сотни солнц. Тогда как в нашем сегодняшнем Млечном Пути загораются в год только четыре-пять новых звезд.
Еще одно интересное открытие спутником "ISO" сделано в "соседних" с Землей местах. Астрономы впервые увидели, что в одной из ближайших к нам галактик - в туманности Андромеды (по новейшим измерениям до нее - 2,93 миллиона световых лет) существуют гигантские кольцевые пылевые облака. Телескопы, действующие в спектре видимого света, никак не могли бы их обнаружить. В кольцах сосредоточены главные массы газа Галактики, вероятно, там зарождаются звезды.
Но подлинной сенсацией на парижской конференции стало сообщение о присутствии воды во всех частях Вселенной. Всюду в космосе, куда бы ни направлял свой взор новый телескоп, он обнаруживал молекулы воды.
Оказывается в межзвездных тучах, медленно плывущих в Млечном Пути, сосредоточены огромные массы водяного пара. Наблюдения с помощью спутника "ISO" показывают, что эти тучи - своего рода химические фабрики. В них непрерывно соединяются водород и кислород в молекулы воды за счет энергии звездного излучения.
Особенно много воды обнаружено близ созвездия Ориона. Там, на расстоянии от нас 1500 световых лет, группа американских астрономов из Корнеллского университета нашла в большом молекулярном облаке самую значительную из известных концентрацию паров воды. За один день это гигантское облако производит из водорода и кислорода такое количество воды, которым можно было бы 60 раз наполнить все моря и океаны земного шара.
"До того как "ISO" поднялся на орбиту, вся Вселенная представлялась нам безводной пустыней, - говорит Роджер Боннет, научный директор Европейского космического агентства. - Открытие всепроникающего присутствия воды в нашей Галактике укрепляет предположение, что вокруг многих звезд может существовать жизнь" - таково многообещающее значение работ с телескопом "ISO".
Конечно, возникает вопрос: почему за несколько веков инструментальной астрономии, и особенно в последние десятилетия, когда действуют мощнейшие наземные телескопы и оптические телескопы-спутники, не удалось открыть в космосе таких больших количеств молекул воды?
Все дело в том, что в атмосфере Земли всегда много водяных паров. Выделить среди них исчезающие слабые следы далекой внеземной воды практически не удается. Только с выходом в космос приборов инфракрасного видения стало возможным надежно установить существование космической воды. За время своей работы спутник "ISO" сделал 26 тысяч наблюдений!
Нелья не упомянуть еще об одном из них. Растущая новая звезда не обязательно должна вместить в себя всю массу облака. Наблюдения с помощью "ISO" показали, что в каждом втором случае звезда формируется только из половины облака. Оставшаяся часть молекулярно-пылевой массы образует плоскую "шайбу", из которой гравитация формирует малые небесные тела. Наблюдения дают основание считать, что у каждой второй звезды есть вращающиеся вокруг нее планеты и их луны. Они при рождении бывают обеспечены водой, которая прожила уже долгую жизнь, блуждая по космосу. Некоторые из планет, близко расположенных к звезде, теряют воду, как, например, наши Меркурий и Венера. Другие - сохраняют ее как внутренние резервы планеты.
К сожалению, дальнейших откровений о жизни космоса "ISO" не сможет нам принести. За два с половиной года своей работы он израсходовал 2 тысячи литров гелия, заготовленных для него перед стартом. Испарение этого газа помогло достигнуть высокой чувствительности сенсоров телескопа. В апреле 1999 года спутник-телескоп утратит возможность видеть.
