Космический телескоп Swift, запущенный NASA 27 ноября 2004 года, "открыл" свои глаза и теперь успешно проводит наблюдения за самыми мощными взрывами во Вселенной. Менее чем за месяц ему уже удалось определить точные параметры 9 гамма-всплесков - это даже больше, чем ожидали сами астрономы.

"Даже самые большие оптимисты среди нас надеялись регистрировать не свыше двух взрывов в неделю, но никак не целых три спустя всего лишь один день после включения телескопа, - говорит доктор Скотт Бартелмай (Scott Barthelmy), ученый из Центра космических полетов имени Годдарда NASA. - Возможно, мы оказались исключительно удачливыми, а может просто недооценили обычную частоту этих взрывов. Ответить на этот вопрос позволит только время".

Первый гамма-всплеск (gamma ray burst - GRB) попал в поле обзора Swift 17 декабря, спустя несколько дней после того, как операторы активировали научные приборы зонда. А 19 декабря телескоп "поймал" еще три взрыва.

Впервые GRB, как известно, зафиксировал американский спутник-шпион "Вела" в 1968 году, а соответствующие данные были обнародованы в 1973-м. Согласно современным теориям, мощнейшие гамма-всплески случаются тогда, когда массивная звезда сжигает все свое ядерное топливо и начинается ее коллапс (сжатие), в результате которого формируется черная дыра, окруженная диском из чрезвычайно горячего, быстро вращающегося газа. Большая часть этого газа будет втянута в новорожденную черную дыру, а оставшаяся доля будет вышвырнута вовне в виде газовых струй ("джетов"), движущихся с околосветовой скоростью.

Наблюдатель, в сторону которого будет направлена подобная струя, увидит мощнейшую ослепительную вспышку, в которой сконцентрирована яркость свыше десяти квадриллионов солнц (10¹⁶). А наблюдатели, которые расположены под углом к струе и которым не суждено лицезреть подобное зрелище, смогут полюбоваться менее удивительным, но не менее захватывающим взрывом гиперновой. Энергия, выделяющаяся при гамма-всплесках, просто чудовищна: эффект наблюдается на расстояниях свыше 10 миллиардов световых лет, а ведь для этого нужно излучить 10⁵¹ - 10⁵⁴ эрг в гамма-квантах за считанные секунды, это больше, чем при самых грандиозных взрывах, известных человечеству в докосмическую эру, - у сверхновых, выделяющих гораздо меньшую энергию за месяцы (10⁵⁰ - 10⁵¹).

Цель миссии Swift состоит в том, чтобы попытаться прояснить природу этих загадочных GRB. Ученые не оставляют надежды понять первопричины подобных явлений, а также ход взаимодействия вспыхивающих объектов со средой вокруг них. Вероятно, таким образом можно будет найти и ключи к развитию ранней Вселенной. Ученые подозревали, что каждый GRB указывает на рождение очередной черной дыры, но теперь появились сведения о том, что существуют различные типы подобных взрывов, и данные Swift, будем надеяться, помогут выявить все возможные причины катаклизмов.

Ключевой аспект миссии стоимостью 250 миллионов долларов - измерение параметров так называемого послесвечения в рентгеновском диапазоне - остаточных явлений, что могут наблюдаться какое-то достаточно продолжительное время после собственно взрыва. Если сам гамма-всплеск может длиться считанные секунды или даже миллисекунды, то длительность послесвечения может измеряться часами.

GRB 23 декабря, зафиксированный Swift, был классифицирован как длительный взрыв, его продолжительность превышала минуту. Спустя четыре с половиной часа после выявления GRB спутник развернул свой рентгеновский телескоп в нужную точку, чтобы измерить параметры послесвечения. В принципе, операторы могли бы навести на ту же точку и другие телескопы, чтобы наблюдать это послесвечение, однако не всегда это можно сделать достаточно оперативно. Так, требуется приблизительно 20 часов для того, чтобы правильно переориентировать рентгеновскую обсерваторию NASA "Чандра" (Chandra) и до 8 часов может потребоваться для европейского космического зонда "Ньютон" (XMM-Newton). Собственно, именно по этой причине новый спутник и получил название Swift, что значит "скорый, быстрый" (еще один вариант перевода - "стриж, т.е. стремительная птичка"). Когда Swift перейдет в полноценный автоматический режим - спустя две недели - то он будет способен вертеться так, чтобы пронаблюдать послесвечение в течение приблизительно минуты после обнаружения GRB, что критически важно для исследования гамма-всплесков.

Пока Swift не получил еще записей взрывов короче двух секунд, поясняет Скотт Бартелмай. Ученые никогда еще не видели послесвечения от взрывов настолько коротких и даже не уверены, наблюдаются ли они вообще. С Swift они надеются найти ответ и на этот вопрос.

"Вселенная пока прекрасно выполняет свою часть сделки, и мы тоже постараемся не ударить в грязь лицом, - шутит доктор Нейл Джерелс (Neil Gehrels), ведущий исследователь проекта Swift в Годдардовском центре. - Этот полет обещает быть весьма захватывающим".

Максим Борисов

Сквозь тернии к Разуму

Журнал Вокруг света №11 (2782) | Ноябрь 2005
Рубрика «Планетарий»

Обсудить в форуме (10)
Версия для печати

Сквозь тернии к разуму

Нам порой кажется, что окружающий Мир достаточно агрессивен и стремится уничтожить слабого и беспомощного Homo sapiens. А на самом деле наша Вселенная, похоже, специально сконструирована именно такой, какой мы ее видим, чтобы в ней могли зародиться жизнь и появиться люди. Это тем более отрадно, что, как оказывается, даже минимальные изменения в мировых константах и законах приводят к таким колоссальным изменениям в свойствах Вселенной, что ни о какой форме жизни и Разума в слегка модифицированном Мире не может быть и речи. Всегда считалось, что наука должна стремиться «к выяснению законов природы». Но такая постановка вопроса уже не удовлетворяет ученых. Можно ли объяснить все законы природы? Почему выполняются именно эти, а не другие? И, наконец, почему законы вообще выполняются? Подобные вопросы стали уместны после того, как произошли значительные изменения в наших представлениях об устройстве Вселенной и мы поняли, что вселенные могут быть разными и их может быть много.

Антропный принцип

До Эйнштейна Вселенную представляли в виде пространства-ящика, внутри которого перемещаются, взаимодействуя, различные материальные объекты. Общая теория относительности внесла значительные коррективы в этот наивный образ. Стало ясно, что свойства пространства и материи неразрывно связаны друг с другом и пространство может менять свои характеристики под воздействием материи и энергии. Выяснилось и то, что сама Вселенная — ее размеры и скорость расширения, а также ее будущее развитие зависят от образующей ее материи. Свойства нашего Мира оказались сильно взаимосвязаны и чувствительны к любым изменениям законов, управляющих им. Создается даже впечатление, что другим он просто быть не может и только в таком Мире возможно появление живых существ.

Сопоставление свойств Мира с возможностью существования жизни стали именовать антропным принципом с середины XX века. В вольной формулировке он утверждает, что мир создан для того, чтобы в нем мог появиться человек. Этот принцип начал широко обсуждаться после выхода книги Б. Картера «Совпадение больших чисел и антропологический принцип в космологии», который объяснил его следующим образом: «...то, что мы ожидаем наблюдать, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего существования как наблюдателей» или «Вселенная должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось существование наблюдателей».

Другими словами, антропный принцип говорит о том, что свойства Вселенной приспособлены для возникновения разумной жизни, поскольку в ней присутствуем мы, наблюдатели, способные задаться вопросом о свойствах Вселенной. При других ее параметрах невозможны сложные структуры и существование разумных наблюдателей. Многим это утверждение кажется, по меньшей мере, странным. Следуя этому принципу, например, белые медведи полагали бы, что жизнь возможна только в тех уголках Вселенной, где земля покрыта снегом, ночь длится полгода, а в воде водятся тюлени и рыба. А как же иначе?

Сегодня ученые допускают существование вселенных с другим набором параметров и законов, в которых существует жизнь, не похожая на нашу. Например, С. Вайнберг, нобелевский лауреат и один из создателей единой теории электрослабых взаимодействий, в книге «Мечты об окончательной теории» пишет: «Возможно, существуют различные логически допустимые вселенные, причем каждая со своим набором фундаментальных законов».

В толковании антропного принципа пока нет единого мнения, как и в научном диспуте о существовании других вселенных. Голоса разделяются на категоричные — «это не наука», с подробным перечнем доводов, равнодушные — «мне нет до этого дела, я изучаю конкретный физический процесс в нашей Вселенной, а информация о других вселенных все равно недоступна», и, наконец, восторженные — о возможных взаимосвязях бесконечного множества вселенных.

Вместилище миров

В научных статьях, посвященных рождению и развитию разного рода вселенных, обычно не обсуждается вопрос о том, где все эти вселенные находятся, как они сосуществуют и могут ли взаимодействовать между собой. Авторы научных работ сосредотачивают основное внимание на допустимых свойствах гипотетических миров. Возможно, разные вселенные находятся на колоссальных расстояниях друг от друга, многократно превышающих размер видимой нами части Вселенной. Как считают ученые, весь Мир, возникший после Большого взрыва, во много раз превышает ту его часть, которую мы можем увидеть в телескопы. Она составляет всего 10²⁸ см, в то время как вся Вселенная имеет к настоящему моменту размер 10^{1000 000 000 000} см благодаря инфляционному расширению и последующему Большому взрыву. Вот на таких огромных расстояниях, возможно, и находятся отличающиеся по свойствам вселенные. Такой взгляд обрел научную основу в конце XX века благодаря работам А. Линде, посвященным хаотической инфляции.

Есть и другой подход к вопросу о взаимном расположении различных миров, согласующийся с классической общей теорией относительности А. Эйнштейна. Следуя этому взгляду, разные вселенные находятся внутри друг друга и более «крупные» просто объемлют вселенные «поменьше», как большая матрешка объемлет множество более маленьких. Таким образом, как в нашей Вселенной существует множество изолированных от нас и друг от друга миров, так и наша Вселенная входит в состав других объемлющих ее вселенных. При этом, быть может, наша Вселенная — это всего лишь краткая вспышка и небольшая квантовая флуктуация в какой-то другой вселенной. Согласно ОТО Эйнштейна почти все относительно, и то, что для нас длится миллиарды лет, для другого наблюдателя может закончиться за микросекунды. Хотя в данной ситуации непонятно даже то, как сравнивать секунды и метры разных миров. Ведь если в нашем Мире есть атомы и колебания электронов, то в том, где наша жизнь одно мгновение, быть может, все по-другому. И в нем нет ни атомов, ни протонов с электронами.

Развиваемые в последние годы многомерные обобщения ОТО Эйнштейна открывают еще одну возможность для сосуществования различных вселенных: они могут располагаться в разных измерениях некоего объемлющего их многомерного пространства. Впервые идея о том, что наш четырехмерный Мир включен в Мир большего числа измерений, была высказана российскими учеными В.А. Рубаковым и М.Е. Шапошниковым в 1983 году, и сегодня она активно развивается, в том числе и в виде модели «Мира на бране». Иными словами, на некоей четырехмерной поверхности в многомерном пространстве.

К сожалению, дать полный и всеобъемлющий ответ на вопрос о том, где находятся все эти вселенные, наука пока не может, как и объяснить, что было до того, когда благодаря квантовой флуктуации возник наш мир.

Реконструкция Вселенной

Сложно ли создать вселенную с условиями для зарождения Разума? Под Разумом будем иметь в виду жизнь белковых существ, похожую на нашу. Для возникновения такого рода жизни необходимы как минимум звезды, планеты и атомы.

Начнем с размерности пространства. Природа выбрала трехмерное, и это правильно. Физики, правда, говорят, что наш мир как минимум одиннадцатимерный. Но большая часть этих измерений компактна, а тех, в которых возможно движение, — три. Если пространство имеет всего два измерения или только одно, то в нем, по современным представлениям, нельзя обеспечить жизнеспособность сложных структур, и, соответственно, жизнь в нем невозможна. При трех измерениях пространства, как известно, орбиты планет, звезд в галактиках, а также галактик в метагалактиках устойчивы. Если число измерений больше трех, то, как показал физик Пауль Эренфест в начале прошлого столетия, планеты не смогут удержаться около звезд. Даже небольшие возмущения орбиты планеты приведут к тому, что она либо упадет на звезду, вокруг которой вращалась, либо улетит от нее. Аналогичная судьба постигает и атомы с их ядрами и электронами, они при большем числе измерений оказываются также неустойчивы.

Таким образом, три пространственных измерения идеально подходят для возникновения нашего устойчиво эволюционирующего Мира.

Есть еще особая координата — время, которое по неведомым нам причинам течет только в одну сторону. Без этой координаты в Мире не было бы развития и эволюционных изменений.

Согласно современным представлениям пространство и время возникают вместе с материей в процессе сверхбыстрого (так называемого инфляционного) расширения и Большого взрыва. Идея Большого взрыва впервые была выдвинута нашим соотечественником Г.А. Гамовым в 1946 году. В конце XX века она была дополнена инфляционным расширением и превратилась в достаточно стройную и признанную большинством ученых Стандартную Космологическую Модель.

Однако, хорошо представляя развитие событий в космических масштабах, ученые не могут объяснить, как все происходило на микроуровне. В частности, не совсем ясно, почему при Большом взрыве материи образовалось чуть-чуть больше, чем антиматерии, хотя из соображений симметрии при рождении нашего Мира частиц и античастиц должно было появиться поровну. Последнее было бы катастрофой для землян — по прошествии некоторого времени все протоны и антипротоны, а также электроны и позитроны успешно проаннигилировали бы между собой, оставив на просторах пустой Вселенной одни кванты света и нейтрино.

Частицы возникли на очень раннем этапе формирования Вселенной, когда ее температура равнялась 10¹²К, а возраст —10^-5 секунды. Для жизни белковых существ нужны тяжелые элементы типа углерода, который содержит 12 протонов в ядре. Протоны, имея одинаковый заряд, отталкиваются, а значит, такое ядро мгновенно распадется. Для обеспечения стабильности ядер нужны сильное взаимодействие и нейтроны. Однако нейтрон распадается на протон, электрон и антинейтрино. Получается, что все нейтроны, рожденные в тот момент, когда Вселенная была горячей, должны распасться в дальнейшем. Но нейтроны нужны для образования ядер гелия еще до появления первых звезд. Дело в том, что ядерные реакции в звездах чувствительны к начальному составу вещества, и если гелий будет отсутствовать в момент рождения звезд, то темп термоядерных процессов в звездах изменится. В результате чего углерода, кислорода и других тяжелых элементов окажется слишком мало. Благодаря сильному взаимодействию при столкновении протон и нейтрон объединяются в одно целое — ядро дейтерия, внутри которого нейтрон может существовать сколь угодно долго. Но когда Вселенная была горячей с температурой 10¹⁰К, имелось много высокоэнергичных фотонов, которые разрушали ядра дейтерия, освобождая при этом нейтроны.

Параметры слабого взаимодействия, приводящего к распаду нейтрона, таковы, что время жизни этой частицы составляет 15 минут. Что, в общем-то, много для распадающихся частиц. Например, время жизни мюона всего 2х10^-6 секунды, остальные, нестабильные частицы распадаются еще быстрее. Этих 15 минут достаточно, чтобы температура Вселенной уменьшилась, и средняя энергия фотонов стала недостаточной для разбивания ядер дейтерия.

Именно в результате первичного нуклеосинтеза (температура около миллиарда Кельвин) появляется стабильный гелий. Ядерные реакции могли бы и дальше постепенно увеличивать массы ядер, но «утяжеление» ядер со временем прекращается по нескольким причинам. Во-первых, в результате расширения пространства расстояние между частицами возрастает и вероятность их столкновения уменьшается. Во-вторых, вследствие того же расширения энергия ядерных частиц становится недостаточной для их слияния.

Скорость расширения Вселенной — серьезный фактор, влияющий не только на содержание химических элементов в нашем Мире. Вселенная должна расширяться не слишком быстро, чтобы успели образоваться галактики, но и не очень медленно, чтобы не допустить чересчур высокой средней плотности вещества в ней — тогда останутся одни черные дыры.

Случайная закономерность
Как бы вы отнеслись к человеку, пытающемуся вычислить из неких первоначальных соображений массу нашей планеты Земля? Наверное, вы бы попытались объяснить ему, что планет много, что масса каждой образуется в результате множества случайных факторов, что в принципе такой теории не существует, просто есть много планет с разным климатом, а человечество реализовалось на одной из них, благоприятной. Но где гарантия, что, например, с массой электрона ситуация не аналогична? Возможно, вселенных много, в каждой из них — своя масса электрона и свои разумные существа. Эта любопытная идея давно обсуждается учеными. Где эти вселенные расположены, почему у них разные свойства, можно ли достичь их в будущем — вот неполный перечень вопросов к сторонникам подобной идеи. Кроме того, если «все возможно», то зачем изучать конкретную вселенную? Не будем ли мы в таком случае напоминать червячков, живущих на одном из яблок и с увлечением обсуждающих генезис, цвет, топологию и размеры яблока-вселенной?

Звездные фабрики

Поскольку для жизни белковых существ нужны углерод и другие тяжелые элементы, а в результате первичного нуклеосинтеза (в молодой и горячей Вселенной) образуются ядра не тяжелее гелия, необходимы другие способы их синтеза. Чтобы появились планеты с живыми организмами, Вселенная должна охлаждаться, но при низких температурах ядерные реакции прекращаются и тяжелые элементы не синтезируются. Для появления тяжелых элементов нужны звезды, которые нагревают небольшую область пространства Вселенной и выполняют сразу две важнейшие функции: все ядра, более сложные, чем гелий, образуются в результате реакций внутри звезд, и эти же ядерные реакции дают тепло для звезд, обогревающих и освещающих живые существа на планетах. Причем долгая жизнь звезд, исчисляемая миллиардами лет, возможна благодаря тому, что первая реакция, превращающая два протона в ядро дейтерия, позитрон и нейтрино, в цепочке ядерных преобразований водорода в гелий происходит очень редко. В условиях Солнца время этой реакции — 6 миллиардов лет. Однако протонов в недрах Солнца очень много (примерно 10⁵⁷ частиц), и тепловая мощность нашего светила в итоге составляет 3,88х10²⁶ Вт.

Итак, внутризвездный нуклеосинтез запущен, и наработка строительного материала для живых существ идет полным ходом. Но возникает другая проблема. После того как горючее в звездной ядерной «печке» будет исчерпано, тяжелые ядра, рождающиеся внутри звезд, там и останутся. А внутри звезд, пусть и остывающих, трудно найти условия для появления разумных существ.

Как знать, быть может, Земля лишь один из полигонов, на котором Сверхразум проводит свои научные эксперименты Известно, что массивные звезды живут не очень долго и взрываются в конце своего жизненного цикла. Образовавшиеся в звездах углерод и другие тяжелые элементы попадают в окружающий космос вместе с несгоревшим водородом. Но если звезды исчезнут, то кто будет обогревать разумных существ? В этом случае необходимы условия для образования новых звезд в дальнейшем — непрерывное умирание старых и рождение новых звезд. Произведя все химические элементы таблицы Менделеева из водорода и гелия — 92 сорта ядер, звезды взрываются, и в окружающее пространство попадает вещество, необходимое для формирования планет и новых звезд. Из возникших после взрывов газовых облаков образуется поколение звезд, готовое согревать своим теплом зарождающуюся жизнь. Причем это уже не только одинокие светила, но и окруженные планетами звезды. Первые звезды состояли из протонов и альфачастиц (ядра атомов водорода и гелия), а звезды следующих поколений уже обогащены тяжелыми элементами.

Таким образом, создание Вселенной, содержащей планеты и звезды, даже без разумных существ, — невероятно сложный процесс. Мы об этом не задумываемся в повседневной жизни, но, оказывается, все предметы, окружающие нас, да и мы сами, состоят из элементов, миллиарды лет назад родившихся в недрах звезд.

Уровень специального назначения
Для наглядного понимания проблем, связанных с конструированием Вселенной, стоит привести один пример. В звездах углерод образуется в две ступени. Сначала сливаются две альфа-частицы, образуя нестабильный изотоп бериллий-8. Затем к бериллию добавляется еще одна, третья альфа-частица, и появляется ядро углерода. Но, увы — бериллий-8 быстро распадается и может не дождаться третьей альфа-частицы. Значит, надо сделать так, чтобы альфа-частица прореагировала с бериллием раньше, чем тот успеет распасться. Как этого добиться? Чтобы понять этот механизм, вспомним, что ядра атомов, будучи квантовыми системами, не могут иметь произвольную энергию в возбужденном состоянии, но имеют строго определенный набор уровней, свой для каждого вида ядра. В нашем случае один из энергетических уровней ядра углерода таков, что вероятность реакции резко повышается, и это позволяет в конечном итоге образоваться углероду. Знаменитый энергетический уровень, равный 7,65 МэВ, замечателен тем, что суммарная энергия возбужденного состояния ядра углерода всего на 0,3 МэВ выше суммарной массы альфа-частицы и ядра бериллия. Эти 0,3 МэВ компенсируются кинетической энергией сталкивающихся частиц, резонансно увеличивая эффективность реакции, что было теоретически предсказано Фредом Хойлом в 1953 году. Эксперимент подтвердил правильность предсказания энергии этого уровня. Когда наша Вселенная только зарождалась, Природа уже должна была «знать» о будущей необходимости этого уровня. Здесь трудно удержаться от цитаты из работы Л.Б. Окуня «Фундаментальные константы физики»: «Когда смотришь на диаграмму энергетических уровней ядра 12С и видишь первые три уровня 4,43 МэВ, 7,65 МэВ и 9,64 МэВ, то душу охватывает чувство глубокой благодарности к уровню 7,65 МэВ за то, что он не спустился на 0,5 МэВ ниже. Какой малый запас прочности у всего, что нам так дорого!»

Комфортное существование

Белковая разумная жизнь возможна лишь в небольшом интервале температур — от 250 до 320 по Кельвину. Для обеспечения этих условий орбита планеты должна быть такой, чтобы ее средняя температура попадала в этот интервал. Хорошо бы, чтобы она была почти круглой, иначе зимы будут долгими и холодными и все живое вымерзнет. А те, кто выживет зимой, вряд ли перенесут слишком горячее лето. Расчеты показывают, что изменение орбиты Земли всего лишь на 10% уже фатально для большинства живых существ. Есть мнение, что и ночное светило — Луна, как дополнительный источник приливов, тоже нужна для появления человека разумного. Ученые пока только предполагают, как происходило зарождение жизни на Земле и как неживая материя превратилась в живых существ. Причем химики и биологи полагают, что никакой другой естественной формы существования живых существ, кроме как на основе углеродсодержащих соединений, быть не может. Да и без такой уникальной жидкости, как вода, ни возникновение, ни существование органической жизни невозможны. Поэтому интервал комфортных условий для появления жизни достаточно узок, и его не так просто реализовать при создании планет, вращающихся вокруг звезд. Это частное обстоятельство кажется слабо связанным с антропным принципом. Однако оно ярко иллюстрирует тот факт, что даже в «хорошей» вселенной появление жизни и наблюдателей автоматически не гарантируется.

Как видите, целенаправленно сотворить вселенную, населенную Разумом, архисложно. Существует, однако, и другой путь — создание большого количества разных вселенных. Возможно, тогда какая-нибудь из них да и окажется подходящей для возникновения живых существ. Конечно, множество вселенных при этом будут «нежизнеспособны».

Если число звезд в Галактике и галактик в нашей Вселенной ограниченно, то число различных вселенных, по-видимому, бесконечно. И тогда, как бы ни была мала вероятность появления жизни в одной вселенной, в бесконечно большом количестве миров она возникает с вероятностью 100%.

Соотношение сил
Сегодня человечеству известно четыре вида сил: гравитационные, электромагнитные, слабые и сильные. Каждое из названных взаимодействий отвечает за свой участок явлений нашего Мира, но оказывается, малейшие изменения их величины существенно трансформируют нашу Вселенную. Впечатляющие результаты были получены М. Тегмарком, проанализировавшим возможные последствия от изменения величины констант сильного и электромагнитного взаимодействий. Эти константы равны в нашей Вселенной 0,1 и 1/137, и даже небольшое их изменение приводит к неустойчивости атомных ядер и короткой жизни звезд. По мнению В. Картера, аналогичные ограничения имеются и по части отношения массы электрона к массе протона. Причем в этом случае страдают устойчивость звезд и стабильность атомарных структур. Во всех такого рода исследованиях обнаруживаются некоторые области возможных значений разного рода констант, то есть наш Мир хоть и уникален, но вполне устойчив, и иногда небольшие изменения законов, правящих Вселенной, не совсем катастрофичны для разумной жизни.

Жизнь цивилизаций

Допустим, условия для возникновения разумной жизни созданы и возник Разум. Каковы дальнейшие перспективы у цивилизаций? Сколько их в наблюдаемой части Вселенной? С научной точки зрения здесь мы вступаем в наиболее спекулятивную область с удивительно бедным экспериментальным материалом. По большому счету, имеется всего два тривиальных факта: во Вселенной существует по крайней мере одна цивилизация — земная, и хотя свойства Вселенной, как предполагают ученые, одинаковы во всех ее уголках, следов других цивилизаций до сих пор не обнаружено. Тем не менее наиболее любознательная часть человечества крайне заинтересована судьбой соседей по космосу и ведет интенсивную деятельность по их поиску.

За 10 млрд. лет своего существования Галактика могла быть полностью занята колониями всего одной цивилизации. В этом случае мы появились бы, когда все подходящие планеты уже заселены. И где же они, колонисты, цивилизация которых насчитывает миллиарды лет? Почему не вступают с нами в контакт? Почему поиски следов их жизнедеятельности пока безуспешны? Возможно, наше одиночество во Вселенной лишь кажущееся, и более развитые цивилизации просто не вмешиваются в нашу жизнь. Нам незнакома цивилизация, развивавшаяся 3 или 5 миллиардов лет, а также отношение ее обитателей к своему будущему и к нам. Мы по-разному относимся к бабочкам и комарам. Кто мы для древней цивилизации, комары или бабочки? Мы о ней ничего не знаем, хотя, возможно, ее обитатели заняты более важными проблемами, чем контакты с землянами, например поиском способов выживания в охлаждающейся Вселенной.

Космологические сценарии

Современные модели эволюции Вселенной предоставляют на выбор несколько сценариев будущего, и все они не дают оснований для особого оптимизма. Основной сценарий состоит в том, что если космологическая постоянная не меняется со временем, то Вселенная будет вечно расширяться и охлаждаться. В конечном итоге останутся только нейтрино, фотоны и, возможно, электроны с протонами. Никаких звезд и планет. И лишь случайно блуждающие частицы, разделенные огромными расстояниями. Частиц и сейчас мало — 1 протон на кубометр в среднем по Вселенной, а в дальнейшем плотность будет только убывать просто из-за расширения пространства.

Еще одна опасность — так называемый Большой разрыв. Эта идея была выдвинута в 2003 году в статье Р. Колдвелла, М. Камионковского, Н. Вайнберга «Фантомная энергия и космический конец света» и с тех пор интенсивно обсуждается. Есть определенные основания предполагать, что величина взаимодействия между частицами, благодаря которому существуют все структуры, начиная с атомов, уменьшается со временем. Тогда в какой-то момент, когда взаимодействие станет слишком слабым, произойдет распад всех жизненно важных объектов и Разума в том числе.

Третья опасность. Вполне возможно, что наше пространство состоит не из трех пространственных измерений, а из много большего их числа. Мы не замечаем остальных измерений ввиду их малого размера. Но если линейные параметры дополнительных измерений увеличиваются, то со временем они начнут серьезно влиять на динамику нашего Мира.

Рассмотрим некоторые варианты выхода из положения. Предположим, что развитие идет по наиболее вероятному и благоприятному первому сценарию. Тогда главная проблема — откуда в будущем черпать энергию? Никаких привычных источников не осталось, температура практически абсолютный нуль. Но жизнь, что бы под этим ни подразумевалось, сопряжена с энергетическими затратами, и восполнение их — важнейшая задача.

Для борьбы с дефицитом энергии можно понижать температуру разумных существ. Это значительно сэкономит запас энергии, поскольку тепловые потери, связанные с электрическим сопротивлением, падают при низких температурах. Правда, к биологическим структурам такой подход мало применим даже с учетом опыта зимней спячки земных животных. Поэтому, приспосабливаясь к низким температурам, придется пойти на некоторые жертвы. Например, надо будет найти более удобное убежище для Разума, нежели мозг, и полностью перестроить тело, которое, как полагает американский астрофизик Ф. Дайсон, всего лишь защитная оболочка для Разума. Разрабатываемые сегодня сверхпроводящие и квантовые компьютеры — очень даже подходящее место для обитания Сверхразума будущего, обрабатывающего информацию, практически не расходуя драгоценную энергию.

Любопытную возможность спасения представляют и современная теория поля совместно с теорией гравитации. Теоретически могут существовать такие необычные объекты, как, например, черные дыры с некоторой плотностью энергии внутри (в модели обычной черной дыры вся масса сосредоточена в центре). Время в таких объектах течет совсем не так, как вдали от них. Поэтому, стоит только оказаться внутри них, и можно продлить свое существование как угодно долго. Для стороннего наблюдателя время ее жизни ограниченно, поскольку она испаряется из-за излучения Хокинга. Но для тех, кто внутри черной дыры, время течет по-другому, и по их часам этот космический объект будет жить бесконечно долго, а вот внешний мир перестанет для него существовать еще при прохождении «границы» такой черной дыры.

Возможно, в нашей Вселенной существуют (или могут быть искусственно созданы) такие любопытные объекты, как кротовые норы, соединяющие разные участки нашего четырехмерного пространства-времени между собой или даже наш Мир с другими мирами. Тогда проблема неограниченного по времени существования Разума приобретет совсем другой оборот и ничто не помешает ему свободно путешествовать по различным вселенным, выбирая благоприятное место обитания. Более того, разобравшись с тем, как рождаются вселенные и почему у них бывают различные свойства, сверхцивилизация может заняться поиском готовых и созданием новых миров, более приспособленных для жизни и не подверженных разного рода катаклизмам, присущим нашему Миру.

Заселение Галактики
Понимая всю неполноту наших знаний о зарождении цивилизаций, попробуем поговорить о вероятности встречи с внеземным Разумом. Для анализа возьмем только нашу Галактику с ее 100 миллиардами звезд и посмотрим, насколько быстро может расшириться сфера обитания одной цивилизации. Для начала оценим ее возраст. Наше Солнце зажглось 5 млрд. лет назад, и этого времени хватило, чтобы жизнь зародилась и эволюционировала до нашего уровня. Будем считать, что эта цифра (5 млрд. лет) типична и для других цивилизаций. Но в нашей Галактике Млечный Путь звезды рождались и десять миллиардов лет назад. Тогда получается, что некая цивилизация может быть старше нас на 5 млрд. лет. Будем считать ее похожей на нашу. Значит, ее обитателям, как и нам, потребовалось 10 тыс. лет, чтобы из дикого состояния перейти к космическим полетам. Даже если добавить еще тысячу лет на освоение межзвездных перелетов, это — небольшой срок по сравнению с временем жизни древней цивилизации и Галактики в целом. Итак, допустим, что несколько миллиардов лет назад появилась цивилизация, стремящаяся осваивать новые планеты. Обычно оценивается количество таких независимых цивилизаций. Эти оценки содержат много неопределенностей, но забудем о них и предположим, что появилась всего одна. Далее делаем предположения, которые каждый может изменять по собственному усмотрению. Будем считать, что экспансия осуществляется следующим образом. От планеты, заселенной працивилизацией, снаряжаются три корабля, летящие в разные стороны, с одной тысячей поселенцев и необходимой техникой. Корабли долетают до ближайших подходящих звезд, и пралюди поселяются там. Расстояние между звездами — 1 парсек, скорость корабля — 0,03 cкорости света (то есть примерно 10 000 км/с), так что лететь они будут 100 лет. Дадим им еще лет 300 спокойно пожить и размножиться так, чтобы они были в состоянии повторить операцию — отправить еще три таких же корабля к следующим звездам. При таких предположениях поселенцы будут распространяться по Галактике со скоростью 1 парсек в 400 лет. Размер нашей Галактики — 50 килопарсек и, чтобы заселить ее всю, потребуется повторить операцию всего 5x10⁴ раз. Нетрудно подсчитать, что через 20 млн. лет одна-единственная цивилизация заполнит всю Галактику. Причем эта цифра получена с большим запасом, поскольку солидное число звезд сосредоточено близко к центру Галактики и расстояние между ними гораздо меньше 1 парсека. Кроме того, далеко не все звезды имеют подходящие планеты и на их заселение не будет потрачено время.

Сергей Рубин, доктор физико-математических наук

Земля вооружается против угрозы из космоса

10.10.2006

Источник: Правда.Ру

URL: http://www.pravda.ru/science/planet/space/199597-asteroid-0

С помощью нового телескопа астрономы будут отслеживать небольшие космические тела, которые при падении на Землю грозят уничтожить целый город. Кроме того, планируется поиск взрывающихся звезд и анализ свойств темной материи.

Британские астрофизики приступают к поиску астероидов, угрожающих Земле. Их интересуют космические тела диаметром менее одного километра. Исследователи трёх университетов Великобритании подписали соглашение об использовании для этой цели одного из мощнейших в мире телескопов Pan-Starrs, который будет построен на Гавайях (США). Телескоп оборудуют самой совершенной оптикой и современной цифровой камерой.

Специалисты полагают, что поиск околоземных астероидов позволит создать более детальную карту Вселенной. В ходе исследования они намерены изучить небольшие объекты Солнечной системы, а также провести поиск взрывающихся звёзд, создать трёхмерные карты галактик. Астрофизики проанализируют тёмную материю и оценят её свойства. Одной из главнейших своих задач они считают изучение эволюции галактик.

Из-за многогранности поставленных задач и объёма работы в исследованиях примут участие специалисты трёх британских университетов: университета Дурхама, Королевского университета в Белфасте и Эдинбургского университета.

«Нынешнее поколение исследовательских телескопов разработано для изучения космических объектов диаметром 1 километр и более, столкновение с которыми может вызвать на Земле мгновенное изменение климата», - рассказал Алан Фитцсиммонс, профессор астрономии Королевского университета в Белфасте.

«Более мелкие космические тела требуют более мощного телескопа и более эффективной цифровой камеры. Космические объекты небольшого размера не несут существенной угрозы для земного климата, - уточняет он. Астероиды чаще сталкиваются с нашей планетой, потому что их гораздо больше, чем крупных космических тел».

Астероиды диаметром менее километра вряд ли приведут к катастрофическим изменениям климата или даже к гибели человечества, однако они могут стать причиной массовых разрушений и миллионов смертей при попадании в крупный город.

Последний известный случай имел место на территории Сибири. Тунгусский метеорит, упавший в 1908 году, не привёл к большим жертвам и разрушениям из-за малонаселённости этой местности. В то же время, падение этого космического тела на более урбанизированную область могло иметь драматические последствия.

Доктор Фитцсиммонс и его коллеги из Королевского университета в Белфасте возглавят программу по идентификации потенциально опасных астероидов для Земли. Исследователи в Дареме и Эдинбурге будут изучать более отдаленные объекты Вселенной, также они займутся исследованием эволюции галактик.

Джон Пикок (John Peacock), профессор космологии Эдинбургского университета так оценил предстоящий совместный проект: «Pan-Starrs – изумительный инструмент для изучения Вселенной».

Планируется, что Pan-Starrs будет использовать четыре 1,8-метровых телескопа. Первый опытный образец телескопа «PS1» уже установлен на вулканическом пике Халекала на Гавайях.

Артём НЕДОЛУЖКО

http://grani.ru/Society/Science/p.104683.html

От космических взрывов Землю хранят металлы

Гамма-всплески (gamma-ray bursts - GRBs) - это самые мощные звездные взрывы во Вселенной. И подобная "неприятность" в основном случается со звездами, масса которых в десятки раз превышает массу нашего Солнца. Такой взрыв порождает два смертельных пучка гамма-излучения, направленных в противоположные стороны (исходящие из северного и южного магнитных полюсов обреченной звезды). Мнения ученых о том, что же собой представляют гамма-всплески, за сорок лет их изучения так до конца не устоялись, однако чаще всего эти явления связывают с коллапсом массивных звезд с последующим образованием черных дыр и с процессами слияния нейтронных звезд.

За пределами нашей Галактики гамма-всплески теперь, с введением в строй специализированных зондов вроде Swift (запущен NASA 27 ноября 2004 года), наблюдаются достаточно часто (практически ежедневно), поэтому естественно задаться вопросом, какова вероятность подобных событий в непосредственной близости от Земли, и чем это нам всем грозит. Ответ на второй вопрос, в общем-то, ясен. Вычисления показывают, что гамма-излучение от относительно близкого (несколько тысяч световых лет) звездного взрыва, "обрабатывающего" Землю в течение всего лишь нескольких секунд, может разрушить до половины защитного озонового слоя атмосферы, и тогда ультрафиолетовая радиация от Солнца уничтожит большую часть жизни на суше и в приповерхностных слоях океанов, морей и озер, необратимо нарушит те продовольственные цепочки, благодаря которым происходит питание живых существ. Дело в том, что высокоэнергетичные гамма-лучи разбивают молекулы атмосферного азота (N₂) на отдельные атомы, которые вступают в реакцию с молекулярным кислородом (O₂), в результате чего получается окись азота (NO), которая в свою очередь разрушает озон (O₃) и дает диоксид азота (NO₂). NO₂ с атомарным кислородом опять же дает NO, разрушая все больше озона - процессы носят лавинообразный характер. А восстановление озонового слоя в земной атмосфере (до 90%) может длиться затем долгие годы...

С осознанием грозящей нам со стороны гамма-всплесков опасности появилась гипотеза, согласно которой один из таких гамма-всплесков стал причиной так называемой ордовикской катастрофы (450 миллионов лет назад), случившейся приблизительно за 200 миллионов лет до динозавров и вызвавшей гибель 60 процентов всех морских беспозвоночных (в те времена жизнь была еще в основном связана с морем, хотя есть свидетельства появления в тот период и первых примитивных наземных обитателей). Кроме этого печального события, за последние 600 миллионов лет на Земле насчитывают еще четыре случая массового исчезновения живых существ: это девонская катастрофа (370 миллионов лет назад), пермская (250 миллионов), триасовая (210 миллионов лет) и меловая (65 миллионов лет назад). Не исключалось, что в каких-то из этих катастроф помимо "банальных" падений астероидов также можно обвинить и гамма-всплески. Казалось бы, опасность близких гамма-всплесков нельзя исключить для Земли и в будущем...

Однако теперь группа астрономов из Университета штата Огайо (Ohio State University - OSU, США), возглавляемая ученым польского происхождения Кшиштофом Станеком (Krzysztof Stanek) и нашим соотечественником Олегом Гнединым (работавшим когда-то в петербургском Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе), решила все-таки успокоить всех тех, кто мучим бессонницей в ожидании внезапной космической вспышки гамма-излучения: на самом деле подобный случай в пределах нашей родной Галактики очень и очень маловероятен (публикация в "Астрофизическом журнале" (Astrophysical Journal - ApJ).

Согласно новому исследованию, GRBs могут случаться в основном лишь в небольших бесформенных галактиках, которые испытывают серьезный недостаток в химических элементах тяжелее водорода и гелия (астрономы зачастую условно называют подобные элементы "металлами"). Но даже и среди "бедных металлами" галактик подобные события все-таки достаточно редки - случаются они раз в несколько лет. А наш Млечный путь самым радикальным образом отличается от подобных "GRB-галактик" - это крупная спиральная галактика с большим количеством тяжелых элементов.

Пользуясь данными Слоановского цифрового обзора неба (Sloan Digital Sky Survey - SDSS), астрономы провели статистический анализ параметров, связанных с четырьмя "длинными" гамма-всплесками (т.е. порождаемыми, вероятно, превращением крупных звезд в черные дыры), зафиксированными в близлежащих галактиках (с красным смещением z < 0.17), сравнив в первую очередь массу самих хозяйских галактик, интенсивность формирования в них новых звезд и насыщенность "металлами" по сравнению с другими галактиками (изучалось в первую очередь распространенность кислорода). Выборка, конечно, может показаться и не слишком-то обширной, но она оказалась вполне показательной: вся четверка - это маленькие галактики с интенсивным звездообразованием и низким содержанием "металлов", причем в той галактике, что отличается максимальным для своего класса содержанием "металлов" и наибольшей "похожестью" на Млечный путь, гамма-всплеск оказался самым слабым. Исходя из этого, исследователи делают вывод, что наша Галактика вообще не могла бы оказаться "домом" для какого-либо такого гамма-всплеска на протяжении по крайней мере последних нескольких миллиардов лет.

Кроме всего прочего, тяжелые элементы требуются и для того, чтобы вокруг звезд могли бы образовываться планеты, поэтому любая опасная с точки зрения рождения гамма-всплесков галактика с низким содержанием "металлов" автоматически будет обладать меньшим количеством планет и меньшими возможностями для развития жизни. Этому "разумному" обстоятельству также нельзя не порадоваться.

Американский физик Адриан Мелотт (Adrian Melott) из Канзасского университета в Лоренсе (University of Kansas), являющийся сторонником гипотезы о том, что массовое исчезновение видов на нашей Земле в конце ордовикского периода было вызвано гамма-всплеском, признает разумность аргументов своих коллег, однако указывает на то, что раз в несколько сот миллионов лет Млечный путь все-таки имеет обыкновение "проглатывать" очередную карликовую галактику, и вот эти-то карликовые галактики на самом деле бедны металлами и таким образом "потенциально взрывоопасны" с точки зрения "длинных" GRBs. Кроме того, в новом исследовании речь не идет о "коротких" гамма-всплесках (это слияния двойных компактных объектов, по времени - менее одной-двух секунд), которые не столь "привередливы" к окружающей их среде. Так что вопрос о возможности близкого гамма-всплеска все-таки остается открытым...

Источники:
Protecting Life in the Milky Way: Metals Keep the GRBs Away - arXiv.org
Deadly Astronomical Event Not Likely To Happen In Our Galaxy, Study Finds - Ohio State University News Research Archive
Earth Safe from Cosmic Explosions - ScienceNOW Daily News

Ссылки:
Защищая жизнь в Млечном пути: металлы удерживают гамма-всплески на расстоянии - Обзоры препринтов astro-ph
Explosions in Space May Have Initiated Ancient Extinction on Earth - NASA
Гамма-всплески - "Астронет"
Гамма-всплески: секундные катастрофы галактического масштаба - Scientific.ru
Гамма-всплески помогают изучать нашу собственную Галактику - "Астронет"
Гамма-всплески и гравитационные линзы - "Природа", #6, 2003 г.

20.04.2006 00:16

Максим Борисов

От неминуемой катастрофы Землю спасет "гравитационный тягач"

http://grani.ru/Society/Science/p.97957.html

Ученые NASA придумали, как они считают, удивительно простой, но эффективный способ отклонять в сторону астероиды, приближающиеся к Земле и грозящие неминуемой катастрофой. Специалисты предлагают "подвешивать" рядом с такими астероидами крупные космические корабли... и просто позволить гравитации делать свою работу (публикация в журнале Nature (vol 438, p 177)).

Беспокойство по поводу возможной астероидной атаки усилилось в связи с новыми прогнозами, касающимися астероида Апофис (99942 Apophis - 2004 MN4) диаметром 320 метров. Дело в том, что астрономам, изучающим его траекторию, за последнее время удалось почти со стопроцентной вероятностью исключить его столкновение с Землей во время предстоящего сближения 2029 года, однако вслед за этой хорошей новостью появилась и плохая: на астероид во время его пролета (а он окажется от нас в пределах 30 тысяч километров - ближе, чем Луна и даже ближе, чем многие телекоммуникационные спутники) может пока еще до конца не просчитанным образом воздействовать гравитация Земли и "подправить" его орбиту таким образом, что в следующий-то раз (к 2036 году) он уже не промахнется (в настоящее время говорится об 1 шансе из 5 500, но полную ясность в этот вопрос внесет лишь время)... И угодив в Нью-Йорк (еще одно маловероятное допущение) - астероид уничтожит не только сам город, но и его окрестности... Подобные опасения заставили создать специальный фонд B612, получивший название "Маленький Принц" - по имени главного героя замечательной книги Антуана де Сент-Экзюпери, путешествовавшего по астероидам, - и начать обсуждение вариантов спасения...

Предыдущие предложения такого рода сосредотачивались на отклонении наступающего астероида направленными ядерными взрывами. Однако эксперты NASA полагают, что "гравитационный тягач" вполне способен справиться с той же самой работой, создав невидимый буксирный трос, стаскивающий "космическую скалу" с ее убийственного курса.

"Большинство людей мыслит категориями Голливуда и считает, что с подобной задачей справиться в силах лишь ядерное оружие", - говорит Эдвард Лу (Edward Lu), ученый NASA и астронавт, который помогал развивать эту идею (последний раз Эд Лу летал в космос в составе седьмой экспедиции на МКС (25 апреля - 27 октября 2003 года) и оказался первым американцем - бортинженером "Союза" и первым американцем, который как взлетел, так и приземлился на "Союзе TMA-2"). Однако применение столь "тяжелой артиллерии" грозит образованием множества осколков, часть из которых попадет на Землю (хотя, конечно, вреда они принесут гораздо меньше). Другое предложение: ядерные бомбы можно взорвать в непосредственной близости от астероида. Отдача в таком случае должна лишь немного подтолкнуть неповоротливого монстра, не разделяя его на множество своенравных фрагментов...

Более свежая идея состоит в том, чтобы опасные астероиды... покрасить из гигантского пульверизатора (белые астероиды - черной краской, черные, наоборот, белой). Это должно изменить интенсивность, с которой астероид "подталкивают" солнечные лучи и таким образом также привести к исправлению его курса. Однако количество требуемой на это дело краски может оказаться поистине огромным (впрочем, вместо краски поверхность астероида можно как-нибудь обработать - взрывами, термическими методами, создав множество мелких кратеров-лунок... - с тем, чтобы существенно изменить его текущее альбедо).

Лу и его коллеги первоначально задумывались о посадке космического корабля на астероид с тем, чтобы слегка подтолкнуть "злодея" и заставить его сменить курс. Однако слабость гравитационного притяжения может привести к тому, что для аппарата окажется далеко не простым делом прочно усесться на какую-нибудь "груду щебня". К тому же астероиды зачастую заметно вращаются, так что спешащий завершить свою героическую миссию корабль может просто заставить гибельный астероид вращаться еще быстрее, вместо того, чтобы изменить его курс.

В конце концов группа Лу осознала, что космический корабль вообще не должен садиться на астероид. Ведь простое размещение возле небесного тела на длительное время достаточно тяжелого объекта (примерно так, как ныне завис японский "Хаябуса" над своим Итокавой) уже само по себе окажет необходимое воздействие, способное повлиять на астероидную орбиту (хотя "Хаябуса"-то как раз не в силах оказать на "свой" астероид никакого заметного влияния, поскольку слишком мало весит). Так, для "обработки" астероида диаметром 200 метров (т.е. чтобы создать достаточное ускорение для изменения его курса) космический корабль весом в 20 тонн должен будет висеть в 50 метрах от астероидной поверхности в течение приблизительно одного года.

Столь "весомые" космические корабли - вещь в настоящее время вполне реальная, такие уже разрабатывались... Остается только уповать на нашу способность обнаруживать астероидную угрозу загодя, хотя бы лет за 20 до возможной катастрофы. Для больших астероидов это не представляет большого труда, а вот о "крошках" поперечником от полукилометра и меньше (с которыми есть шанс повозиться с помощью "гравитационного тягача") мы сможем узнать лишь за несколько лет до соударения...

Возможно, следовало бы направить больше средств именно на предсказания таких столкновений, а не на разработку средств противодействия, поскольку в таком случае можно будет хотя бы эвакуироваться вовремя из обреченных районов. В настоящее время обнаружено 3 611 околоземных астероидов самого разного калибра из (предположительно) 100 тысяч, способных породить цунами столь же разрушительные, как и то, что поразило побережье Индийского океана в прошлом декабре. Ну а кое-кто, вероятно, предложит вообще не тратить средств на всю эту лабуду, а просто почаще молиться и не грешить...

Механизм взрыва звезд радикально переосмыслен - выяснилось, что важнейшим фактором коллапса звезды является звук. Новое открытие заставит по-новому взглянуть на странные и пугающие процессы, наблюдаемые в последние годы на Солнце.

Группа ученых из аризонского университета под руководством Эдама Барроуза (Adam S. Burrows) отыскала ключевой фактор, необходимый для понимания процессов, ведущих к фактически мгновенной гибели звезды. Им оказался звук. Звуковые волны, генерируемые в недрах гибнущей звезды, оказываются настолько сильны, что им под силу разорвать звезду на части. "Этот процесс способен стать совершенно новой парадигмой сверхновых", - полагает сам д-р Барроуз.

Современная наука полагает, что взрыв сверхновой происходит в результате выработки ее "горючего", после чего она "схлопывается" - коллапсирует - под действием собственной тяжести. На этапе коллапса возникает новое ядро звезды - нейтронное, при этом образуется ударная волна. Доминирующая в настоящее время теория полагает, что энергию ударная волна получает от потока нейтрино, образующихся в ядре звезды. Однако эти частицы, уносящие в космическое пространство более 99% энергии сверхновой, вследствие этого практически не передают энергии самой ударной волне. Вследствие этого в большинстве моделей она гасится, не успев разорвать звезду в клочья.

Правда, ранее при моделировании сверхновой стадию формирования нейтронного протоядра и связанные с этим процессы ученые просто оставляли без рассмотрения. Группа Барроуза, сообщает журнал "Sky and Telescope", решила рассмотреть также и этот этап, поступившись скоростью проведения вычислений. Благодаря этому им удалось обнаружить новый механизм разрушения звезды, способный разнести ее на куски. Для этого ученые построили математическую двумерную модель коллапсирующей невращающейся звезды массой в 11 масс Солнца.

Коллапсирующее вещество падает на формирующееся нейтронное ядро асимметрично. При этом ядро начинает осциллировать, вибрируя наподобие исполинского динамика и преобразуя гравитационную энергию падающего вещества в акустические волны, распространяющиеся на диаметрально противоположную сторону звезды. Звуковые волны при этом "наталкиваются" друг на друга, образуя сверхмощные ударные волны. Их энергии и импульса, как показали вычисления, вполне достаточно, чтобы не только разорвать звезду на куски, но и отбросить их в космическое пространство с огромной скоростью.

Независимая группа под руководством Дж. Крейга Уилера (J. Craig Wheeler) из техасского университета в г. Остин, анализировавшего генерацию звуковых волн под действием магнитного поля ядра звезды, также пришла к выводу о чрезвычайно важности акустического механизма в ее разрушении. "Наша работа также выявила значение акустического механизма в качестве важнейшего фактора, - говорит д-р Уилер. - Полагаю, что здесь мы имеем дело с чем-то новым и важным".

"Уже давно в этой области не появлялось ничего действительно нового, - полагает Стэн Е. Вузли (Stan E. Woosley) из калифорнийского университета в г. Санта-Круз. - Результаты вычислений должны быть подтверждены другими группами, их необходимо провести для звезд различных типов, но самое главное - в трех измерениях".

Неожиданно выявившаяся мощь акустических волн в звездах способна существенно повлиять и на наши представления о собственном светиле. В последнее время все чаще высказываются предположения о том, что отмечаемое нарастание активных процессов на Солнце может иметь экстарординарный характер. Понимание новых механизмов гибели звезд позволит понять, встает ли перед человечеством новой угрозой.

В ближайшие 10 лет применят оружие массового поражения

Комиссия Сената США по иностранным делам под председательством сенатора-республиканца Ричарда Лугара опубликовала отчет о риске применения оружия массового поражения. Прогноз оказался весьма неутешительным: оказалось, что в течение ближайшего десятилетия вероятность использования данного "отрицательного" продукта мирового прогресса составит 70%. Отметим, что к оружию массового поражения относят как ядерное, так и биологические, химические и радиоактивные бомбы и тому подобные устройства.

В опросе, проведенном исследователями, значится, что четыре из пяти человек считают, что власти их страны не уделяют должного внимания сокращению производства и применения ядерного оружия.

Кроме того, в докладе высказывается возможный сценарий ядерной атаки, которую могут предпринять террористы. По мнению экспертов, скорее всего, они используют самодельное оружие, которое будет изготовлено из материала, приобретенного на черном рынке.

Чтобы избежать подобной катастрофы, исследователи предлагают построить мировую демократию и, как следствие, доброжелательные международные отношения между государствами. Но даже в этом случае, по словам Лугара, мир не может быть застрахован от агрессии мелких террористических групп, которым вдруг станет доступно оружие массового поражения.

Отчет выявил, что наибольшую угрозу представляет радиационное оружие, или так называемая "грязная бомба". В ней стандартный механизм начинен радиоактивным материалом. Следующими в списке риска значатся химическое и биологическое оружие. Что любопытно, по мнению комиссии, в последнюю очередь следует ждать серии ядерных взрывов.

Тем не менее, когда эксперты сравнили все данные относительно возможности применения какого-либо вида оружия, то пришли к выводу, что в течение последующих пяти лет риск достигнет 50%. Если же за этот промежуток времени нас минует эта беда, то в наступающем десятилетии шансы увеличатся уже до 70%, и это по самым оптимистическим подсчетам.

В журнале Astrophysical Journal Letters опубликован доклад, в котором утверждается, что причиной массового вымирания живых организмов, произошедшего примерно 450 млн. лет назад - в конце Ордовикского периода, - был мощный гамма-всплеск, произошедший в относительной близости от Солнечной системы. Тогда исчезли приблизительно 60% видов морских беспозвоночных.

Редкий снимок гамма-всплеска и его свечения в видимом диапазоне.

Гамма-всплески - масштабнейшие космические катастрофы, сопровождающиеся в буквальном смысле исполинскими выбросами энергии - свечение одного всплеска может перекрывать свечение всех окружающих галактик, а то и всей Вселенной, доступной для наблюдения с Земли. Как правило, такие всплески очень кратковременны - от нескольких долей секунды до нескольких десятков (редко - сотен) секунд.

Лишь недавно удалось проассоциировать некоторые всплески с видимыми объектами, но до сих пор не ясно окончательно, что является причиной этих явлений. Известно, что источники всех всплесков, которые учёные смогли пронаблюдать, находились далеко за пределами нашей галактики.

По мнению авторов доклада в Astrophysical Journal Letters (AJL), если такой всплеск произойдёт в пределах нашей галактики, это будет означать катастрофу для человечества. А если источник всплеска (предполагается, что таковым могут быть сталкивающиеся нейтронные звёзды или чёрные дыры, а также коллапсирующие, превращающиеся в чёрные дыры, гигантские звёзды) окажется в пределах 6000 световых лет от Земли, то планету ждёт полное опустошение.

Гамма-излучение способно расщеплять озон, и, следовательно, мощный гамма-всплеск уничтожит озоновый слой Земли, в результате чего биосфера окажется беззащитной перед смертоносным ультрафиолетовым излучением Солнца. Компьютерное моделирование показало, что в течение нескольких недель исчезнет примерно половина озонового слоя. И даже спустя пять лет как минимум 10% озона будет недоставать.

Кроме того, компьютерная модель свидетельствует, что и планктон, и все прочие формы морской жизни в пределах метра-двух от поверхности океана неизбежно должны погибнуть. В первую очередь это касается планктона. А поскольку тот - основа пищевой цепочки всей морской фауны, последствия окажутся катастрофическими.

Ранее главным виновником Ордовикского вымирания считалось наступление Ледникового периода. Однако, по мнению авторов доклада в AJL, гамма-всплеск также должен был вызвать мощное похолодание, и если причиной того вымирания был действительно такой всплеск, его воздействие было вдвойне убийственным.

На данный момент у человечества нет эффективных средств не только защиты, но даже и прогнозирования гамма-всплесков. В ноябре прошлого года NASA запустил аппарат Swift, автоматического "охотника" за гамма-всплесками, который, при удачном раскладе, сможет фиксировать два-три далёких всплеска в неделю. Пока всё лишь этим и ограничивается.

Гамма-всплески могли стать причиной массовой гибели живых существ на Земле

Так художник представляет близкий к Земле (6 тысяч световых лет) гамма-всплеск. Изображение NASA

Исследователи из NASA и Канзасского университета (University of Kansas) считают, что случаи массовой гибели живых существ на Земле сотни миллионов лет назад можно объяснить, если использовать информацию о мощнейших звездных взрывах, получивших наименование гамма-всплесков (gamma-ray burst - GRB). Прямых доказательств того, что какой-либо из этих взрывов, случившихся в непосредственной близости от нашей планеты, действительно стал причиной вымирания, например, динозавров, пока еще не найдено, однако ценность новой исследовательской работы заключается в том, что ученые сумели провести детальное компьютерное моделирование катастрофических процессов, протекающих при подобном событии в земной атмосфере - по существу удалось составить возможный сценарий этого армагеддона (публикация в Astrophysical Journal Letters).

Гамма-всплески - самые мощные звездные взрывы во Вселенной, и большая их часть происходит, разумеется, в отдаленных галактиках. Подобная "неприятность" в основном случается со звездами, масса которых в 15 и большее количество раз превышает массу нашего Солнца. Такой взрыв порождает два смертельных пучка гамма-лучей, направленных в противоположные стороны. Мнения ученых о том, что же собой представляет гамма-всплеск, до сих пор расходятся, хотя чаще всего это явление связывают с коллапсом массивных звезд с последующим образованием черных дыр или процессами слияния этих "монстров". Связь между такими экстремальными событиями и более "привычными" вспышками сверхновых тоже еще однозначно не установлена, а если они действительно между собой тесно связаны, тогда в природе может иметь место своего рода "континуум" космических взрывов, с непрерывным энергетическим распределением от "обычных" сверхновых до гамма-всплесков.

Гамма-лучи поражают атмосферу Земли. Изображение NASA

Вычисления Брайана Томаса (Brian Thomas) из Канзасского университета и Чарльза Джэкмана (Charles Jackman) из Годдардовского центра космических полетов (Goddard Space Flight Center) NASA (штат Мэриленд) показывают, что гамма-излучение от относительно близкого (около 6 тысяч световых лет) звездного взрыва, "обрабатывающего" Землю в течение всего лишь десяти секунд, может разрушить до половины защитного озонового слоя нашей атмосферы (последствия проявятся в течение ближайших недель). Дело в том, что высокоэнергетичные гамма-лучи разбивают молекулы атмосферного азота (N₂) на отдельные атомы, которые вступают в реакцию с молекулярным кислородом (O₂), в результате чего получается окись азота (NO), которая разрушает озон (O₃) и дает диоксид азота (NO₂). NO₂ с атомарным кислородом опять же дает NO, разрушающую все больше озона. Восстановление его слоя в земной атмосфере (до 90%) растягивается затем по крайней мере на пять лет. После повреждения озонового слоя ультрафиолетовая радиация от Солнца может уничтожить большую часть жизни на суше и в приповерхностных слоях океанов, морей и озер, необратимо нарушить те продовольственные цепочки, благодаря которым происходит питание живых существ.

Ученые теперь считают, что гамма-всплеск, возможно, стал причиной так называемой ордовикской катастрофы (450 миллионов лет назад), случившейся приблизительно за 200 миллионов лет до динозавров и вызвавшей гибель 60 процентов всех морских беспозвоночных (в те времена жизнь была еще в основном связана с морем, хотя есть свидетельства появления в тот период и первых примитивных наземных обитателей). Кроме этого случая, за последние 600 миллионов лет на Земле насчитывают еще четыре случая массового исчезновения живых существ: это девонская катастрофа (370 миллионов лет назад), пермская (250 миллионов), триасовая (210 миллионов лет) и меловая (65 миллионов лет назад). Возможно в каких-то из этих катастроф помимо наиболее "общеупотребимых" падений астероидов можно обвинить и гамма-всплески.

Карта, отображающая поражение ДНК (красный цвет) в случае близкого гамма-всплеска. Изображение NASA

К счастью, гамма-всплески в нашей Галактике случаются достаточно редко... Но по оценкам ученых один раз в миллиард лет Земле от близкого GRB все-таки может очень и очень серьезно "достаться". А так как по современным понятиям жизнь на нашей планете существует уже по крайней мере 3,5 миллиарда лет, то ситуации, когда гамма-радиация катастрофическим для этой самой жизни образом "выжигала" атмосферу нашей планеты, надо думать, возникали уже неоднократно.

Бури на Солнце съели земной озон

Экстремальная солнечная вспышка 4 ноября 2003 года. Фото SOHO/NASA/ESA с сайта www.livescience.com

Мощнейшие магнитные бури на Солнце, разразившиеся в ноябре 2003 года, послужили причиной истончения озонового слоя в арктических широтах. Последствия этих явлений, согласно недавно опубликованным в Geophysical Research Letters данным спутниковых наблюдений, ощущались на протяжении целых восьми месяцев. Уровень содержания озона в атмосфере Земли в 2004 году упал до 40% от нормы.

"Мы никогда не наблюдали столь низкого уровня содержания озона в северном полушарии, - говорит Кора Рэндалл (Cora Randall), американский геофизик из Лаборатории атмосферной и космической физики Колорадского университета в Боулдере, проводившая эти исследования. - Это совершенно неожиданное открытие, показывающее, сколь критически важно для всех нас правильно понимать процессы, протекающие в озоновом слое".

Озон - это аллотропное видоизменение кислорода. В отличие от двухатомной молекулы обычного кислорода молекула озона трехатомна. Озон в земной стратосфере (верхних слоях атмосферы, что располагаются между тропосферой и мезосферой) защищает планету от вредного ультрафиолетового излучения, разрушающего ДНК (хотя приземный - тропосферный озон считается загрязнителем). Большая часть молекул озона O₃ находится в нижней и средней части стратосферы (в так называемой озоносфере - на высотах от 10 до 50 км), где наблюдается истончение его слоя в районе земных полюсов, вызванное (согласно современным научным воззрениям) главным образом разрушительным воздействием искусственных химикалий вроде хлорофтороуглеродов (chlorofluorocarbons - CFCs).

Рэндалл и ее коллеги из Канады, Норвегии, Швеции и Соединенных Штатов с помощью семи спутников изучили распределение озона в верхней части стратосферы (на высотах свыше 40 километров), где содержится приблизительно одна пятая часть исследуемого вещества. Их наблюдения показали, что природа способна "подражать" процессам искусственного повреждения озонового слоя, повышая уровни атмосферных окисей азота (NOx), которые приводят к пробою "щита", хранящего все живое от гибельного ультрафиолета.

Эффект подобен всем известному "эффекту домино" (когда одна упавшая костяшка вызывает падение всех остальных), и начался он в октябре-ноябре 2003 года, когда Солнце испустило рекордное количество заряженных частиц, устремившихся к Земле, а уровень солнечной радиации превысил все мыслимые нормы.

Магнитное поле нашей планеты пропускает некоторые электроны из числа прибывших со "штормящего" Солнца и переправляет их в верхние слои атмосферы над полюсами (они как бы скользят по магнитным линиям). Электроны там сталкиваются с молекулами азота, разрушают их, порождая в результате ионы азота. Эти новообразовавшиеся свободные радикалы объединяются с ближайшими молекулами кислорода, формируя молекулы оксида азота - уровни которого, согласно данным со спутников, резко повысились в ноябре и декабре 2003 года (важное уточнение: как наблюдать со спутников за поведением соединений азота в верхних слоях атмосферы у полюсов во время полярной ночи, еще пока никто не придумал, так что имеется в виду некая экстраполяция). И, наконец, нисходящие воздушные потоки в приполярных арктических областях разносят эти молекулы по стратосфере. Там каждая молекула оксида азота может "разорвать" сотни молекул озона, начинается цепная реакция, подобная тому, что протекает и в случае с коварными CFCs. Эффект, согласно данным Рэндалл, наблюдался еще даже в июле 2004 года.

Рэндалл, впрочем, подчеркивает, что к Антарктиде (вызывающей большие опасения в связи с обнаруженными в 1980-х годах "озоновыми дырами") на этот раз все эти негативные процессы не имели прямого отношения, поскольку потери озона там снизились под воздействием сезонных эффектов. Летние солнечные лучи, освещавшие Южный полюс во время солнечного шторма, разрушали обособленные молекулы оксида азота, не позволяя тем самым им вести свою разрушительную работу по уничтожению озона. Рэндалл надеется, что новые результаты помогут ученым лучше разобраться в процессах восстановления озонового слоя.

Максим Борисов

Ранняя Вселенная оказалась спокойной
http://grani.ru/Society/Science/m.77062.html
Две сталкивающиеся галактики. Фото NASA с сайта info.anu.edu.au

Мы уже привыкли к тому, что ранняя Вселенная среди астрономов считается царством хаоса и неистовых бурь, с галактиками, рвущими друг друга в клочья. Теперь же астрофизик Алистер Грэм (Alister Graham) из Австралийского национального университета (Australian National University - ANU), проанализировав изображения ряда галактик, находящихся от нас на расстоянии в 100 миллионов световых лет, полученные камерой Wide Field Planetary Camera 2 космического телескопа "Хаббл" (Hubble Space Telescope), подверг сомнению это общепринятое убеждение. Он выяснил, что столкновений на самом деле было раз в десять меньше, чем считалось ранее. Многие ученые полагали, что для того, чтобы образовались галактические ядра, требовалось множество столкновений крупных галактик, однако, согласно выкладкам доктора Грэма, для этого было достаточно фактически одной-единственной коллизии.

Хотя теоретические построения и раньше показывали, что развитие Вселенной могло определяться меньшим числом столкновений, наблюдения Грэма впервые подтвердили эти теории на практике. "Новый результат находится в точном согласии с популярными моделями иерархического структурного формирования нашей Вселенной, - говорит доктор Грэм. - Если бы было 10 слияний, то мы бы обнаружили дефицит звездной массы, в 10 раз превышающий фактические массы центральных черных дыр. Множество галактик имеют крупные центральные черные дыры, но среди них нет обделенных звездами ядер. Поэтому вовсе не каждая черная дыра формируется путем пожирания окружающих ее звезд. Вместо этого мы наблюдаем разрушение ядер галактик после объединения двух массивных монструозных космических шаров".

Нужно отметить, что хотя наша галактика Млечный путь успела захватить множество маленьких спутниковых галактик, в своем недавнем (по космическим меркам) прошлом она не испытывала глобальных столкновений. Если бы это произошло, то плоскость ее диска, видимая ясными ночами как слабосветящаяся широкая лента, была бы разорвана и рассеяна по всему небу. Такая судьба ожидает ее приблизительно через три миллиарда лет, когда Млечный путь столкнется с более крупной соседней спиральной галактикой Андромеда.

Наша Вселенная может быть уничтожена?

Гамма-вспышки для Земли не опасны?

Жизни на Земле угрожают "галактические нырки"

Выявлен самый опасный астероид

Астрономы заглянули в будущее нашей Галактики

Где искать обитаемые планеты? - Составлен список звезд

"Шальные" звезды чрезвычайно опасны

Вселенная взрывается чаще, чем ожидалось

Сквозь тернии к Разуму

Антропный принцип

Вместилище миров

Реконструкция Вселенной

Звездные фабрики

Комфортное существование

Жизнь цивилизаций

Космологические сценарии

Сергей Рубин, доктор физико-математических наук

От космических взрывов Землю хранят металлы

От неминуемой катастрофы Землю спасет "гравитационный тягач"

Звук разносит звезды в клочья

Гигантская "трещина" рассекла солнечный диск

Катастрофа на Солнце: дела все хуже

Список опасных для Земли небесных тел пополнился кометой "Каталина"

Ученые придумали способ избежать глобальной катастрофы - астероид, угрожающий Земле, нужно "пометить" и отклонить

Астрономы объяснили отсутствие жизни вне Солнечной системы

Столкновение нейтронных звёзд повредило жизни на Земле?

Десятисекундный армагеддон

Бури на Солнце съели земной озон

Максим Борисов

Королевский астроном, известный фантаст и принц пугают нас приближающимся апокалипсисом

Наше Солнце взорвется в ближайшие шесть лет

Комментарий

Уютный Плутон станет последним оазисом жизни

Время рассвета Земли уже позади

Комментарий

Земля на пороге нового всемирного потопа

Новости по теме:

Справки

По направлению к нам с большой скоростью движется черная дыра

Спасением людей займутся крысы

СОЛНЕЧНЫЕ МАГНИТНЫЕ ОБЛАКА АТАКУЮТ ЗЕМЛЮ

Г.Н. Застенкер, доктор физ. – мат. наук Л.М. Зеленый, доктор физ. – мат. наук Институт космических исследований РАН, г. Москва

Природа солнечного ветра

Корональные выбросы массы

Движение КВМ к Земле

Магнитные облака

Взаимодействие магнитного облака с магнитосферой Земли

Прогноз сильных возмущений от Солнца - космическая погода

Заметки о конце света

ЗАКОН ОДИН ДЛЯ ВСЕХ

ПРЕДЕЛ ИСТОРИИ

НАЧАЛО КОНЦА

КОМУ ОТДАТЬ ЦИВИЛИЗАЦИЮ?

P. S.

Законы Большой истории

Закон необходимого разнообразия

Пример

Закон иерархических компенсаций (он же закон Седова)

Пример

Закон техногуманитарного баланса

Пример

Статья :

"Быстрый" и мертвые

Справка

Гамма-всплески

Статья по теме

За сто лет в Галактике вспыхивают две сверхновые

Статья по теме

Клешня Науки

Статья по теме

Очаг, лишившийся дома

Статья по теме

Смертоносный маяк на краю Вселенной

Статья по теме

Суперускорительный южный танец

Статья по теме

Десятисекундный армагеддон

Статья по теме

Вселенная взрывается чаще, чем ожидалось

Статья по теме

Г.Н. Застенкер, доктор физ. – мат. наук
Л.М. Зеленый, доктор физ. – мат. наук
Институт космических исследований РАН, г. Москва