Конечно, когда ученые устанавливают, что Земля старше Вселенной, получается как-то неловко. А главное – становится очевидно, что в расчеты вкралась ошибка.
Причина путаницы проста: Хаббл оценивал расстояния на основании данных по цефеидам в нашей Галактике, потому-то в расчетах и возникла систематическая неточность. Шкала расстояний, основанная на том, что по данным ближних цефеид оценивалась дистанция до дальних, а затем – до галактик, в которых наблюдались еще более далекие цефеиды, оказалась неверной.
История о том, как исправляли эти систематические ошибки, слишком длинна и запутанна, чтобы излагать ее здесь, – впрочем, это уже неважно, потому что теперь у нас есть куда более точный механизм оценки расстояний.
Приведу одну из моих любимых фотографий, сделанных Космическим телескопом им. Хаббла.
На ней изображена прелестная спиральная галактика, далекая-далекая (и все это было давным-давно хотя бы потому, что свет от галактики добирался до нас довольно долго, более 50 миллионов лет). В подобной спиральной галактике, похожей на нашу, насчитывается около 100 миллиардов звезд. В ее ярком ядре, наверное, около 10 миллиардов звезд. Обратите внимание на звезду внизу слева: она сияет почти так же ярко, как и эти 10 миллиардов звезд. На первый взгляд резонно предположить, что это просто звезда из нашей собственной Галактики, расположенная гораздо ближе и случайно попавшая в кадр. Но на самом деле это звезда из той самой далекой галактики, до которой более 50 миллионов световых лет.
Как видно, это не обычная звезда. Это звезда, которая только что взорвалась, – сверхновая, чуть ли не ярчайший фейерверк во Вселенной. Когда звезда взрывается, она ненадолго – примерно на месяц – начинает сиять в видимом свете с яркостью 10 миллиардов звезд.
К счастью для нас, взрываются звезды не очень часто – в каждой отдельно взятой галактике примерно раз в сто лет. Однако нам повезло, что это все-таки случается: если бы не сверхновые, нас с вами не было бы. То, что каждый атом в наших с вами организмах когда-то был частью взорвавшейся звезды, – едва ли не самый романтичный «интересный факт», касающийся Вселенной. Более того, атомы правой руки, скорее всего, совсем не из тех звезд, что атомы левой. Все мы буквально дети звезд, и тела наши созданы из звездной пыли.
Откуда мы это знаем? Дело в том, что можно экстраполировать картину Большого взрыва в прошлое до того времени, когда Вселенной от роду было около секунды, и мы подсчитали, что все наблюдаемое вещество было сжато в плотную плазму, температура которой насчитывала тогда около 10 миллиардов градусов Кельвина. При такой температуре легко идут ядерные реакции между протонами и нейтронами, они то соединяются, то распадаются из-за дальнейших столкновений. Если проследить этот процесс по мере остывания Вселенной, можно предсказать, как часто эти первые составные части атомов будут связываться и создавать ядра атомов тяжелее водорода, то есть гелия, лития и т. д.
При этом мы обнаруживаем, что во время этого первобытного фейерверка – Большого взрыва – в сущности, не формировались никакие ядра тяжелее лития, ядро которого занимает третье место по легкости во всей таблице Менделеева. Мы уверены, что не ошиблись в вычислениях, поскольку наши прогнозы относительной распространенности легчайших элементов полностью совпадают с данными наблюдений. Распространенность легчайших элементов – водорода, дейтерия (ядра тяжелого водорода), гелия и лития – различается на десять порядков: около 25 процентов всех протонов и нейтронов (по массе) в результате входят в состав ядер гелия и лишь один на 10 миллиардов нейтронов и протонов оказывается в ядре лития. И по всему этому огромному диапазону данные наблюдений полностью совпадают с теоретическими расчетами.
Это одно из самых известных, значительных и успешных предсказаний, которые подтверждают, что Большой взрыв и вправду был. Наблюдаемая распространенность легких элементов может получиться только в результате Большого взрыва, и только он объясняет наблюдаемое расширение Вселенной. Я всегда держу в заднем кармане карточку, на которой написано сравнение предсказанной распространенности легких элементов с наблюдаемыми ее значениями, чтобы показывать ее каждый раз, когда мне встречается кто-то, кто не верит в Большой взрыв. Правда, до этого в спорах почти никогда не доходит, поскольку точные данные не производят должного впечатления на людей, которые заранее убеждены, что что-то тут не складывается. Но я все равно ношу с собой эту карточку – и чуть дальше обязательно познакомлю вас с тем, что на ней написано.
Литий, конечно, тоже интересный элемент, и многие его любят, однако для нас с вами гораздо важнее более тяжелые ядра – углерод, азот, кислород, железо и т. д. Они в результате Большого взрыва не возникли. Создание их возможно только в раскаленных недрах звезд. А попасть к вам в организм они сумеют, только если звезда окажет им любезность и взорвется, развеяв свою продукцию по космосу, и тогда в один прекрасный день атомы встретятся, соединятся и войдут в состав маленькой голубой планетки, расположенной возле звезды по имени Солнце, и ее атмосферы. За всю историю нашей Галактики в ней взорвалось около 200 миллионов звезд. Эти сонмища звезд пожертвовали собой, если хотите, ради того, чтобы вы когда-нибудь родились. По-моему, они подходят на роль Спасителей ничуть не хуже любой другой кандидатуры.
Как показали тщательные исследования, проведенные в девяностые годы, взрывающиеся звезды определенной разновидности, так называемые сверхновые типа Ia, обладают замечательным свойством: те сверхновые типа Ia, которые родились более яркими, светят дольше. Эмпирически эта зависимость прослеживается очень надежно, хотя теоретически мы еще не вполне понимаем, почему это так. А значит, такие сверхновые служат прекрасными «стандартными свечами». То есть с их помощью можно калибровать расстояния, поскольку яркость при рождении можно непосредственно определить при помощи измерения, не зависящего от расстояния до них. Если мы наблюдаем сверхновую в далекой галактике, а это нам по силам, потому что сверхновые очень яркие, – то можно пронаблюдать, сколько времени она светится, и установить ее первоначальную яркость. А тогда, измеряя абсолютную величину потока света от такой сверхновой, попадающего в наш телескоп, можно точно подсчитать, на каком расстоянии находится от нас и сама сверхновая, и ее галактика. А затем, измерив «красное смещение» света от других звезд в этой галактике, можно определить ее скорость и таким образом сравнить скорость галактики с расстоянием до нее и вычислить темп расширения Вселенной.
Пока что все хорошо, но если сверхновые взрываются только раз в сто лет в отдельно взятой галактике, каков шанс вообще их заметить? Ведь последний раз взрыв сверхновой в нашей Галактике наблюдал еще Иоганн Кеплер в 1604 году! Правду говорят, что сверхновые в нашей Галактике наблюдаются только при жизни великих астрономов, а Кеплер, безусловно, заслуживает такого звания.
Сначала Кеплер был простым австрийским учителем математики, а затем стал помощником астронома Тихо Браге, который тоже – еще до Кеплера – наблюдал сверхновую в нашей Галактике и за это получил в дар от датского короля целый остров. На основании данных о положении планет, собранных Браге более чем за десять лет, Кеплер в начале XVII века вывел три своих знаменитых закона движения планет.
1. Планеты движутся вокруг Солнца по эллипсам.
2. Прямая, соединяющая планету с Солнцем, заметает равные площади за равные промежутки времени.
3. Квадрат периода обращения планеты по орбите прямо пропорционален кубу большой полуоси его орбиты (то есть большой полуоси эллипса – половины отрезка, пересекающего эллипс в самом широком месте).
А эти законы, в свою очередь, почти сто лет спустя легли в основу закона всемирного тяготения Ньютона. Но это не единственное замечательное достижение Кеплера: он еще и успешно защитил собственную мать от обвинений в ведьмовстве и написал, возможно, первое в истории научно-фантастическое произведение – о путешествии на Луну.
