Давление внутри звезды достигает такой величины, что один кубический сантиметр звёздного железа начинает весить целую тонну. И в какой-то момент ядра железа не выдерживают и начинают крошиться: снова распадаться на ядра гелия. Этот обратный процесс идёт с затратой энергии, но ведь энергии у звезды накопилось очень много. Железное сердце звезды теряет прочность и рушится внутрь светила под действием самогравитации. От обрушения железной звёздной сердцевины высвобождается огромное количество не термоядерной, а гравитационной энергии – и звезда, после падения сама в себя, немедленно взрывается!
С гигантским ускорением – в десятки тысяч раз больше, чем развивают при старте космические корабли землян, – звезда сбрасывает верхнюю оболочку, одновременно сжимая свою раскалённую железную сердцевину в нейтронную звезду или чёрную дыру.
При взрыве светимость звезды вырастает настолько, что на земном небе зажигается новая звезда – а вернее, сверхновая, как называют астрономы такие взрывающиеся светила. В нашей Галактике каждые несколько десятилетий вспыхивает такая сверхновая, и она настолько ярче обычных звёзд, что может быть видна даже днём!
В момент взрыва сверхновой в ядра железа «вбиваются» дополнительные элементарные частицы: так образуются ядра тяжелее железа – вольфрам, золото, уран и другие.
Сброшенная оболочка звезды движется в космосе со скоростью в тысячи километров в секунду. Она наталкивается на водородные облака, которые ещё не успели стать звёздами, и рассеивает в них тяжёлые химические элементы – от углерода до урана. Одновременно ударная волна звёздного взрыва сжимает холодное водородное облако – и оно начинает сжиматься, разогреваясь и рождая юную звезду. В результате такого космического оплодотворения и рождения у умирающих светил появляются дети.
– Дети у звёзд?! – не поверила своим ушам Галатея.
– Да. Звёзды-родители сжигают свой водород и взрываются, становясь причиной рождения звёзд нового поколения. Звёзды-дети получают в наследство накопленный родительский углерод, кислород, кремний и железо и становятся способны к рождению твёрдых планет и биологической жизни.
Наше Солнце – тоже звезда-ребёнок, звезда второго поколения. В Солнце слишком мало массы, чтобы в нём когда-нибудь образовались собственные кислород и металлы. Но они уже попали в Солнечную систему в качестве подарка от массивных родительских звёзд.
– Постой, – Андрей уже давно ёрзал и хотел прервать рассказ. – Ты хочешь сказать, что всё вокруг нас и мы сами – состоим из такого… звёздного материала?
– Совершенно верно. За исключением водорода и гелия, остальные химические элементы, образовавшие и планеты, и наши тела, прилетели из других звёздных систем.
Астрономы и космохимики тщательно изучили состав наших тел и пришли к выводу, что мы – дети не одной звезды, а, как минимум, трёх. То есть три звезды взорвались и добросили до нас так нужные нашему телу химические элементы.
Галатея удивлённо ущипнула себя за ладонь.
– Звёзды – изумительные и полезные машины, они не только синтезируют нужные нам химические элементы, но и сами доставляют их к нам. А потом звёзды второго поколения обогревают ту жизнь, которая закопошилась на поверхности твёрдых планет.
– Это трудно представить, – Андрей задумчиво рассматривал свою руку и тёмно-синие жилки на сгибе локтя, – оказывается, железо в моей крови родилось на далёкой звезде и с помощью взрыва совершило долгое межзвёздное путешествие. В наших жилах течёт, в буквальном смысле, инозвёздная кровь…
– Да, атомы углерода и кислорода в ваших мышцах, атомы кальция в костях и частицы железа, делающие вашу кровь красной, древнее не только пирамид, но и самого Солнца! Они десятки тысяч лет летели к нам из других частей нашей Галактики.
В ваших жилах буквально смешалась история многих звёздных систем: около 85 % массы человеческого тела состоит из вещества с других звёзд.
Это и означает, что мы с вами практически полностью инопланетяне! И дышим мы звёздным кислородом.
Галатея и Андрей переглянулись и торжественно пожали друг другу руки.
– Спустя четверть века Фаулер за свои работы в области звёздного нуклеосинтеза получил Нобелевскую премию по физике.
Андрей нахмурился:
– А почему Хойл и Бербиджи не получили эту премию? Ведь Хойл первый придумал теорию про термоядерное создание углерода.
– Ну… Хойл был необычным человеком. Он был не только учёным, но и писал фантастические романы. Кроме того, он был противником всеми признанной теории Большого взрыва. Именно Хойл придумал это название, чтобы посмеяться над этой теорией, а шутка взяла и прижилась – и новая космологическая теория вошла в историю под таким названием. Очевидно, что именно независимая позиция Хойла помешала ему стать нобелевским лауреатом.
– И Сесилия не получила Нобелевскую премию, а ведь она сделала такое важное открытие и утёрла нос мужчинам-астрономам! – рассердилась Галатея.
– Да, это тоже несправедливо, – согласилась королева. – Наука долго считалась мужским занятием, непосильным для женщин, слишком глупых для высшего образования. До двадцатого века женщины, закончившие университет, были редкостью. Это сильно уменьшало шансы женщин стать учёными и получать заслуженные награды наравне с мужчинами.
– Я никогда не буду таким дураком-мужчиной, чтобы считать женщин глупыми! – вспылил Андрей. – Наша мама самая умная на свете!
– Поняла, почему про человека говорят – у него горячая кровь! – вдруг заявила Галатея. – Ведь железо в нашей крови было когда-то раскалённой сердцевиной звезды. Ведь правда, не зря так говорят?
– Ну конечно, не зря, – и королева почему-то вздохнула.
Андрей спросил:
– А мы полетим к другим звёздам? Ведь там наша космическая родина.
Никки уверенно кивнула:
– Конечно полетим!
Примечания для любопытныхЙозеф Фраунгофер (1787–1826) – немецкий физик, оптик. Открыватель спектральных линий поглощения в Солнце («фраунгоферовы линии»).
Диаграмма Герцшпрунга – Рассела – диаграмма, показывающая зависимость светимости звезды от её температуры. Известные звёзды распределены в пространстве «светимость – температура» неравномерно и образуют хорошо различимые области звёзд главной последовательности, белых карликов и гигантов.
Генри Рассел (1877–1957) – американский астроном, директор обсерватории Принстонского университета с 1912 по 1947 год. Автор двухтомного учебника по астрономии.
Эйнар Герцшпрунг (1873–1967) – датский астроном, родился в Копенгагене. Долгое время был директором Лейденской обсерватории в Нидерландах (с 1937 по 1946 год).
Сесилия Пейн-Гапошкина (1900–1979) – англо-американский астроном. Первая установила преимущественно водородный состав Солнца (1925 год). Одна из первых женщин – профессоров астрономии в мире. Опубликовала пять книг о звёздах.
Артур Стэнли Эддингтон (1882–1944) – выдающийся английский астрофизик. Директор Кембриджской обсерватории с 1914 года. Знаток и популяризатор теории относительности Эйнштейна. В 1920-х годах выдвинул теорию о термоядерном источнике светимости звёзд.
Термоядерная реакция – ядерная реакция синтеза лёгких атомных ядер (легче ядер железа) в более тяжёлые. Протекает с выделением большого количества энергии.
Ганс Бете (1906–2005) – американский физик, лауреат Нобелевской премии (1967). В 1938 году открыл протон-протонную термоядерную реакцию, а также предложил, независимо от Вайцзеккера, азотно-углеродный цикл термоядерного превращения водорода в гелий, в котором углерод, кислород и азот выступают как катализаторы.
Карл фон Вайцзеккер (1912–2007) – немецкий физик. Предложил, независимо от Бете, азотно-углеродную термоядерную реакцию.
Георгий Гамов (1904–1968) – физик-теоретик. Родился в Одессе, уехал из СССР в 1933 году. Автор теории Большого взрыва и ряда других известных концепций в физике, астрономии и биологии.
Фред Хойл (1915–2001) – британский астроном, автор научно-фантастических романов («Черное облако»). Выдвинул теорию звёздного нуклеосинтеза. Противник теории Большого взрыва и создатель модели стационарной расширяющейся Вселенной.
Маргарет Бербидж (род. в 1919) – англо-американский астроном. Первая женщина, которая стала директором Гринвичской обсерватории (1972–1974). Получила вместе с мужем, Джеффри Бербиджем, золотую медаль Королевского общества.
Джеффри Бербидж (1925–2010) – англо-американский астроном. Муж Маргарет Бербидж. Директор обсерватории Китт-Пик (1978–1984).
Уильям Фаулер (1911–1995) – американский астрофизик, ядерщик. В 1983 году получил Нобелевскую премию за исследование ядерных реакций в звёздах.
Джеффри Бербидж (1925–2010) – англо-американский астроном. Муж Маргарет Бербидж. Директор обсерватории Китт-Пик (1978–1984).
Уильям Фаулер (1911–1995) – американский астрофизик, ядерщик. В 1983 году получил Нобелевскую премию за исследование ядерных реакций в звёздах.
Сверхновая звезда – массивная звезда, которая взрывается из-за нестабильности термоядерного горения. По типу потери стабильности и мощности взрыва различают несколько классов таких звёзд, например сверхновые I типа и II типа. Взрыв сбрасывает внешнюю оболочку, оставляя на месте сверхновой нейтронную звезду или чёрную дыру.
Нейтронная звезда – тело диаметром в 20–30 км, состоящее из нейтронов и окружённое тонкой корой из атомов железа и никеля. Средняя плотность нейтронной звезды в несколько раз превышает плотность атомных ядер.
Чёрная дыра – массивный объект, гравитация которого не даёт улететь с поверхности даже лучам света. Характеризуется сильным искривлением пространства и полной остановкой местного времени на своей поверхности.
Теория Большого взрыва – космологическая теория образования Вселенной и её взрывного расширения.
Небесные механики
Автор благодарит учёных, чья помощь была неоценимой в доведении сказок до ума.
Научные консультанты:
Дмитрий Дмитриевич Беляев, кандидат исторических наук;
Андрей Вилхович Каява, кандидат биологических наук;
Антон Иванович Первушин, историк космонавтики, писатель, магистр технических наук;
Александр Сергеевич Сигеев, кандидат химических наук;
Владислав Вячеславович Сыщенко, доктор физико-математических наук;
Татьяна Александровна Тайдакова, астроном, кандидат физико-математических наук;
Дмитрий Евгеньевич Филиппов, историк, кандидат педагогических наук;
Евгений Леонидович Ченцов, астроном, доктор физико-математических наук.
Предисловие
Не все сказки толкуют о волшебниках, принцессах и драконах. Перед вами книга очень необычных современных научных сказок – не про выдуманные, а про реальные подвиги знаменитых астрономов и конструкторов ракет.
Впрочем, в книге есть принцесса Дзинтара и королева Никки, которые с удовольствием рассказывают эти научные истории детям.
Принцесса и королева, любящие рассказы о науке? Они что – с луны свалились? Вообще говоря – да, с Луны. Кратко тут не ответишь, тут стоит прочитать книгу «Астровитянка», в которой описываются приключения Никки, необычной девочки с астероида, и её друзей-«лунатиков».
«100 научных сказок» – так в «Астровитянке» назывался сборник самых невероятных и самых правдивых сказок на свете.
Первая книга из шестнадцати таких сказок – «Звёздный витамин» – была опубликована в январе 2012 года и вызвала большой интерес у детей и родителей.
Вторая книга, которую вы держите в руках, содержит семнадцать историй, повествующих о трёх тысячах лет развития астрономии.
Звучит как название научного труда? А читается как сказка!
Сказка об астрономе Птолемее, который спрятал Землю в хрустальный шар
Небо было великолепное – ясное, звёздное. Полная Луна сияла ярче любого ночника в детской спальне.
Младшая Галатея, уже лежавшая в кровати, удивилась:
– Вчера Луна в это время была в центре окна. А сегодня она гораздо ниже и, кажется, стала круглее!
Старший Андрей согласился:
– Верно, а вот планету Марс я вижу в том же углу окна, что и вчера.
Королева Никки покосилась на принцессу Дзинтару, сидящую в соседнем кресле, и сказала:
– Раз вы уже такие умные и наблюдательные, то настала пора астрономических сказок. Сказок без волшебства не бывает. В научных сказках тоже есть настоящие волшебники. Как назвать человека, который по длине своей тени определяет размер всей Земли? А человека, который с помощью двух соединённых дощечек может узнать, насколько Солнце больше нашей планеты?
– По длине своей тени найти размер всей Земли? Это невозможно! – воскликнула Галатея.
Никки усмехнулась, поудобнее устроилась в кресле и заговорила негромким, чуть ироничным голосом:
– И до вас на Земле случались сообразительные люди, которые замечали, что наш спутник – Луна – каждую ночь светит из нового места неба, то есть смещается не так как звёзды. Планета Марс тоже плывёт по небу, но только гораздо медленнее. Древние люди стали выделять на небе «неизменные» созвездия (на самом деле они меняются, но еле заметно) – и пять путешествующих по небу планет – Марс, Венеру, Меркурий, Юпитер и Сатурн. Знаете, почему в неделе семь дней?
– Нет! – хором ответили дети.
– Мы унаследовали от египтян обычай разбивать день на двадцать четыре часа, а от вавилонян, которые жили в Междуречье, в долине между реками Тигр и Евфрат, взяли привычку делить час на шестьдесят кусочков-минут, а минуту – на шестьдесят крошечных секунд.
Традицию жить по семидневной неделе мы тоже заимствовали у вавилонян, которые каждый из дней недели посвящали одному из беспокойных светил. В неделе семь дней, потому что по небосводу движутся пять планет плюс Солнце и Луна.
– Вот почему у людей пять «тёмных» рабочих дней и два «светлых» выходных! – догадалась Галатея.
– Интересная мысль, – улыбнулась королева. – Но день Солнца – это воскресенье, а день Луны – понедельник.
Во многих европейских языках до сих пор дни недели называются в соответствии с именами античных богов: вторник соответствует Марсу, среда – Меркурию, четверг – Юпитеру, пятница – Венере, суббота – Сатурну.
– Точно! – закричал Андрей. – Суббота по-английски «сатур-дей»! Воскресенье – день Солнца – «сан-дей», а понедельник и в самом деле лунный день: «мун-дей».
Дзинтара поморщилась, услышав произношение Андрея, а Никки кивнула и добавила:
– Видимые планеты ползут по небу с разной скоростью. Самая медленная из них – Сатурн – описывает полный круг по небу за двадцать девять лет. Солнце проходит полный круг по звёздному небу за год, а Луна гораздо быстрее – за месяц.
– Никки, но ведь Солнце двигается по небу очень быстро! – возразила Галатея. – Оно восходит на востоке утром и заходит на западе уже вечером.
Королева вздохнула:
– Гала, ты затронула вопрос, над которым тысячи лет ломали голову самые знаменитые мудрецы. Движется ли Солнце по небу со скоростью один оборот в сутки или нам это только кажется из-за вращения Земли?
Никки задумалась на секунду.
– Помнишь, как ты сегодня каталась на карусели? Ты сидела на лошадке, а что делали мы с твоей мамой?
– Всё вокруг меня кружилось! И вы тоже! – радостно засмеялась Галатея.
– И ты всё время видела, как мы очень быстро то появляемся, то исчезаем.
– Да!
– Мудрейший Платон считал, что наша Земля вращается как карусель, а звёзды и Солнце – неподвижны. Не менее мудрый Аристотель, наоборот, полагал, что Земля – неподвижный шар, а прочнейшая хрустальная сфера, к которой прикреплены звёзды, стремительно крутится вокруг нас, как невероятных размеров карусель.
– Никки, разве могут два очень умных человека придерживаться противоположных мнений? – удивилась Галатея.
– Ещё как могут! – рассмеялась королева. – Сегодня мы уже знаем, что Платон был прав – Земля действительно быстро вращается вокруг своей оси, которая «протыкает» Землю с Южного по Северный полюс и «глядит» на Полярную звезду. Сутки уходят на то, чтобы вальсирующая Земля сделала один оборот. Мы стоим на её поверхности и не замечаем этого вращения. Нам кажется, что Земля неподвижна, а Луна и Солнце, планеты и звёзды – кружатся вокруг нас. Но если остановить вращение Земли, то станет понятно, что Солнце и Луна движутся по небу гораздо медленнее, чем нам кажется. Когда твоя карусель затормозила, то ты увидела, что мы с твоей мамой не бегаем, как сумасшедшие, а не спеша гуляем.
Раньше других народов регулярным наблюдением за звёздами занялись древние вавилоняне. Они веками записывали даты лунных и солнечных затмений, выдавливая острой палочкой клинописные знаки на табличках из сырой глины. Потом такие таблички обжигали на огне, и они становились очень прочными. Вавилоняне определили, что период между лунными затмениями…
– Это когда Луна заходит в тень от Земли? – вклинился в рассказ Андрей. Никки кивнула:
– …период между лунными затмениями составляет 18 лет и 11 дней, что позволило им предсказывать такие затмения.
Солнечные затмения предсказывать гораздо сложнее, но Фалес Милетский, живший в седьмом веке до нашей эры, первым из греков предсказал время загораживания Солнца Луной. В то время лидийцы и мидяне вели жестокую многолетнюю войну. Подчиняясь расчётам Фалеса, 28 мая 585 года до нашей эры Солнце средь бела дня исчезло с небосклона, оставив вместо себя чёрное пятно с огненной короной, похожей на волосы разгневанной богини. Воюющие лидийцы и мидяне так испугались этого зрелища, что немедленно заключили мир.