К сожалению, выйти за границы нашего «пузыря», нашей
Вселенной для исследования других вселенных не косвенно
(расчетным путем), а непосредственно (экспериментально) даже
в будущем невозможно. Дело в том, что границы каждого
«пузыря» расширяются со скоростью, большей скорости света,
т.е. границы нашей Вселенной удаляются быстрее любого сигнала,
который человек может послать к ним.
Современное знание о строении и эволюции Вселенной находится
на этапе бурного роста, новых идей и важнейших открытий.
Окончательных выводов наука еще не сделала, многое
впереди.
7.4. Эволюция — история жизни 287
7.4.1.2. Звезды, Солнце
Выбрасывание газа в пространство с поверхности звезд,
особенно горячих и вспыхивающих как новые, происходило
постоянно и происходит в наше время. Этот газ при благоприятных
условиях может сгущаться в пылинки или подвергаться
дальнейшим превращениям. Существуют облака пыли и газа,
возникшие давным-давно и только что. В 1945—1947 гг. на
основе исследований советскими учеными сделан вывод о том,
что звезды имеют разный возраст, следовательно, они могут
возникать и в наше время. Ближайшие к Земле области звездообразования
— это темные облака в созвездиях Тельца
и Змееносца. Несколько дальше расположен огромный комплекс
облаков в Орионе.
Диапазон масс новорожденных звезд составляет от нескольких
сотых долей до 100 масс Солнца, причем маленькие
звезды рождаются чаще крупных. В нашей Галактике в среднем
ежегодно рождается примерно десяток звезд различного
размера с общей массой около пяти масс Солнцам
Установлено, что нормальная плотность газа в межзвездном
пространстве Галактики составляет примерно один атом
водорода в 10 см3, тогда как в подобных газопылевых облаках
плотность достигает 10 000 атомов на тот же объем1.
Межзвездные облака обычно медленно вращаются и находятся
в состоянии, близком к равновесию. Если же облако становится
достаточно большим и плотным, то оно неустойчиво:
преобладающей силой в нем становится тяготение, и облако
начинает сжиматься. Теоретически показано, что сжатие под
действием собственной массы начинается при массе облака,
в 10—20 тыс. раз превышающей массу Солнца и плотности вещества
облака более 20 атомов/см3.
Самопроизвольное гравитационное сжатие облака — гравитационный
коллапс2 — приводит к образованию сгущения,
включающего до 99% всей массы первичного облака и имеющего
плотность вещества звезд. Одновременно растет температура,
тепловое движение атомов ускоряется, при столкновении
атомов появляется тенденция к их слиянию. Начинаются
термоядерные реакции, в результате которых водород превращается
в гелий и выделяется огромное количество теплоты.
1 При нормальных условиях в атмосфере Земли в 10 см3 содержится
2,7-102 0 атомов.
2 Не путать с медицинским значением термина «коллапс», приведенным
в разд. 1.3.1.
288 Глава 7. БИОСФЕРА
По современным понятиям эволюция звезд протекает в два
этапа. Сначала из дозвездного вещества, состоящего по массе
на 3/4 из водорода и на 1/4 из гелия, образуются з в е з д ы
п е р в о г о п о к о л е н и я . Это массивные звезды с быстрым
течением протонных реакций. После того как в центре звезды
резко снижается содержание водорода, она сжимается, давление
и температура в ней резко возрастают и начинает «гореть»
гелий — возникает критический момент в истории звезды.
Если масса звезды была достаточно большой, то реакции
синтеза тяжелых ядер из ядер легких элементов происходят
взрывообразно, т. е. вещество разогревается до температур
в сотни миллионов градусов, при которых протекают энергетически
невыгодные реакции синтеза тяжелых элементов, а сама
звезда взрывается и вещество рассеивается во Вселенной.
После взрыва звезды первого поколения вещество, обогащенное
малыми примесями практически всех химических
элементов, может снова под действием гравитационного притяжения
собраться в звезды. Это и есть з в е з д ы в т о р о г о
п о к о л е н и я . К ним относится и наше Солнце.
Взрыв звезды первого поколения, выбросившей вещество,
из которого образовалась наша Солнечная система, произошел
около 5 млрд лет назад. Большинство звезд нашей Галактики,
как и Солнце, — звезды второго поколения. Однако во Вселенной
имеются и водородно-гелиевые звезды, не успевшие
еще в своем развитии дойти до взрыва; взрыв звезды — событие
редкое.
Значительно чаще наблюдаются вспышки звезд. Так,
иногда какая-нибудь малозаметная звезда внезапно, за недели,
увеличивает свою светимость в миллионы раз и становится
очень яркой, после чего она медленно, за месяцы, возвращается
к более или менее первоначальному состоянию. Такую
звезду принято называть новой, а само явление — вспышкой
новой.
Реже наблюдаются еще более грандиозные явления, называемые
вспышками сверхновых звезд. В нашей Галактике последние
замеченные вспышки сверхновых звезд были зарегистрированы
астрономами в 1054, 1572 и 1604 гг. (в указанные
годы до Земли дошел свет от тех грандиозных событий). После
взрыва сверхновой звезды светимость также быстро падает, но
и она уже теряет прежний облик. На месте вспыхнувшей звезды
остается быстро вращающаяся нейтронная звезда, пульсар,
а остальное вещество с большой скоростью разлетается от него.
7.4. Эволюция — история жизни 289
Нейтронные звезды с диаметром всего около 10 км по своей
массе близки к Солнцу, которое имеет диаметр 1400 тыс. км.
Их гравитационное поле столь велико, что вдавливает электроны
всех атомов в их ядра и протоны ядер превращаются в
нейтроны. Однако считается, что нашему светилу такая перспектива
не грозит.
Солнце в общей структуре Вселенной принадлежит к галактике
«Млечный Путь» — громадному скоплению звезд, видимому
на небе как светлая туманная полоса. Наша Галактика
имеет конечные размеры. Диаметр галактического диска составляет
около 100 000 световых лет, толщина — 1000 световых
лет. Внешне она напоминает чечевичное зерно с утолщением
посередине. Из-за того что Солнечная система находится
практически в плоскости Млечного Пути, заполненного материей,
поглощающей излучения, очень многие детали строения
Галактики скрыты от земного наблюдателя.
Внешняя часть Галактики вращается очень медленно,
а внутренний галактический диск — быстро, причем скорость
его вращения не одинакова на разных расстояниях от центра.
Она изменяется от нуля до 200—240 км/с. Масса диска —
150 млрд масс Солнца. В среднем химический состав звезд
и газа в диске почти такой же, как у Солнца. Основной химический
элемент в Галактике — водород. Другой, наиболее распространенный
элемент, — это гелий, составляющий около одной
четверти нашей Галактики.
Одна из самых интересных областей Млечного Пути — ядро,
для которого характерна очень высокая концентрация
звезд. Расстояние между ними в десятки и сотни раз меньше,
чем в окрестностях Солнца. В самом центре Галактики предполагается
существование массивного компактного объекта —
черной дыры массой около миллиона масс Солнца. Также там
находится яркий радиоисточник «Стрелец А».
Наиболее заметными образованиями в диске нашей Галактики
являются спиральные ветви (или рукава), из-за наличия
которых она относится к «спиральным» галактикам (рис. 7.27).
Вдоль рукавов в основном сосредоточены самые молодые звезды,
многие звездные скопления и ассоциации, а также цепочки
плотных облаков межзвездного газа, в которых продолжается
образование новых звезд. В спиральных ветвях находится
больше всего переменных и вспыхивающих звезд, где чаще
всего наблюдаются взрывы сверхновых. В ветвях продолжается
бурная «жизнь», связанная с переходом вещества из меж-
10 Экология
290 Глава 7. БИОСФЕРА
Рис. 7.27. Спиральная структура Галактики «Млечный Путь»: 1 — главный
рукав; 2 — внутренний рукав; 3 — промежуточный рукав; 4 —
внешний рукав; • — оптические наблюдения; • — радионаблюдения;
кпк — килопарсек (1 пк = 3,26 световых лет 3,086 • 101 6 м)
звездного пространства в звезды и обратно. Галактическое магнитное
поле также сосредоточено преимущественно в рукавах.
С одной стороны, в окрестностях Солнца удается проследить
участки двух спиральных ветвей, каждая из которых
удалена от нашей планеты примерно одинаково — на 3 тыс.
световых лет. По созвездиям, где обнаружены эти участки, их
называют рукавами Стрельца и Персея.
С другой стороны, Солнце расположено на расстоянии
23—28 тыс. световых лет от ядра Галактики, т. е. посередине
между центром и краем диска. Вместе со всеми близкими
звездами Солнце вращается вокруг ее центра со скоростью
200—220 км/с, совершая один оборот примерно за 200 млн
лет, т.