Занимательно об астрономии

Невольно возникает вопрос: почему звезды располагаются именно узкими полосами, а не заполняют все поле диаграммы равномерно? Чем объяснить пустые промежутки между ветвями?

Сначала астрономы всего мира считали, что звезды эволюционируют в основном вдоль главной последовательности. Рождаются красными гигантами, которые, сжимаясь, разогреваются, пока не превращаются в голубые гиганты, находящиеся в верхнем левом углу диаграммы. Затем начинают постепенно остывать, спускаются вдоль главной последовательности вправо и превращаются в красные карлики. А потом и совсем переходят на нижнюю последовательность карликов вообще.

Диаграмма Герцшпрунга — Рессела появилась одновременно с моделью атома Резерфорда, и нужно было время, чтобы люди освоились с новым подходом к знакомым явлениям. До разработки Нильсом Бором атомной теории, до работ Макса Планка ни одно даже самое остроумное предположение астрономов не могло быть доказанным. Это положение было удачно сформулировано остроумным Адамсом: «Могли ли мы надеяться понять поведение вещества в удаленных звездах, когда механизм, посредством которого пламя свечи дает свет, был нам еще не известен?»

2. Рождение, которого никто не видел

Как ни странно, но решение о необходимости создания звездной космогонии созрело у астрономов лишь после того, как многочисленные попытки создания космогонии планетной потерпели неудачу. Сегодня трудно сказать, кому первому пришла в голову мысль попытаться ответить на вопрос о происхождении яйца, минуя курицу.

И вот после обсуждения многих остроумных предположений ученые оставили в своем резерве два. Первое объединяет сторонников образования звезд из межзвездной газово-пылевой среды. Идея его заключается в том, что по каким-то причинам в глубинах космоса начинает вдруг конденсироваться облако межзвездной материи. На вопрос: «По каким же причинам?» — сторонники гипотезы делают отсутствующий вид. Им, дескать, это безразлично. Важно лишь то, что под влиянием сил всемирного тяготения такое облако скоро превращается в непрозрачный газовый шар — протозвезду, которая, продолжая сжиматься, разогревается. Часть энергии, освобождающейся при этом, начинает излучаться в пространство.

Такую протозвезду можно расположить на диаграмме Герцшпрунга — Рессела вправо от главной последовательности в области красных гигантов или карликов, в зависимости от массы.

Сторонники первой гипотезы считают, что одновременно образуется не одна протозвезда, а целое семейство их, причем сгустки с меньшей массой в будущем могут дать планеты. Таким образом, гипотеза претендует на универсальность.

Пока звезда не родилась, давление в центре сгустка не уравновешивает сил притяжения отдельных его частей и протозвезда продолжает сжиматься и сжиматься, а температура в ее недрах расти и расти. Так продолжается до тех пор, пока условия в центре не окажутся подходящими для начала термоядерной реакции. К этому времени протозвезда уже «садится» на главную последовательность знакомой нам диаграммы. Давление внутри ее уравновешивает притяжение и сначала замедляет, а потом и вовсе останавливает сжатие. Протозвезда становится звездой.

Конкурирующая гипотеза родилась сравнительно недавно. Ее сторонники — сотрудники Бюраканской астрофизической обсерватории во главе с нашим современником, академиком В. А. Амбарцумяном. Они предполагают, что звезды рождаются не из разреженной, а, наоборот, из сверхплотной «дозвездной» материи. Это тоже протозвезды, но обладающие плотностью вещества, состоящего из одних атомных ядер. И хотя противники этой гипотезы старательно запихивают в ее колеса палки потолще в виде каверзных вопросов, в 1963 году были открыты удивительные квазары, сильно поднявшие акции бюраканцев.

Помогло и открытие колоссального взрыва в Галактике М82. Произошел он примерно миллиона полтора лет назад — совсем недавно — и настойчиво свидетельствует о возможности существования в ядрах некоторых галактик особого сверхплотного состояния вещества. А это предположение уж и вовсе наводит на серьезное отношение к высказанной гипотезе. Значительно более серьезное, чем этого хотелось бы сторонникам «газа и пыли».

3. Жизнь и смерть звезды

«Камнем преткновения работы Рессела и работ всех астрофизиков, занимавшихся изучением строения звезд и звездной эволюции в двадцатых-тридцатых годах нашего столетия, был неизвестный источник звездной энергии», — пишет О. Струве в своей книге «Астрономия XX века». Никто не сомневался, что подсчитать энергию, выделяющуюся при ядерных процессах, можно по формуле эквивалентности массы и энергии, выведенной Эйнштейном: Е = МС ². Но как именно? Если верить формуле, то в ходе эволюции звезда должна терять значительную часть своей массы, «худеть». А этого, по наблюдениям, не происходило.

Короче говоря, вопрос об источнике звездной энергии рыбьей костью застрял в горле науки. Требовалось срочное вмешательство. И вот на проблему сомкнутыми рядами двинулись теоретики: представители астрономии и физики. Пожалуй, нет ни одного выдающегося ученого, который не отдал бы дань этому вопросу: Ландау и Шайн в СССР, в США — Гамов и Шварцшильд, в Англии — Хойл, в Индии — Чандрасекхар… Чтобы не подвергать искушению терпеливого читателя, автор прервет список. Тем более что эрудиция его в данном вопросе уже вне подозрений.

Теоретики во что бы то ни стало хотели «найти правдоподобные процессы, которые в ходе звездной эволюции приводили бы к наблюдаемому распределению звезд на диаграмме Герцшпрунга — Рессела» и удовлетворительно объясняли бы скорость образования солнечной (а следовательно, и вообще звездной) энергии без существенной потери массы. Теории и идеи следовали друг за другом. К 1939 году накопилось столько материала, что сотрудник Корнеллского университета (США) немецкий физик Г. Бете смог дать, наконец, окончательное решение. Он установил все реакции углеродно-азотного цикла, при котором в условиях адской температуры (13 миллионов градусов в центре Солнца) четыре атома водорода соединяются, образуя один атом гелия. Этот процесс освобождает действительно такое большое количество энергии, что на ближайшие 10 миллиардов лет человечество может быть вполне спокойно за судьбу собственного светила.

По мере «выгорания» водорода в центральной части светила оно само начинает перемещаться по диаграмме и сходит с главной последовательности в правую сторону. Быстрее всего это проделывают звезды, обладающие большой массой, рыхлые, с разреженной атмосферой.

Звезды-карлики значительно долговечнее. Поэтому наше Солнце, несмотря на свой почтенный возраст (ему примерно 6 миллиардов лет), все еще находится на главной последовательности и может считаться «зрелым и полным сил».

Чем меньше водорода остается в центре звезды, тем выше становится ее температура, увеличивается молекулярный вес звездного вещества и термоядерные реакции бурлят сильнее. Звезда становится прозрачнее. И с Земли мы замечаем, как растет при этом светимость звезды. Если бы нам удалось встретиться с этаким космическим Агасфером — парнем, которому лет миллиард, — он наверняка, в отличие от знакомых нам стариков, рассказал бы, что Солнце с возрастом стало сиять ярче. Это утверждение не расходится с мнением современных ученых: за последний миллиард лет светимость Солнца должна увеличиться на 20 процентов.