Знаменитые загадки природы

Давняя загадка для астрономов – поле астероидов, находящихся в пространстве между Марсом и Юпитером. Еще в древности звездочетов удивляла такое расположение космических тел. Многие из них сходились во мнении, что на этом месте должна быть еще одна планета.

Так, в Грузии хранится копия документа 1561 года, в которой упоминается, что около Марса имеется еще одна звезда. На глиняных табличках древних шумеров (V–IV тыс. до н. э.) зафиксированы сведения, из которых следует, что между орбитами Марса и Юпитера люди наблюдали «планету-невидимку». Подобные записи можно встретить и в древнекитайских летописях.

Пролить свет на поиск загадочной планеты помогла случайность. В 1766 году немецкий астроном, физик и математик Иоганн Тициус сформулировал, а другой немецкий астроном, Иоганн Боде, обосновал числовую закономерность в расстояниях планет от Солнца. По этой закономерности между Марсом и Юпитером должна существовать «планета № 5». То что правило Тициуса – Боде работает, доказали последующие открытия Урана, Нептуна и Плутона. В конце XVIII века на конгрессе в немецком городе Готе было решено начать поиск недостающей планеты. Однако никому из тех астрономов, которым поручили наблюдения, не повезло. Планету обнаружил в 1801 году Джузеппо Пьяцци, директор обсерватории в Палермо (о. Сицилия). Когда вычислили орбиту этого космического тела, оказалось, что оно движется точно на том расстоянии от Солнца, которое предсказано правилом Тициуса – Боде. Астрономы ликовали: найдена недостающая планета. Ее назвали Церерой, в честь богини – покровительницы Сицилии.

Однако вскоре радость ученых была омрачена цепью новых открытий. В 1802 году была обнаружена между Юпитером и Марсом еще одна малая планета – Паллада. В 1804 году – третья планета – Юнона, а в 1807 году – Веста. Итак, там, где ожидали найти одну большую планету, обнаружили 4 маленькие. Между тем поток открытий малых планет (их еще называют астероидами, то есть «звездоподобными») не прекращался, и к 1890 году их было известно уже свыше 300. Астрономы пришли к твердому убеждению, что между Марсом и Юпитером по орбитам вокруг Солнца вращается целый рой малых планетарных тел: на сегодняшний день известно около 2000 астероидов. И по некоторым оценкам их число может превышать 7000.

Все они двигались примерно на одном и том же расстоянии от Солнца, что и Церера, – 2,8 астрономической единицы (одна астрономическая единица равна расстоянию Земли от Солнца, что составляет 150 млн километров). Именно это обстоятельство позволило немецкому астроному Г. Ольберсу еще в 1804 году высказать гипотезу о том, что малые планеты произошли в результате распада на куски одной большой планеты, которой он дал имя Фаэтон.

Так, согласно древнегреческому мифу, звали сына бога Солнца Гелиоса. Однажды Фаэтон упросил отца позволить ему управлять золотой колесницей Солнца, в которой Гелиос совершал свой каждодневный путь по небосводу. Отец долго не соглашался, но наконец уступил желанию юноши. Но Фаэтон потерял путь среди небесных созвездий. Кони, почувствовав неуверенную руку возницы, понесли. Когда колесница приблизилась на опасное расстояние к Земле, и пламя охватило нашу планету, бог Зевс-Громовержец, чтобы спасти Землю, метнул молнию в колесницу. Фаэтон погиб.

Таким образом красивая легенда получила реальное научное обоснование. Хотя некоторые современники Г. Ольберса (В. Гершель, Лаверье, П. Лаплас) высказывали другие предположения о происхождении астероидов, но наибольшей популярностью пользовалась точка зрения Ольберса, которая наилучшим образом объясняла все известные к тому времени факты.

Гипотеза немецкого ученого оказалась настолько правдоподобной, что существование Фаэтона считалось общепризнанным до 1944 года, до появления космологической теории О. Ю. Шмидта, который трактовал возникновение астероидов иначе. Согласно этой теории, астероиды – не обломки Фаэтона, а материя некой необразовавшейся планеты. На заре рождения планет, примерно 4 миллиарда лет назад, молодое Солнце было окружено газопылевым облаком. Из-за относительно небольших скоростей пылинки начали быстро слипаться, образовав космические тела, по размерам сравнимые с современными астероидами. Быстрее всего процесс рождения этих тел шел в районе орбиты нынешнего Юпитера, где образовалась самая крупная планета. Растущий Юпитер со временем стал выталкивать протоастероиды из зоны своего влитания, породив среди них хаотическое движение. Они уже не могли объединиться, процесс дробления стал преобладать над процессом роста. Часть протоастероидов покинула Солнечную систему, другая часть время от времени возвращается в виде комет, достигая Земли.

Изучение упавших метеоритов стало одним из способов выяснить, существовала ли планета Фаэтон. Академик А. Заварницкий, опираясь на анализ состава метеоритов, попытался реконструировать строение погибшей планеты. Железные метеориты он считал осколками планетного ядра, каменные – остатками коры, а железокаменные – мантии.

Наука, доказывая реальность существования в прошлом Фаэтона, опирается на тот факт, что выпавшие на Землю метеориты имеют лишь два класса значений средних плотностей, которые могли возникнуть только при разрушении оболочки и ядра небесного тела, то есть метеориты являются частью одной планеты, в составе которой они прошли процессы уплотнения, переплавки, смешивания и кристаллизации.

Палеонтологи обнаружили в каменных осколках окаменевшие бактерии, похожие на земные цианобактерии. Подобного рода микроорганизмы живут в горных породах и горячих источниках, питаясь за счет химических реакций и не нуждаются в кислороде и солнечном свете. Этот факт доказывает, что метеоритное вещество было образовано на крупном небесном теле и на нем существовала жизнь.

Несмотря на вышеизложенные аргументы, большинство современных ученых ставят под сомнение теорию Г. Ольберса. В 70-х годах XX века стало преобладать мнение, что Фаэтона не существовало, а были остатки непрореагировавшего первичного вещества протосолнечной туманности, из которого и возникло Астероидное кольцо между Марсом и Юпитером.

Московский астроном А. Н. Чибисов, используя методы небесной механики, попытался «собрать» астероиды вместе и определить приблизительную орбиту родительской планеты. Он пришел к выводу, что невозможно определить ни область, где взорвалась планета, ни орбиту, по которой она двигалась до взрыва.

Азербайджанский ученый И. Ф. Султанов подошел к этому вопросу с другой стороны. Он рассчитал, как должны распределиться в пространстве осколки при взрыве планеты. Полученные данные сравнили с существующим распределением астероидов. Результат оказался не в пользу теории Г. Ольберса.

Но в начале 70-х годов XX века астрономы вычислили гипотетическую массу планеты и предположили, что разрушение произошло приблизительно 16 млн лет назад. За столь длительное время под воздействием планет орбиты астероидов запутались настолько, что восстановить начальные условия просто невозможно.

Многие защитники теории гибели Фаэтона ставят под сомнение эту дату. Если Фаэтон взорвался 16 млн лет назад, то откуда взялся след от астероида, упавшего на Землю 65 млн лет назад? В качестве альтернативы они предлагают более позднюю дату – 4 млрд лет.

Нет единства среди специалистов и относительно причин гибели планеты. Одни считают, что Фаэтон погиб в результате вулканической активности, другие – что планету разорвала центробежная сила из-за слишком быстрого суточного вращения. Некоторые видят причину ее гибели в столкновении с собственным спутником или опасным сближением с Юпитером.

Ряд астрономов связывают гибель Фаэтона с движением солнечной системы сквозь струйные потоки Млечного пути. Проходящая мимо звезда силой своей гравитации разрушила Фаэтон.

С таким развитием событий не согласны сторонники звездной теории, которые считают Фаэтон не обычной планетой Солнечной системы, а звездой-карликом.

Есть специалисты, которые считают, что роковую роль в ее гибели сыграли все те же струйные потоки Млечного пути, так как они буквально нашпигованы кометами. Самая большая из них нанесла по Фаэтону сокрушительный удар, в результате которого произошел взрыв. Куски разорвавшейся звезды, смешавшись с кометами, разлетелись в разные стороны. Уходя с орбиты между Марсом и Юпитером, они сталкивались с планетами Солнечной системы, оставляя на них чудовищные кратеры. Такие столкновения до неузнаваемости изуродовали Марс. Земля, по сравнению с Марсом, пострадала от столкновений меньше.

Некоторые ученые связывают со взрывом Фаэтона гибель динозавров и начало нового эволюционного витка жизненных форм на Земле.

Специалисты исследовательского центра космического агентства NASA причину гибели планеты Фаэтон видят в неустойчивости ее орбиты между Юпитером, Марсом и полосой астероидов. В результате взаимодействия планеты и астероидов последние также начали менять свои орбиты. Часть этих астероидов стала пересекать орбиту Земли и бомбардировать ее и Луну. Внеся хаос во внутреннюю часть Солнечной системы, Фаэтон исчез сам: скорее всего, двигаясь по сильно вытянутой орбите, эта планета опасно приблизилась к Солнцу и была им проглочена.

В настоящие время активно разрабатывается гипотеза, согласно которой планета Фаэтон не погибла, а продолжает существовать на внешней орбите Плутона. При переходе на новый этап развития (из планеты в звезду) около 4 млрд лет назад она «сбросила» около 10 % своей массы (кору или «скорлупу»), которая и стала поясом астероидов Солнечной системы.

До сих пор все попытки обнаружить Фаэтон заканчивались ничем, хотя присутствие в Солнечной системе постороннего гравитационного поля замечено давно. В 80-х годах прошлого века американские космические аппараты «Пионер» и «Вояджер» по мере приближения к границам Солнечной системы начинали все больше отклоняться от расчетных траекторий. Расчеты показали, что отклонения вызваны наличием гравитационного поля неизвестной планетной массы за орбитой Плутона. А в 1997 году американские астрономы объяснили, что обнаружили небольшую планету на периферии Солнечной системы. Она вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите, приближаясь к нему на минимальное расстояние в 35 и удаляясь на максимальное – в 130 астрономических единиц. Возможно, эту планету и стоит считать Фаэтоном? И именно эту звезду 2000 лет назад видели волхвы с Востока, а ее описание встречается в древних хрониках? Ответы на эти вопросы и множество других, связанных с тайнами «планеты-невидимки», еще предстоит дать ученым в будущем.

Место, где разрушается пространство и время

Во всей науке нет объекта более таинственного, чем черные дыры. Все вопросы, связанные с ними, – это вопросы, затрагивающие Вселенную в целом. Научным фактом является то, что 0,1 % массы нашей Галактики сосредоточена именно в черных дырах.

Дать определение черным дырам очень непросто. Если верить физикам, данное явление представляет собой некое порождение тяготения, достигшего колоссальных величин. В результате в пространстве возникают области настолько плотные, что даже свет не может преодолеть их гравитационного притяжения. Поглощаемое черной дырой вещество раскаляется и, погружаясь в «бездну», начинает излучать очень высокую энергию. В состав этого излучения входит и рентгеновское, которое способны обнаруживать телескопы на околоземной орбите.

Известно, что черная дыра «проглатывает» не только находящиеся поблизости физические предметы, но и свет. По этой причине она невидима; обнаружить нахождение в пространстве таких явлений можно, лишь основываясь на косвенных признаках.

Естественно, наука просто не могла пройти мимо данного объекта, возникающего после смерти больших звезд (в основном, их наблюдают в далеких квазарах, во взрывающихся ядрах галактик). Ведь черные дыры обладают целым рядом совершенно фантастических свойств: внутри них изменяются свойства пространства, замедляется время. Эти две основополагающих составляющих нашего бытия в уникальной зоне закручиваются в воронку; теоретики считают, что в ее глубине пространство и время распадаются на кванты.

Фактически, мы имеем дело с гравитационной ловушкой, откуда нет выхода. При этом у этой бездны попросту отсутствует… наблюдаемая поверхность. Если у нейтронных звезд зарегистрированы сильные магнитные поля и строго периодичные пульсации рентгеновских лучей, то черная дыра характеризуется неподдающимися расчетам флуктуациями излучения. Кстати, еще одна особенность: данное явление уникально по количеству накопленной в нем энергии. Во Вселенной не существует объектов, которые содержали бы ее больше, чем черные дыры. Фактически, перед нами – ее неиссякаемый источник!

Черная дыра первоначально появилась на бумаге, когда в XVIII веке ученые – Митчел и Лаплас – обратили внимание на «предсказание», содержавшееся в ньютоновской теории. Математическое решение данной проблемы увидело свет позднее. В начале XIX века Пьер Лаплас впервые заговорил о теоретической возможности существования черных дыр. В знаменитом «Курсе теоретической физики» Лев Ландау и Евгений Лифшиц называли эту загадку Вселенной самой красивой из всех существующих теорий, а Макс Борн восхищался ею, «как творением искусства». Подобное отношение данный объект вызывает практически у всей научной общественности. Но, по всей видимости, наиболее поэтично высказался известный физик К. Торн: «Из всех измышлений человеческого ума, от единорогов и химер до водородной бомбы, самое фантастичное – это образ черной дыры, границу которой ничто не может пересечь, и даже свет задерживается ее мертвой хваткой».

В наши дни, задействовав для наблюдения орбитальные телескопы, ученые установили любопытные факты. Оказалось, что черные дыры делятся на два вида. К первому из них относятся массивные объекты, размеры которых составляют порядка трех масс нашего светила. Ко второму – так называемые сверхмассивные (размером от миллиона до миллиарда масс Солнца). На данный момент специалистами зафиксировано местоположение около 20 массивных и около 200 сверхмассивных черных дыр. Кроме того, было установлено еще около 220 мест, в которых, вероятно, находятся подобные объекты.

«Главная загадка Вселенной» не устает подкидывать исследователям информацию к размышлению. Так, немало вопросов возникает в связи с открытием маленьких, но сверхмассивных черных дыр. Например, объект, находящийся в центре галактики NGC 4395 в созвездии Гончих Псов, интересен тем, что, вопреки математическим расчетам, излучает в рентгене на удивление интенсивно. Эта черная дыра является столь же мощной, как и ее особо крупные «родственники» в центрах других галактик. А ведь эта «невидимка» тяжелее нашего светила «всего» в 50 000 раз, тогда как обычные сверхмассивные черные дыры, как правило, в миллионы и миллиарды раз массивнее Солнца.

Наличие небольших по размерам, но особо мощных «загадок Вселенной» может объяснить свойства одного из типов активных галактик. Считается, что в их центре есть «невидимки»; такие галактики менее ярки, чем квазары, но испускают большое количество рентгеновских лучей.

Сверхмассивные черные дыры излучают во Вселенную гораздо больше энергии, чем все звезды вместе взятые. При этом многие из подобных объектов предположительно сформировались относительно недавно; исследователи считают, что по крайней мере 15 % всех сверхмассивных черных дыр возникло, когда возраст Вселенной был вполовину меньше. В настоящее время «невидимки» также продолжают расти. В последние два-три года стало ясно, что Вселенная не только расширяется, но и делает это с приличным ускорением. Его обеспечивают огромные невидимые массы материи. Загадочные «черные дыры» производят 30 % энергии, за счет которой происходит расширение. А вот откуда берутся еще 70 % – пока неизвестно (ученые называют эту часть «темной энергией Вселенной»).

Массы загадочных объектов, образующихся в результате коллапса газовых облаков, от миллионов до миллиардов раз превышают массы звезд. Размеры таких «островов мрака» сравнимы с размерами нашей Солнечной системы. При этом, по мнению астрономов, сверхмассивные черные дыры содержатся в центре большинства галактик. Наша с вами тоже не является исключением из общего правила. Причем недавние наблюдения супермассивных «невидимок», вращающихся вокруг друг друга в центре NGC 6240 (в созвездии Змееносца), позволили предположить: в случае слияния галактик их черные дыры также подвергаются объединению. На завершение этого процесса уходит несколько сотен миллиардов лет.

По существу, черная дыра является неизученным элементом нашей Вселенной, своеобразным «белым пятном». Но тем не менее, современная физика фактически требует, чтобы это явление существовало. Причем в достаточном количестве. И таких активных галактических источников излучения в самом деле на удивление много. В рентгеновском диапазоне мы видим в десять раз больше галактик, чем при самых детальных оптических обзорах!

Итак, оказалось, что данное явление во Вселенной достаточно распространено. Поэтому в последнее десятилетие возникло новое перспективное научное направление – демография черных дыр. Оно изучает распределение этих загадочных объектов в пространстве и взаимодействие их с другими материальными объектами.

Особое внимание изучению черных дыр уделяет Стивен Хокинг – человек, которого называют «самым загадочным ученым современности». Он, кстати, возглавляет в Кембридже ту кафедру, которую когда-то занимал Исаак Ньютон. Тут следует упомянуть, что этот блестящий британский физик, имеющий 12 ученых степеней, лауреат Нобелевской премии (1998) и Ордена почета, член Королевского научного общества Великобритании и Национальной академии наук США, уже почти четверть века страдает редкой формой атрофического склероза, превратившего его в калеку. Передвигается Хокинг только благодаря инвалидной коляске с электромотором, лекции в университете читает при помощи электронного синтезатора голоса (его собственную невнятную речь понимают лишь близкие профессора – его жена и трое детей). Контакт ученого с внешней средой обеспечивает уникальный компьютер, которым этот человек-уникум управляет единственным действующим пальцем левой руки…

На основании многолетней работы Хокинг сделал вывод: квантовое испарение черных дыр неизбежно. А это значит, что данные объекты умирают. Интересна попытка соотнести размеры и массу удивительных «белых пятен» мироздания. В частности, расчеты британского ученого показывают: черная дыра весом в 1 миллиард тонн (масса горы) имела бы… размер нейтрона или протона. Кстати, профессор убежден, что время формирования загадочных «невидимок» превосходит время жизни самой Вселенной! Правда, квантовой теории черных дыр покуда не существует, а это значит, что процессы, на которые указал Стивен Хокинг, в настоящее время понять в полной мере невозможно.

Пристальное внимание специалистов к проблеме существования «невидимок» объясняется весьма вескими причинами. Относительно недавно американский телескоп «Хаббл» зафиксировал интересный, но не слишком приятный факт: черная дыра GROJ 1655-40 из созвездия Скорпиона прямиком движется к нашему Солнцу. Неведомый монстр находится, безусловно, далековато от нас – на расстоянии в 6000 световых лет. Однако повод для беспокойства есть. Скорость данного объекта внушает уважение: она составляет 40 000 километров в час! По ходу своего движения черная дыра «съедает» звезды. Видимо, это же произойдет в далеко не светлом будущем и с нашим собственным Солнцем. А покуда ученые пытаются разобраться, что же представляет собой эта напасть.

Летом 2004 года Стивен Хокинг заявил, что полностью раскрыл тайну черных дыр – главную загадку космоса. Для этого астрофизик объединил теорию относительности и квантовую механику в единую теорию. Хокинг утверждает, что черные дыры отнюдь не являются огромными «братскими могилами» звезд, некой «всепоглощающей» субстанцией. Еще в 1970-х годах ученый доказал, что обмен энергией между данным объектом и внешним пространством вполне возможен. Черные дыры – «место, где разрушается классическая концепция пространства и времени так же, как и все известные законы физики» – вовсе не конец мироздания. Они исторгают лучевые потоки и являются рядовыми эволюционирующими объектами.

Однако это открытие вызвало парадокс: британский профессор утверждал, что энергия, поступающая из черной дыры, не содержит никакой «информации» о поглощенной материи. Тогда после испарения «невидимки» от нее не остается и следа, следовательно, не остается и никакой информации. А это противоречит всем законами квантовой механики. Разрешить этот парадокс Стивен Хокинг пытался на протяжении 30 лет. Теперь профессор полагает, что загадочные «белые пятна» все же позволяют информации выходить наружу; в таком случае падение в черную дыру – «это не путешествие с билетом в один конец». По теории Хокинга, «невидимки» не имеют ясно очерченного горизонта событий, который скрывает все в них от внешнего мира, и не уничтожают падающие тела полностью и без следа. Вместо этого жертвы гравитационной ловушки продолжают излучать энергию в течение длительных периодов времени, пока «черная дыра только формируется». «Но позже горизонт открывается и выпускает информацию относительно того, что упало внутрь, так что мы можем проверить прошлое и можем предсказывать будущее», – утверждает ученый. Правда, следующее его заявление сразу же разочаровало любителей научной фантастики: «Если вы попадаете в черную дыру, ваша масса-энергия будет возвращена в нашу Вселенную, но в изуродованном виде».

Кстати, загадочные «невидимки», оказывается, способны «петь», то есть от них исходят звуковые волны. Например, подобный объект из созвездия Персея (около 250 миллионов световых лет от Земли) постоянно «мурлычет» ноту, соответствующую си-бемоль, причем на 57 октав ниже первой октавы. Что это? Свидетельство процесса, благодаря которому пылевое облако, окружающее черную дыру, раскаляется? Видимо, так. Но все же воображение рисует картину, весьма далекую от науки: прослушав очередную порцию предположений и догадок относительно собственной персоны, грандиозный «невидимка» продолжает иронично посмеиваться над учеными, напевая себе под нос нехитрую песенку Времени…

Чудеса на суше

«Нестандартные» грибы

Грибы – одни из самых загадочных организмов на нашей планете. Они составляют особое царство и занимают промежуточное положение между растениями и животными. Грибы вездесущи: их можно встретить и на земле, и под водой, и в воздухе. Всего в природе насчитывается свыше 100 000 видов грибов, и некоторые из них настолько необычны, что заслуживают отдельного рассказа.

Прежде чем рассуждать о странных грибах, давайте вспомним, что нам известно о грибах вообще. Итак, грибы (Fungi, Mycetes) – это группа живых организмов, лишенных хлорофилла и питающихся готовыми органическими веществами. Все, необходимое для жизни – воду и питательные вещества, – они получают путем всасывания (осмоса). Большинство грибов – сапрофиты, то есть они живут за счет разложения отмерших организмов, но встречаются среди них и паразиты, вызывающие серьезные заболевания животных и человека.

Царство грибов подразделяется на три отдела (настоящие грибы, оомицеты и слизевики). Кроме видовой классификации существует также экологическая, зависящая от условий существования тех или иных грибов. В почве обитают почвенные грибы, в воде – водные (как правило, они паразитируют на животных и растениях), известны также грибы, которые развиваются на древесине, бумаге и даже на современных синтетических материалах.

Строение съедобных грибов известно каждому: под землей располагается грибница (мицелий), а над поверхностью почвы появляются только плодовые тела, которые, как правило, состоят из ножки и шляпки. Собственно говоря, называть «грибом» плодовое тело – примерно то же самое, что называть шишку сосной или яблоко яблоней. Гриб – это, прежде всего, мицелий. И его размеры иногда бывают просто невообразимыми. Например, в американском штате Орегон растет один из крупнейших почвенных грибов, относящийся к виду Armillaria ostoyae. Согласно последним измерениям, мицелий этого гриба занимает площадь 890 га. Представьте только: на таком участке может разместиться 1750 футбольных площадок!

Многообразие форм грибов настолько велико, что многие из них кажутся выдумкой художника-сюрреалиста. Например, аурикулярия уховидная (иудино ухо) известна лишь немногим грибникам. Она растет на деревьях осенью и в теплые зимы. По внешнему виду действительно напоминает коричнево-желтоватое, сморщенное ухо. Гриб этот является деликатесом и особенно часто используется в японской и китайской кухне. А гриб-баран (его называют еще грибной капустой) имеет еще более экзотический вид. Растут эти грибы практически во всем Северном полушарии, чаще всего – в сосновых (реже – еловых) лесах, паразитируют на деревьях. Плодовое тело этого гриба весит два-три килограмма и состоит из завитых веточек, которые у некоторых видов покрыты выростами-шипами. Гриб-баран не только съедобен, но и очень вкусен. Его можно долгое время хранить на холоде, так как в грибе содержится особое вещество – спарассол, которое не позволяет развиться плесени. Рамария – гриб, напоминающий коралл. В мире существует около 40 видов рамарий, самые известные – рамария красивая и рамария золотистая. Лимонно-желтые веточки, вырастающие из мха, удивительно изящны, хотя и несъедобны. Еще один гриб, о котором просто невозможно не упомянуть, – звездовик, или земляная звезда. Он растет на голой земле или сильно разложившихся пнях. Шарообразное плодовое тело образуется под землей, его окружают две оболочки. Затем грубая внешняя оболочка лопается, вынося на поверхность земли споронесущую часть, покрытую тоненькой кожицей. Остатки внешней оболочки образуют 5—10 «лепестков» («лучей») длиной до десяти сантиметров. Окраска «звезд» разная – от розового до желтого.