Устройство Вселенной

15 марта 1955 года ушел из жизни Микеле Анджело Бессо — швейцарско-итальянский инженер и близкий друг Альберта Эйнштейна.

Узнав об отбытии товарища к праотцам, Эйнштейн написал его семье весьма необычное письмо, часть которого была особенно интересной:

"Он покинул этот странный мир немного раньше меня. Это ничего не значит. Для нас, верящих в физику, различие между прошлым, настоящим и будущим — всего лишь упорно сохраняющаяся иллюзия", — такими словами великий физик утешал семью друга.

Чуть больше чем через месяц, 18 апреля того же года, этот "странный мир" покинул и сам Эйнштейн. Похоже, предчувствуя, что его конец уже близко, он попытался в письменной форме выразить свое понимание смерти языком физики.

Что он хотел сказать?

В письме Эйнштейн говорил о времени в контексте своей теории относительности, согласно которой время — не отдельная "река", текущая одинаково для всех. Оно связано с пространством в единое пространство-время, а его ход зависит от скорости и гравитации.

Это породило в физике концепцию "блочной Вселенной": события в прошлом, настоящем и будущем не "исчезают" и не "возникают", а просто занимают свое место в пространстве-времени.

Поэтому фраза Эйнштейна — это завуалированная попытка сказать: смерть не обесценивает жизнь его друга. Их общая история, прожитые моменты с семьей, сам факт жизни и научной деятельности Бессо не "исчезли в никуда" — они просто отныне находятся в других участках пространства-времени, доступа к которым у нас нет.

Время как иллюзия

В теории относительности единого "сейчас" во Вселенной не существует: у разных наблюдателей оно устроено по-разному. Поэтому привычное для всех нас, живущих на Земле, ощущение, что существует только настоящий момент, прошлое исчезло, а будущее еще не наступило, — может быть не фундаментальным свойством природы, а особенностью нашего восприятия реальности и языка.

Именно это и озвучивает Эйнштейн в письме: граница между "было", "есть" и "будет" иллюзорна.

Физик-теоретик, всю сознательную жизнь стремившийся понять устройство мира, в конце жизненного пути сформулировал мысль, которая во многом перекликается с религиями и верованиями разных эпох и народов: жизнь — не мимолетная вспышка, исчезающая бесследно, а факт, который вписывается в летопись Вселенной. И хотя для нас граница между "было", "есть" и "будет" кажется непреодолимой — по меркам Вселенной она условна. Ничто по-настоящему не исчезает, и прожитая жизнь не стирается — она остается фактом мира, но просто не в нашем "сейчас".

Важно отметить, что это скорее философский вывод из физической картины мироустройства, а не научное доказательство "жизни после смерти".

Перед вами солнечная фотосфера — видимая "поверхность" звезды, предстающая в виде плотной мозаики из светлых гранул и темных промежутков между ними. Именно так в сверхвысоком разрешении выглядит поверхность нашего светила, где раскаленная плазма непрерывно поднимается из глубин и переносит энергию наружу.

Поверхность Солнца в сверхвысоком разрешении / © J. Sanchez Almeida (IAC), SST, APOD/NASA

Светлые гранулы на изображении — это вершины гигантских конвективных ячеек. В центре таких структур находится наиболее горячая поднимающаяся плазма, а по краям — остывающее вещество, плотность которого возрастает, из-за чего оно вновь опускается в глубину. Поэтому границы между гранулами выглядят темнее: там плазма холоднее, плотнее и движется вниз. Все это — прямое проявление бурной солнечной конвекции, которая никогда не прекращается.

Особого внимания заслуживают крошечные яркие точки в темных межгранульных промежутках. Это не артефакты съемки, а области очень сильных локальных магнитных полей. Они выглядят ярче потому, что магнитное давление меняет структуру плазмы, позволяя нам увидеть более глубокие и горячие слои звезды, лежащие ниже фотосферы. Именно поэтому на снимке эти участки выделяются как маленькие сверкающие "искорки" среди более темной сетки.

Белая линия в нижней левой части кадра показывает масштаб: ее длина составляет 5 000 километров. На изображении ниже я добавил Землю в ее реальном размере относительно этого снимка, чтобы вы могли еще нагляднее оценить, насколько крошечные по меркам Солнца элементы на деле имеют колоссальные размеры в масштабах нашей планеты. Отдельные солнечные гранулы сопоставимы по размерам с территориями крупных государств.

© J. Sanchez Almeida (IAC), SST, APOD/NASA

Снимок был получен в сентябре 2007 года с помощью Шведского 1-метрового солнечного телескопа (англ. SST — Swedish 1-m Solar Telescope) на испанском острове Ла-Пальма. Этот инструмент, установленный в обсерватории Роке-де-лос-Мучачос, является одним из наиболее эффективных наземных солнечных телескопов в мире. Высочайшая детализация достигается не только благодаря современной адаптивной оптике, но и за счет сложной компьютерной обработки, которая позволяет компенсировать искажения, вызванные земной атмосферой.

Такие наблюдения позволяют ученым буквально видеть физику звезды в действии. Чем точнее наше понимание поведения плазмы и магнитных полей на Солнце, тем лучше мы можем разобраться в природе солнечных вспышек, корональных выбросов массы и других явлений космической погоды. В перспективе это помогает совершенствовать прогнозы событий, способных нарушить работу спутников, навигации, радиосвязи и даже вывести из строя наземную инфраструктуру.

23 февраля 1987 года. В карликовой галактике Большое Магелланово Облако, расположенной на расстоянии около 160 000 световых лет от нас, вспыхнула сверхновая SN 1987A.

Но за три часа до первого света, донесшего информацию о взрыве массивной звезды, на Землю прибыли нейтрино*.

*Нейтрино — класс нейтральных фундаментальных частиц, участвующих только в слабом и гравитационном взаимодействиях.

Нейтрино долетели до нас быстрее света? Да. И это не ошибка. Дело в том, что в момент коллапса звезды ядро испускает нейтрино, которые проходят через внешние слои, как сквозь пустоту. Свет же задерживается, потому что ему нужно время, чтобы "пробиться" через взрывающуюся оболочку. Вот и получается, что нейтрино, наделенные возможностью миновать препятствия, опережают свет, но не превышают скорость света.

В тот день земные детекторы поймали 24 нейтрино. Это подтвердило, что наше понимание механизма звездных взрывов абсолютно верно.

Сегодня нейтрино продолжают выступать в роли наших информаторов, способных доносить вести о космических катастрофах раньше, чем свет.

В созвездии Треугольника, на расстоянии около 2,4 миллиона световых лет от Земли, находится одна из самых завораживающих структур ближнего космоса — туманность NGC 604. Она расположена в галактике Треугольник (M 33), входящей в Местную группу вместе с Млечным Путем и Андромедой.

NGC 604 представляет собой гигантскую область ионизированного газа, которая светится под воздействием мощного ультрафиолетового излучения звезд. По своим размерам она примерно в 50 раз превосходит знаменитую туманность Ориона в нашей Галактике, простираясь почти на 1 500 световых лет.

Внутри NGC 604 наблюдается чрезвычайно бурное звездообразование. Астрономам удалось идентифицировать более 200 молодых и в то же время уже "пожилых" по меркам массивных звезд светил, большинство из которых в десятки раз тяжелее Солнца.

Эти звездные гиганты живут ярко, но недолго: их возраст составляет "всего" 3-5 миллионов лет, тогда как продолжительность жизни таких объектов обычно не превышает десяти миллионов лет — мгновение по космическим меркам.

Специфический зеленоватый оттенок NGC 604 связан с излучением дважды ионизированного кислорода. Жесткое ультрафиолетовое излучение горячих звезд выбивает электроны из атомов газа, заставляя его светиться. Температура внутри туманности составляет примерно 10 000 градусов Цельсия, а мощные звездные ветры, скорость которых достигает десятков километров в секунду, выдувают в окружающем веществе огромные полости и пузыри.

Это способствует фрагментации газопылевых облаков, их постепенному остыванию, сжатию и превращению в протозвезды — звезды на начальном этапе эволюции.

NGC 604 — уникальная природная лаборатория, позволяющая изучать рождение, эволюцию и гибель одних из самых массивных звезд во Вселенной. Благодаря этому уточняются модели звездообразования и эволюции галактик, а значит, и наше понимание космического пространства.

Туманность Розетка — область активного звездообразования в созвездии Единорога, где гигантские облака водорода и пыли под действием гравитации сжимаются, формируя новые светила.

Перед вами составное изображение центральной области Млечного Пути, созданное на основе наблюдений в радио- и рентгеновском диапазонах.

В таком виде галактическое ядро предстает чрезвычайно активной областью, наполненной раскаленным газом, плотными пылевыми облаками и следами мощных энергетических процессов.

В центре нашей Галактики царят одни из самых экстремальных условий, какие только можно представить. Здесь находятся протяженные газовые структуры, нагретые до миллионов градусов, остатки звездных взрывов и сверхмассивная черная дыра Стрелец A*, связанная с ядром Млечного Пути.

Особую выразительность этому изображению придают гигантские вытянутые структуры, поднимающиеся над центральной областью. Они наглядно показывают, что процессы в галактическом ядре могут влиять на окружающую среду на расстояниях в сотни световых лет.

Составные изображения дают возможность увидеть более полную картину мира, большая часть которой скрыта от наших органов чувств. Обходя эти ограничения с помощью технологий, ученые лучше понимают эволюцию галактик, а значит — и Вселенной в целом.

Изображение было обнародовано 4 июня 2018 года.

В ходе пилотируемой миссии NASA "Артемида-2" был сделан впечатляющий снимок лунного затмения, который озадачил многих. Все дело в том, что темный диск Луны усеян множеством ярких точек, создающих впечатление, будто на ее поверхности горят огни — если не целых городов, то как минимум баз постоянного присутствия людей. Но все куда прозаичнее.

На самом деле эти светящиеся точки — не реальные источники света на Луне. Это так называемые горячие пиксели — артефакты, возникающие на матрице цифровой камеры. Чтобы получить качественный снимок затмения в условиях крайне низкой освещенности, камеру настроили на высокую светочувствительность. Большое значение параметра ISO, определяющего чувствительность сенсора к свету, позволило запечатлеть детали в темноте, но одновременно усилило цифровой шум — случайные светлые точки, появляющиеся на изображении.

Однако в космосе на фотосъемку влияет еще один фактор, с которым люди на Земле почти не сталкиваются, — космические лучи. Это потоки высокоэнергетических частиц, главным образом протонов и ядер атомов, которые непрерывно пронизывают космическое пространство. Часть из них приходит от Солнца, часть рождается при вспышках сверхновых и других мощных процессах далеко за пределами Солнечной системы. Пройдя через корпус космического корабля "Орион" и матрицу камеры, они оставили энергетические следы на сенсоре. Каждый такой след выглядит как яркая точка на снимке.

Для аппаратуры это в основном источник незначительных помех и редких сбоев, а для человека при длительном воздействии — серьезный фактор риска: космическое излучение повреждает клетки и ДНК, повышает вероятность рака, катаракты и может приводить к нарушениям в работе нервной и сердечно-сосудистой систем. Кстати, фантазеры, рассуждающие о колониях на Луне, Марсе и у черта на куличках, почему-то этот фактор обходят стороной.

Мы, живя на Земле, защищены от большей части космических лучей благодаря плотной атмосфере и магнитосфере. Поэтому астрофотографы с подобной проблемой почти не сталкиваются. Но в открытом космосе высокоэнергетические частицы воздействуют на аппаратуру гораздо сильнее. Чем дольше выдержка и выше светочувствительность камеры, тем заметнее этот эффект. Именно поэтому на снимке затмения от "Артемиды-2" оказалось так много ложных световых точек.

Таким образом, этот кадр, несмотря на всю его эстетическую привлекательность, служит важным напоминанием о том, насколько суровы и опасны условия за пределами нашей родной планеты.

На протяжении тысячелетий звезды казались людям лишь яркими точками на черном полотне ночного неба. Даже после изобретения телескопа астрономы не могли рассмотреть детали их поверхности: из-за колоссальных расстояний все звезды — не считая Солнца — продолжали выглядеть как крошечные источники света без хоть сколько-нибудь различимой структуры.

Лишь в последние десятилетия развитие технологий позволило получить изображения дисков некоторых звезд, и Антарес стал одним из первых объектов, чья поверхность была детально изучена.

Антарес — ярчайшая звезда в созвездии Скорпиона и один из самых известных красных сверхгигантов на небе. Его название происходит от древнегреческого "Анти-Арес", то есть "соперник Марса". Такое имя звезда получила из-за красновато-оранжевого цвета, напоминающего окраску планеты. От Земли Антарес отделяют примерно 550 световых лет.

Антарес — умирающая звезда, которая уже давно исчерпала запасы водорода в своем ядре и раздулась до гигантских размеров. По оценкам астрономов, в течение нескольких или тысяч лет это далекое светило завершит свой эволюционный путь грандиозной вспышкой сверхновой — взорвется.

Антарес примерно в 700 раз больше нашего Солнца. Если бы эта звезда оказалась в центре Солнечной системы, ее внешние оболочки простирались бы далеко за орбиту Марса, достигая пояса астероидов. Все планеты земной группы, включая Меркурий, Венеру, Землю и Марс, были бы поглощены этим сверхгигантом.

Несмотря на столь колоссальные размеры, масса Антареса всего в 12 раз больше массы Солнца. Это говорит о том, что вещество звезды крайне разрежено. Однако планеты, оказавшиеся внутри ее оболочки, все равно не уцелели бы: высокая температура и потоки раскаленной плазмы быстро разрушили бы их.

Красный цвет Антареса обусловлен относительно низкой температурой его поверхности — около 3 400 градусов Цельсия. Для сравнения, поверхность Солнца разогрета примерно до 5 500 градусов. При такой температуре звезда излучает преимущественно в красной и инфракрасной частях спектра, что и придает ей характерный оттенок. Низкая температура указывает на то, что звезда пребывает на очень поздней стадии эволюции. Связано это с тем, что, когда массивная звезда исчерпывает запасы водорода в ядре, она начинает сжигать гелий, углерод и другие более тяжелые элементы, появившиеся в ходе нуклеосинтеза. Это приводит к расширению звезды и охлаждению ее поверхности.

Именно колоссальный размер Антареса позволил астрономам впервые получить детальное изображение его диска. Для этого ученые использовали комплекс Очень Большого Телескопа (VLT) Европейской южной обсерватории в Чили. Когда его телескопы работают совместно в режиме интерферометра (VLTI), они фактически превращаются в один огромный супертелескоп с разрешением, достаточным для того, чтобы различить структуру звездного диска.

На полученном изображении видны неоднородности на поверхности Антареса — яркие и темные области, вызванные конвекцией и движением газа в звездной атмосфере. Это гигантские ячейки горячего и холодного вещества, поднимающиеся из глубин и опускающиеся обратно, подобно кипящей воде, только в несопоставимо больших масштабах.

Наблюдения за Антаресом не только демонстрируют возможности современной астрономии, но и дают ключ к пониманию последних этапов жизни массивных звезд. Красные сверхгиганты — это звезды, стоящие на пороге катастрофы. В объектах такого рода идут термоядерные реакции синтеза все более тяжелых элементов, предел которых определяется накоплением в ядре железа. Железо не может участвовать в термоядерном синтезе с выделением энергии, поэтому система теряет стабильность — хрупкий баланс между внутренним давлением и гравитационным сжатием нарушается. За доли секунды ядро коллапсирует, а затем звезда взрывается, разбрасывая свое вещество по окружающему пространству.

Когда звезда Антарес взорвется, ее вспышку можно будет наблюдать даже днем невооруженным глазом в течение нескольких недель или месяцев. Взрыв обогатит окружающее пространство тяжелыми элементами, из которых со временем сформируются звезды следующего поколения и планеты.

В донных отложениях Тихого, Атлантического и Индийского океанов ученые обнаружили изотоп железа-60 — радиоактивный элемент с периодом полураспада около 2,6 миллиона лет.

В заметных количествах этот изотоп естественным образом на Земле не образуется: он синтезируется в недрах массивных звезд в процессе нуклеосинтеза, а его образование может дополнительно усиливаться на стадии вспышки сверхновой, которая затем разносит железо-60 по космическому пространству. Присутствие этого изотопа в океанских отложениях возрастом в несколько миллионов лет указывает на то, что в прошлом до Земли доходило вещество, выброшенное относительно близкими сверхновыми.

Вспышка сверхновой происходит, когда массивная звезда исчерпывает запасы ядерного топлива, теряет способность поддерживать равновесие между внутренним давлением и собственной гравитацией, после чего ее ядро стремительно коллапсирует, а внешние слои выбрасываются в окружающее пространство.

Некоторые ученые предполагают, что близкие сверхновые могли сыграть важную роль в эволюции жизни на Земле. Всплеск космического излучения теоретически мог не только повлиять на климат, но и увеличить мутационную нагрузку у живых организмов.

Любопытно, что появление в донных отложениях железа-60 по времени совпадает с заметными изменениями в земной биосфере, однако прямая причинно-следственная связь между этими событиями пока остается предметом научной дискуссии.

Уже больше века человечество пытается понять, одиноки ли мы во Вселенной. И по сей день у нас нет никаких доказательств существования не только инопланетных цивилизаций, но и вообще какой-либо другой жизни за пределами Земли.

Но зато за последние десятилетия мы научились отлично находить планеты у других звезд, называя их экзопланетами. По состоянию на 6 апреля 2026 года подтверждено существование 6 153 экзопланет.

И вот тут возникает вполне справедливый вопрос: если мы когда-нибудь обнаружим убедительное подтверждение существования "братьев по разуму", проживающих на относительно небольшом расстоянии от нас, то стоит ли выходить с ними на связь?

Не все считают, что это хорошая идея

Осторожную позицию по этому поводу доступно сформулировал Стивен Хокинг (8 января 1942 года — 14 марта 2018 года) в 2015 году, принимая участие в запуске проекта Breakthrough Listen, направленного на поиск разумной внеземной жизни во Вселенной:

"Мы ничего не знаем об инопланетянах, но хорошо знаем людей. История показывает, что встречи более развитых и менее развитых цивилизаций часто заканчивались плохо для последних. Если другая [внеземная] цивилизация значительно старше нас, то она может быть намного могущественнее и не считать нас более ценными, чем мы считаем бактерий. А если инопланетяне когда-нибудь нас посетят, итог может быть примерно таким же, как когда Христофор Колумб высадился в Америке, — для коренных жителей это закончилось плохо".

Мнение Хокинга перекликается с гипотезой "Темного леса", описанной китайским писателем-фантастом Лю Цысинем в книге "Темный лес": если вы не знаете намерения незнакомца, то лучше не вступать с ним в контакт. То есть в условиях неопределенности коммуникация с инопланетной цивилизацией рассматривается как возможный риск с далеко идущими последствиями, а скрытность — как залог безопасности.

Но есть и другая сторона медали

Во-первых, человечество уже больше века "светит" в космический радиоэфир. Связь, телевидение и радары давно оставляют заметный след, так что добиться абсолютной скрытности уже не выйдет. Другими словами, поздно пить Боржоми.

Во-вторых, среди специалистов нет единого мнения, насколько действительно опасны целенаправленные попытки взаимодействия с кем-то, учитывая колоссальные расстояния между звездными системами. Кроме того, споры вызывает и практическая сторона вопроса: даже в случае успешного обмена сигналами задержка может составлять десятки, сотни, а иногда и тысячи лет. Ценность такого общения сомнительна.

Рациональный взгляд

Несмотря на дискуссии, в научном сообществе царит позиция: искать и проверять (слушать, сравнивать, перепроверять), но с передачами не спешить, пока не будут сформулированы международные правила с оценкой возможных рисков.

Но нет никаких сомнений, что даже если мы когда-нибудь и найдем разумных существ во Вселенной, то диалог начнется не с обмена приветствиями, а с унылого этапа: один странный сигнал, сотни проверок, десятки альтернативных объяснений, тысячи измерений, годы работы с новыми инструментами и споры. И это нормально. В таких историях сенсация занимает место в последнем ряду.