С точки зрения наиболее распространенной и, можно даже сказать, господствующей термоядерной концепции звездной энергетики, центральные слои Солнца - это термоядерный реактор, где происходит выделение энергии, а окружающие лучистые слои - как бы неимоверно толстые стенки котла, через которые энергия медленно просачивается наружу (рис. 80). Эти стенки служат дном другого котла, который можно считать заполненным как бы жидкостью: здесь вещество "кипит" и главный процесс - перемешивание отдельных масс. У этого котла имеется крышка из тонкого упругого и легко деформируемого вещества.
Снизу эта крышка постоянно атакуется вихрями кипящей плазмы. Благодаря своей упругости она все время колеблется подобно мембране звучащего динамика. Волны, распространяющиеся от этой мембраны, сильно разогревают газ окружающих внешних слоев солнечной атмосферы 43.
Считается, что рано или поздно термоядерное топливо в солнечных недрах закончится, и наше светило "погаснет". Но такое предположение - всего лишь одна из возможных (правда, господствующих в настоящий момент) гипотез. Она опирается на бесспорный факт ограниченности общей массы Солнца и, следовательно, запасов топлива; на довольно-таки простенькую аналогию, почерпнутую из звездной астрономии (раз известны остывающие звезды, значит, и Солнце ожидает то же самое); и, наконец, на следствия, вытекающие из космологической концепции Большого взрыва.
Однако существуют и альтернативные подходы. Можно с не меньшим успехом предположить, что запасы термоядерного топлива непрерывно возобновляются или пополняются (таковы закономерности космического вещественно-энергетического кругооборота). И привести не менее весомые аргументы. Строго говоря, утвердившаяся теория внутренних процессов, происходящих на Солнце, согласно которой его энергия обеспечивается термоядерными реакциями, тоже представляет собой всего лишь хорошо обоснованную и просчитанную астрономическую модель. Просто на сегодня мы не располагаем никакими иными знаниями, позволяющими объяснить источник и механизмы работы гигантского солнечного "котла". Но это ведь только сегодня! Напомним, что и о термоядерных реакциях нам стало известно чуть больше полувека назад.
Сошлемся еще на одну любопытную гипотезу, позволяющую лучше понять процессы, происходящие в глубинах дневного светила. Она исходит из предположения, что в недрах Солнца таятся частицы в пять раз тяжелее протонов. Они принадлежат к семейству частиц, из которых состоит более 90% массы всей Вселенной. Но ни одна из них до сих пор не обнаружена. Их существование проливает свет на многие из сложнейших проблем, стоящих перед астрофизиками, и объясняет "недостаточность" нейтринного потока, льющегося из солнечных недр. Такую картину нарисовал британский астрофизик Джон Фолкнер. Загадки наших ближайших космических окрестностей он связал со всем мирозданием.
Еще в 1926 году известный английский астроном Артур Эддингтон писал: "Разумно надеяться, что не в слишком отдаленном будущем мы станем достаточно знающими, чтобы понять столь простую вещь, как звезда". А спустя полвека ученые оказались перед лицом кризиса, который наводит на мысль, что Солнце не такое уж и простое. Вскоре после пророчества Эддингтона оказалось возможным рассчитать изменения температур и давлений в его недрах. Большую часть последовавшего полстолетия астрофизики были счастливы, что смогли постигнуть природу Солнца, которая определяется термоядерными реакциями, протекающими в его недрах.
Из теории следовало, что реакции эти порождают потоки элементарных частиц нейтрино, устремляющиеся из солнечных глубин в космос. С веществом они вступают в реакции крайне неохотно - именно по этой причине и убегают из недр Солнца. Но когда на Земле были построены детекторы, достаточно чувствительные для регистрации и подсчета солнечных нейтрино, то была обнаружена лишь треть их потока, предсказываемая теорией. Результаты первых экспериментов были неоднократно подтверждены. После этого у ученых осталось две возможности.
Либо неверны теории ядерной физики, либо астрофизики еще не до конца понимают столь простую вещь, как звезда.
Проблему можно было бы разрешить, если произвольным образом уменьшить предсказываемую температуру в центре Солнца на 10%. В таком случае количество излучаемых ней трино (в соответствии с теорией) совпадало бы с результатами наблюдений. Однако почему же Солнце должно быть внутри холоднее того, что требуют законы физики? Эту тайну пытались разгадать многие. Отгадок было столько же, сколько и астрофизиков. Одним из предположений, в частности, было такое: сердцевина Солнца быстро вращается; за этот счет давление там пониженное и температура соответственно меньше. Но никаких признаков подобного "сепаратного" вращения сердцевины обнаружить не удалось.
На этом "фоне" Д. Фолкнер совместно с Р. Джиллилэндом пришел еще к одному ответу. Одной из причин сравнительно холодного состояния центра Солнца могло бы оказаться присутствие частиц нового типа, которые уносили бы тепло из его недр, не принимая участия в ядерных реакциях. "Облако" подобных частиц, перемешиваясь с протонами, участвующими в реакциях, должно уносить энергию наружу, охлаждая недра нашего дневного светила. Ограничения, налагаемые законами физики, теорией строения звезд и фактом "пониженной" интенсивности потока нейтрино, дали Фолкнеру и Джиллилэнду возможность составить довольно определенное представление об этих частицах. Они должны быть в пять раз массивнее протонов. Поскольку они не принимают участия в термоядерных реакциях, то должны "замечать" другие частицы только за счет гравитации или "слабого" взаимодействия (но не "сильного", причастного к этим реакциям). Исследователи назвали ее "слабо взаимодействующей массивной частицей", или сокращенно "уимпом" (англ. Wimp - weakli interacting massive particle). Они написали соответствующую статью, но она не была опубликована и пылилась в кабинете Фолкнера семь лет.
Далее ситуация разительно изменилась. Астрономы, наблюдая за вращением галактик, обнаруживали все новые доказательства того, что звезды, входящие в их состав, должны быть погружены в какое-то темное "гало". Невидимого вещества в них, может, раз в десять больше, чем того, что составляют звезды. И космологи стали склоняться к теориям, которые требуют наличия темной материи, тоже в десять раз более массивной, чем звездная. Специалисты по физике элементарных частиц, занятые созданием единой теории сил природы, достаточно благосклонно относятся к теории суперсимметрии. Последняя требует гораздо большего числа элементарных частиц, чем обнаружено до сих пор. Когда Фолкнер проверил вычисления, то обнаружил, что "новые" частицы теории суперсимметрии, вошедшие в моду в космологии и физике элементарных частиц, довольно точно соответствуют описанию его "уимпов". Фолкнер также пришел к выводу, что структура Солнца, включающая эти частицы, определяет характер его пульсаций, которые так озадачивали астрономов. Изучение этих малых колебаний превратилось в целую науку - гелиосейсмологию.
Ничто, кроме умозрительных гипотез и аналогий, не говорит и в пользу утверждения, что Солнце остывает или находится на определенной стадии звездной эволюции, превращаясь, к примеру, из голубого гиганта, которым оно было когда-то, в "белого карлика", которым ему еще предстоит когда-нибудь стать. Наконец, любые абсолютизированные возрастные параметры являются, как правило, весьма условными и не выдерживающими критики со стороны упрямых фактов.
Так, в большинстве современных учебников, энциклопедий и справочников возраст Солнца оценивается в 4,5-5 миллиардов лет. Еще столько же ему отводится, чтобы "догореть". Между тем существуют расчеты, согласно которым энергии превращения водорода в гелий вполне достаточно для поддержания излучения Солнца в течение 100 (!) миллиардов лет 44. Вот и думай - что, с чем и как совместить и от чего лучше отказаться. Если согласиться с большинством космогонических гипотез, согласно которым Солнечная система возникла одновременно, - то тогда придется "подогнать" возраст Солнца под возраст Земли, отказавшись заодно от хронологии, предписанной концепцией Большого взрыва да и от самой этой "теории". Конечно, сравнительно юный возраст Солнца можно попытаться спасти, если предположить, что древняя Земля - быть может, на самом деле остывшая звезда - была поймана солнечным притяжением или же сама приплыла в солнечную гавань. (Как тут не вспомнить космологию африканских догонов, согласно которой Земля, уже населенная человеком, была первоначально спутником Сириуса, но из-за грозящей космической катастрофы ей пришлось передислоцироваться - к сожалению, неизвестным техническим способом - в Солнечную систему).
Следует ли ожидать от Солнца какие-либо неожиданные сенсации? В любой момент! Так, совсем недавно американские астрономы обнаружили в спектре излучения солнечных пятен, в самой их сердцевине - воду! Пусть в молекулярной форме! Пусть в виде перегретого пара! Но все-таки это - вода! На Солнце!
Для самих астрономов, кстати, это не явилось слишком уж большой неожиданностью. Ибо вода в спектрах излучения некоторых звезд была обнаружена уже давно.
И серьезных наблюдателей, и простых обывателей всегда занимали явления, связанные с активностью дневного светила: солнечные пятна, вспышки и протуберанцы - гигантские огненные выбросы протяженностью в десятки тысяч километров. В Европе солнечные пятна были обнаружены одновременно с изобретением и использованием телескопа. А вот китайские астрономы ухитрились зарегистрировать их невооруженным глазом на тысячу лет раньше.
Солнечное пятно - это огромное, величиной нередко больше земного шара, но мелкое углубление на поверхности Солнца. Его температура на 1000К ниже температуры фотосферы, потому-то оно и воспринимается как темное и даже совсем черное. Пятна живут своей особой жизнью, рождаясь, умирая и перемещаясь по ходу вращения самого Солнца (рис. 81).