Экспериментальные исследования показали, что при термоядерной реакции перехода водорода в гелий выделение энергии на каждый грамм «сожженного» водорода составляет 6-1011Дж. Если сопоставить эту величину с общим солнечным излучением, то нетрудно рассчитать, что «сгорание» водорода на Солнце идет со скоростью 5 млн. тонн в секунду. При таком расходе водорода общая продолжительность жизни Солнца может достигать примерно 10 млрд. лет.
Термоядерная реакция превращения водорода в гелий идет только в центральной части, в глубокой «топке» Солнца. Подавляющая же часть солнечного вещества в этой реакции не участвует и энергии не выделяет. Поэтому если колоссальный общий поток солнечной энергии сопоставить с его колоссальной массой, то окажется, что количество излучаемой энергии, приходящееся на единицу массы, например на 1 г солнечного вещества, в среднем исчезающе мало. Как заметил однажды советский астрофизик В. Г. Курт, поток солнечной энергии, приходящийся в среднем на единицу массы Солнца, равен потоку энергии, выделяемой такой же по массе кучей прелых листьев в лесу.
Солнце расходует водород и стареет. Но запасов солнечного «топлива» хватит еще на несколько миллиардов лет.
ДИКОВИНЫ И ЗАУРЯДНОСТЬ
Приведенные выше характеристики Солнца грандиозны только по сравнению с его «детьми» — планетами. Если же сравнивать с другими звездами, то окажется, что Солнце — самая простая, самая обыкновенная, самая заурядная звезда. По всем своим свойствам оно занимает среднее положение. Есть звезды и гораздо больше, и гораздо меньше. Есть и гораздо жарче, и гораздо холоднее.
Мир звезд исключительно разнообразен и не раз преподносил ученым самые неожиданные сюрпризы. Познакомимся хотя бы с плотностями звезд.
Среди употребительных в быту материалов славится своей плотностью свинец. Масса свинцового кубика с ребром в 1 см равна 11,3 г. Плотность золота составляет 19,3 г/см3. Такую же плотность имеет и вольфрам. Еще большей плотностью — соответственно 21,5 и 22,4г/см3—отличаются платина и иридий. Именно из сплава платины и иридия изготавливали столетие тому назад эталон метра.
Плотности золота, вольфрама, платины и иридия уже превосходят те плотности, которые, по современным представлениям, должны встречаться в кедрах Земли, даже в ее ядре.
В Галактике же обнаружилась особая категория слабосветящихся звезд, вещество которых находится в чудовищно уплотненном состоянии. Из-за цвета и малых размеров за ними укрепилось название белых карликов. Большинство белых карликов гораздо меньше Солнца. Многие из них меньше Земли, а некоторые даже меньше Луны.
Масса 1 см3 белого карлика достигает сотен тонн. Спичечная коробка такого вещества при взвешивании на Земле окажется в несколько раз тяжелее самого большого груженого товарного состава. Достигнуть подобного состояния вещества в земных лабораториях пока невозможно. Но астрономы знают о существовании и еще более плотных, так называемых нейтронных звезд. Плотность вещества нейтронной звезды в миллион миллиардов раз превышает плотность воды. Чайная ложка такого вещества весила бы на Земле миллиард тонн, т. е. была бы эквивалентна по массе 200 млн. слонов. Если бы Земля уплотнилась до состояния нейтронной звезды, ее поперечник составил бы всего 100 м.
Интересно, что встречаются на небе звезды и с противоположными свойствами: огромные по размерам и очень разреженные. Они относятся к группам красных гигантов и сверхгигантов. Диаметр гиганта Антареса, например, в 500 раз больше солнечного. Если бы он оказался на месте Солнца, то внутри него поместилась бы не только орбита Земли, но и орбита Марса. Зато уж средняя плотность Антареса, прямо скажем, невелика. Она в сотни тысяч раз меньше плотности воздуха у поверхности Земли. Представьте себе большой зрительный зал. Пусть в этом зале пустота, вакуум. Чтобы создать в нем описываемую плотность, человеку достаточно один-единственный раз выдохнуть. Воздух от одного выдоха легких, заполнив равномерно большой зал, создаст плотность, равную плотности вещества в недрах звезды-гиганта.
Конечно, иногда такое наблюдается. Но как для данной пары, так и для большинства других дело вовсе не в случайной близости. И убедительное свидетельство против случайности — обилие «парных» звезд. Примерно каждая пятая звезда на небе — двойная. А в окрестностях Солнца двойных звезд и того больше: каждая вторая. По теории вероятности такого наплыва случайных совпадений произойти никак не может.
Ну а если звезды в системе из двух звезд расположены очень тесно одна к другой? Увидим ли мы их как двойную звезду? Нет, не увидим. Они всегда будут сливаться воедино, казаться одной звездой. А могут ли существовать такие очень тесные пары? Да, могут. И именно их существованием объясняется, например, странное подмигивание «дьявольского» глаза Медузы.
Изменение яркости небесных светил, их переменность, обусловлено иногда и физическими причинами. Такие звезды действительно светят с разной яркостью. Они пульсируют, то раздуваясь, то сжимаясь. Яркость их в связи с пульсацией становится то больше, то меньше. Этим звездам суждено было сыграть исключительную роль в определении расстояний в наблюдаемой нами части Вселенной.
Среди миллиардов звезд Галактики находятся звезды, способные взрываться. Вспышка звезды — величественное зрелище во Вселенной. Одна взорвавшаяся звезда способна светить с такой же силой, как все остальные 100 млрд. звезд в Галактике, вместе взятые. Часто до взрыва такая звездочка бывает настолько слаба, что астрономам она не известна. Потом она неожиданно разгорается и становится видной даже днем при свете Солнца. Называют эти звезды Новыми и Сверхновыми. Новые звезды вспыхивают часто: мы наблюдаем их один-два раза в год, а всего в Галактике вспыхивает, по-видимому, до сотни Новых звезд в год. Яркость их может возрастать в течение нескольких дней в 25 тыс. раз по сравнению с яркостью в нормальном состоянии.
Причины взрыва Новых звезд видят в том, что все они — очень тесные двойные пары. Присутствие слишком близкой соседки «мешает» главной звезде, вызывает ее неустойчивость. Поэтому и может произойти вспышка. Раздувшаяся Новая звезда достигает максимума блеска и скидывает газовую оболочку, которая рассеивается в пространстве. После этого звезда возвращается к нормальному состоянию. Иногда такие вспышки повторяются регулярно.
Иное дело Сверхновые звезды. Те вспыхивают редко: в среднем один раз в 100 лет. А наблюдаются они и того реже: один раз лет за 500. Но именно они достигают в максимуме яркости, в десятки миллионов раз превосходящей яркость обычных звезд.
Старинные китайские летописи сохранили для потомков весть о «звезде-гостье», вспыхнувшей летом 1054 г. в созвездии Тельца. Сначала звезда была исключительно яркой и ее видели днем. Потом блеск ее стал спадать, и через два года она совсем исчезла.
В XVIII в. французский «ловец комет» Мессье, чтобы легче было отыскивать кометы, составил подробный список видимых в телескоп «туманных пятен». Под номером один в список попал объект необычный формы, напоминающий растопырившего ноги краба. Впоследствии этот объект так и назвали Крабовидной туманностью. Она находится в созвездии Тельца.
Тщательные повторные измерения показали, что Крабовидная туманность расширяется. А по расчетам, 900 лет назад она должна была выглядеть точкой. После сопоставления всех данных выяснилось: Крабовидная туманность — оболочка Сверхновой, скинутая ею в результате взрыва. Она находится в том самом месте, где 900 лет назад отметили появление Сверхновой старинные летописи.
Две вспышки Сверхновых в Галактике последовали одна за другой в 1572 и 1604 гг. Первую из них наблюдал известный датский астроном Тихо Браге, вторую — австрийский ученый Иоганн Кеплер.
Но не может ли в одну прекрасную минуту взорваться Солнце? Не может ли вдруг его яркость резко увеличиться или, наоборот, внезапно уменьшиться? Астрономы убеждены, что с Солнцем такого произойти не может. Подобно своим ближайшим соседям по Галактике, оно действительно относится к самым обыкновенным, самым заурядным звездам.
Плотность вещества в центре Солнца достигает 150г/см3Температура верхней оболочки Солнца, по сравнению с 15.000.000 К внутри, очень скромна — всего около 6.000 К. Температура верхних слоев самых горячих звезд доходит до 50.000 К и более.
Солнце нельзя отнести ни к чересчур «молодым», ни к чересчур «старым» звездам. У него «средний возраст» — около 5 млрд. лет. Наше «степенное» Солнце не способно ни пульсировать, ни взрываться. Ему уготована судьба подавляющего большинства обычных звезд.
СУДЬБЫ ЗВЕЗД
Чтобы изучить все стадии роста деревьев в лесу, нет надобности наблюдать за ними долгие годы. Достаточно отправиться в лес; там наверняка будут представлены деревья и разных пород, и всевозможных возрастов — от молодой поросли до замшелых великанов.
Астрономам не под силу проследить за развитием какой-либо одной звезды: для этого требуются, по крайней мере, миллионы лет. Но, «коллекционируя» звезды, сопоставляя между собой их индивидуальные особенности, так же как и для деревьев в лесу, можно попытаться понять этапы их жизненного пути от рождения до старости.
Воссоздавая картину жизни звезд, астроном испытывает многочисленные возможные модели — теоретически определяет характерные особенности поведения звезд при различных допустимых предположениях об их внутреннем строении, массе, возрасте, окружающей космической среде. Однако теоретическая картина жизни звезд, какой бы заманчивой она ни была, не будете представлять ценности, если в ней, хотя бы в скрытой форме, нарушаются установленные законы природы. В своих моделях астроном обязан постоянно опираться на всю совокупность наблюдаемых фактов и известных физических законов. Только в этом случае модель, наиболее полно объясняющая наблюдаемые явления, приобретает права научной гипотезы. После подтверждения дальнейшими теоретическими исследованиями и новыми наблюдениями детально разработанная гипотеза становится научной теорией.