Вселенная. Емкие ответы на непостижимые вопросы

В другом ролике (мы закончили его прошлым летом) – совсем другая музыка, гораздо более вдохновляющая, хотя все еще несовершенная. Он открывается кадрами Земли – настоящими, не модельными. Мы начали с Тибета, потому что это очень красивое место и потому что там не было облаков. Чтобы скомпоновать изображения, которые вы видите в приложении Google Earth, нужно было сделать множество снимков в моменты, когда на небе не слишком много облаков. Там добавлена одна новая функция, которая мне очень нравится: мы здесь, на Земле, и мы поместили свои творения в космос. Это не вопрос о закрытии двери в космос: люди присутствуют в космосе, пусть не сами, но посредством своих аппаратов.

Сначала мы видим, что делается на орбитах Земли. Вот замечательная российская орбита «Молния», вот известная геостационарная орбита «пояс Кларка», ее мы очень активно используем. Наконец, мы достигаем Луны – всего-то одна световая секунда от нас – и с орбиты Луны мы уже едва видим Землю. В этом месте космонавт мог бы поднять большой палец и закрыть им всю нашу планету. Вот мы пролетаем мимо планет Солнечной системы. Если бы вы правда были где-то там в космической капсуле, вам наверное, было бы довольно одиноко.

Чем дальше от Земли (нашей точки зрения), тем сильнее созвездия искажаются. Дальше в фильме мы видим галактику Млечный Путь и пару соседних галактик. Здесь в кадре вы видите странное пятно, потому что этот кусок космоса еще не нанесен на карту. Не то чтобы там ничего не было, мы просто еще туда не заглядывали. Позвольте напомнить, что все эти красивые огоньки – реальные космические объекты. Каждая крохотная точка в ролике – целая настоящая галактика.

И вот мы добрались до того момента в фильме, где кончается обозримая вселенная, тут мы видим реликтовое излучение Большого взрыва – фон из начала времен в самом буквальном смысле слова. И затем наш фильм возвращает зрителя домой, чтобы он не чувствовал себя таким крохотным и незначительным.

Чтобы собрать эту видеомодель, мы использовали результаты исследований огромного количества людей. И хотя это даже не приближается по сложности к построению модели молекулы ДНК, это все равно довольно впечатляющая работа. У нас на руках так много галактик, что в нашей модели приходится делать что-то вроде импрессионистского рисунка, чтобы показать их. Позже я покажу вам иллюстрацию качеством похуже, на ней видны полмиллиарда звезд, положение которых нам точно известно. И мы не останавливаемся. По моим представлениям (они несколько отличаются от прикидок других ученых) примерно у 1 % звезд в нашей галактике есть скалистые планеты среднего размера в «обитаемой зоне». Это от двух до четырех миллиардов планет – по одной на каждую земную семью.

Конечно, нужно упомянуть, что в нашем ролике мы превысили скорость света, потому что проделали путь до края вселенной и обратно всего за три с половиной минуты. Еще стоит отметить прекрасную музыку, что звучит в нашем фильме. Брайан Мэй, присутствующий тут, скажет вам, что как бы ни была хороша картинка, правильная мелодия куда более эффективно провоцирует эмоции. Поэтому в нашем ролике музыка куда лучше, чем в фильме «Контакт». Забавно, вроде бы профессионалы должны были понимать лучше нас, как важен звук.

Так вот, когда вы видите карту, созданную моей командой, вы видите не просто карту вселенной, но карту времени и пространства, следующую по специальной штуке, которая называется «световой конус» (но на самом деле это световая сфера).

Как мы это сделали? Немалую часть своей жизни я потратил на составление карты той, самой далекой излучающей поверхности. Мне невероятно повезло, потому что на моем веку произошло научное событие, позволившее делать то, что я делаю, гораздо эффективнее. Все началось со спутника COBE, тогда мы впервые зарегистрировали флуктуации. Затем появился аппарат WMAP, а в мае 2009 года мы запустили спутник Planck.

Некоторые люди здесь, на Тенерифе, и в других частях Испании вовлечены в этот проект. И мы делаем карты, которые все лучше и лучше показывают эти не только крошки галактик и их скоплений, но и другие космические объекты. Эти карты также дают нам много информации о том, из чего сделана вселенная, какова ее структура. Чуть позже я кое-что объясню о том, как были созданы пространство и время. Вы увидите это своими глазами.

Приближается 50-я годовщина открытия фонового реликтового излучения. Почти 50 лет назад Пензиас и Вилсон случайно обнаружили избыточную шумовую температуру. Если бы тогда у них была возможность просканировать весь небосвод, у них получилась бы карта, похожая на ту, что вы видите. По большом счету вы видите только нашу Галактику (горизонтальная линия посередине), а остальное – однородное диффузное свечение самой вселенной. Дело в том, что длина волны реликтового излучения увеличивалась по мере расширения вселенной, поэтому наш Млечный Путь получился таким ярким на этой картинке.

Рис. 1. 50 лет эволюции наших представлений о вселенной – от времени обнаружения реликтового излучения до получения данных с аппарата WMAP

И вот, у нас появилась обсерватория COBE, ее разрешение и чувствительность оказались в 10 000 раз выше, чем у предшествовавших приборов. Мы увидели Галактику, рассекающую полученное изображение надвое. Увидели большие структуры – скопление теплых областей и горячих областей – эти структуры, как нам удалось доказать, появились, когда вселенная была еще очень молода. Если провести аналогию с человеческой жизнью, то это были бы фотографии, сделанные 12 часов спустя после зачатия.

Затем мы построили аппарат WMAP с куда более высоким угловым разрешением – и стали дальше наблюдать за этими устойчивыми горячими и холодными областями. Но теперь мы видим их куда лучше, это позволяет нам определить, сколько там вещества (из которого состоим и мы с вами). Вскоре мы опубликуем карту еще лучшего качества, сделанную спутником Planck. Так что у нас есть все более и более точная картина эдакого «эмбриона вселенной» – при том, что получаем мы ее из самой далекой (и, соответственно, самой большой) сферы пространства-времени.

Итак, в 1992 году у нас была очень грубая и примерная карта, в 2003-м – карта получше, и вскоре у нас будет карта Planck. У нас есть также два больших наземных телескопа: Атакамский космологический телескоп высоко в Андах и еще один на Южном полюсе; они тоже составляют изображения микроволнового излучения с очень высоким разрешением.

Зачем мы все это делаем? Потому что это дает нам очень много очень детальной информации. Мы можем понять, что происходило во вселенной в невероятно древние времена, и сейчас мы понимаем и видим это так хорошо, что можем различать не только последствия событий, но и последствия последствий. Это позволяет нам распределить явления в хронологическом порядке: посмотреть, как одно приводит к другому, подтвердить или опровергнуть наши предположения.

Итак, у нас есть некая история. Вместо концентрических сфер, о которых мы говорили раньше, теперь представьте объем, похожий на корзину для бумаг (см. с. 3 вклейки). Дело в том, что если я хочу наглядно показать вам время, то придется пожертвовать одним из измерений пространства, поэтому вы видите двухмерное изображение. «Сфера настоящего» обозначена окружностью справа, и если отправиться назад во времени (налево), то, как мы считаем, в конце концов мы окажемся там, где все пространство было сжато в точку размером меньше атома – тут очень важна была квантовая механика, связанная с очень маленькими величинами. Квантово-механические флуктуации потом становятся галактиками, скоплениями галактик и всем остальным. Это невероятно захватывающе – вначале у нас вот эта крошечная область, которая затем превращается в прекрасную галактику.

Далее мы движемся слева направо через эпоху, когда вселенная стала прозрачной для излучения, которое дошло и до нас – именно его мы так четко зафиксировали. Потом наступают космологические Темные века, в которых нет ярких источников света. И, наконец, наступает нынешняя эра, формируются звезды и галактики, а через какое-то время и наша Солнечная система.

Но мы наблюдаем и довольно странные вещи. Мы думаем, что вселенная быстро расширялась на ранних стадиях, затем все замедлилось в эпоху активного формирования вещества, а примерно пять миллионов лет назад темп расширения снова стал расти.

Поэтому мы и тратим столько сил, времени и огромные суммы денег на изучение реликтового излучения. Три спутника за 30 лет – это баснословные средства. Зато у нас есть карта молодой вселенной. Только примерно через 380 тысяч лет после своего рождения вселенная стала прозрачной, и кажется, что это очень-очень долгий срок. Но не будем забывать, что возраст вселенной составляет около 14 миллиардов лет.

Чем еще мы занимались в последнее время? Мы запустили проекты по составлению карты галактик. Первым нашим детищем стал проект Слоановского цифрового обзора (Sloan Digital Sky Survey) – исследование звезд и галактик с помощью широкоугольного телескопа в обсерватории Апачи-Пойнт (штат Нью-Мексико). На рисунке 2 вы видите карту миллиона галактик в форме эдакого веера или мельницы. Дело в том, что наша собственная галактика блокирует часть излучения. Но, к счастью, Земля вертится, поэтому можно сделать фотографию, затем планета поворачивается, и можно сделать еще одну фотографию, и тут уже можно наносить галактики на карту, вычисляя их положения. И нам нужно вычислить расстояние до определенной галактики, а затем его же в другой плоскости, и так получается очередной «веер».

Рис. 2. Слоановский цифровой обзор.

В Интернете можно легко найти вращающуюся версию таких изображений, и это просто удивительная картина, потому что каждая точка на фотографии – это галактика. Кажется, что галактики расположены случайно, но это не так – на карте можно заметить очень сложный паттерн, который постоянно всех озадачивает. Эту структуру назвали «Великой стеной Слоуна», и она выглядит как длинная цепь галактик, составляющая, может быть, около миллиона галактик. Этот комплекс сверхскоплений галактик простирается более чем на миллиард световых лет – действительно Великая стена.

Перед нами встает следующий вопрос – кто и как построил эту Великую стену? Ответ таков: мы считаем, что вселенная была запрограммирована на это с самого начала.

На рисунке 3 представлен вид на эти галактики, снятый конкурирующим европейским проектом «Исследование красного смещения в двухградусном поле» (Two-degree Field (2dF) Galaxy Redshift Survey). Здесь показано около миллиона галактик, и вы можете заметить нетипичные цвета и формы, потому что мы составляем каталог галактик, в котором есть фотографии, спектральный тип и подобные характеристики каждой галактики.

Рис. 3. Продукт проекта «Исследование красного смещения в двухградусном поле».

Все это немного хаотично, потому что делается в рамках добровольного научного проекта Galaxy Zoo: любой человек может загрузить себе на компьютер изображение галактики, проанализировать его и написать доступный всем участникам комментарий. Кстати, создатели «Галактического зоопарка» провели любопытное исследование, которое призвано было ответить на вопрос – вращаются чаще галактики слева направо или справа налево, а также выявить ошибки «человеческого фактора». Оказалось, что люди гораздо чаще классифицируют галактики как вращающиеся по часовой стрелке, но только потому, что так устроен человеческий мозг. Даже если показать человеку нормальное изображение, а затем отзеркаленное, он все равно скажет, что «обе» галактики вращаются слева направо.

Еще одна из вещей, которыми я занимаюсь – исследовательский проект BigBOSS, расширенная версия проекта «Спектроскопический обзор барионных осцилляций» (сокращенно BOSS). Этот проект нацелен на измерение скорости расширения вселенной. Недавно нам разрешили использовать для этого проекта четырехметровый телескоп обсерватории Китт-Пик. Мы поставили себе цель изучить 5 миллионов галактик. Пять миллионов – это неплохо, но не забывайте, что всего галактик 100 миллиардов, поэтому я все время подзуживаю коллег сделать еще больше. Мы спорили о том, как много мы можем себе позволить, и я настаивал на цифре в 50 миллионов. Мне ответили, что можно рассмотреть 20 миллионов галактик и еще миллион квазаров.

Теперь взгляните на рисунок 4. Вы увидите переплетенные линии, и на конце каждой из них – квазар. Если сделать хороший снимок этого квазара и провести спектроскопию, то можно увидеть, как свет поглощается формирующимися галактиками. То, что вы видите, называется «Лес лайман-альфа» («Lyα-лес») (ряд линий поглощения в спектрах далеких галактик и квазаров), и это явление помогает нам понять, что происходило во вселенной сразу после темных веков и что может произойти в будущем.

В год можно исследовать где-то миллион галактик, если вы работаете очень эффективно. Именно поэтому мы стараемся измерять спектры тысячи галактик за раз. Для этого нужно построить огромную тарелку телескопа и просверлить отверстия в конкретных местах (где находятся нужные нам галактики). Получается, что перед этим нам надо точно узнать, где же эти галактики находятся. Затем приходит парень с оптоволоконным кабелем и подключает его к каждому отверстию. Потом все ставится на свое место, оптоволокно присоединяется к спектрографу и на выходе мы сразу получаем спектры всех галактик.

Рис. 4. Лес лайман-альфа.

Моя команда проделывает всю эту работу в коллаборации с учеными из Франции и Испании. Мы действительно похожи на путешественников эпохи Великих географических открытий, мы пытаемся нанести мир на карту. Если мы будем действовать в соответствии с законом Мура, то сможем зафиксировать всю вселенную за 50 лет. Хотя, конечно, придется поломать голову, чтобы уместить в одно изображение не 5000 галактик, а 50 000, а затем 500 000. И мы движемся ко второй цифре.

Волны в ранней вселенной (барионные акустические колебания) повлияли на вариации температуры реликтового излучения. По мере расширения вселенной эти колебания преобразовались в крупномасштабные вариации плотности газа – место зарождения первых скоплений галактик. Давление света в молодых звездах так велико, что обыкновенное вещество отбрасывается на огромное расстояние (около 450 мегапарсек), но темная материя остается на месте (так как не учавствует в электромагнитном взаимодействии) и притягивает обратно часть обычной материи, но другая часть остается вдали и становится основой будущих галактик.

Так что эти большие сгущения размером примерно в один градус можно наблюдать на небе. Если посмотреть на карту, составленную в рамках Слоановского обзора, станет ясно, что вокруг этих сгущений чуть больше галактик, чем должно быть. И мы можем измерить расстояние – прямо как линейкой – от этого сгущения до новых галактик и так понять, насколько сильно расширилась вселенная со времени их формирования.

Мы можем измерить, как меняется со временем вселенная, как быстро она расширяется, как быстро формируются новые галактики. И так мы сможем различить эффекты, возможно, производимые темной материей или модифицированной гравитацией или чем-то еще. Так что работы у нас много.

Команда проекта BOSS занимается также созданием моделей. Мы задаем (в компьютерной симуляции) небольшие колебания микроволнового излучения, позволяем гравитации работать в течение нескольких миллиардов лет и начинаем видеть формирование странно выглядящих структур. Они не появляются случайно или внезапно, они имеют определенную форму – похожи на длинные нити. Сначала мы видим маленькие горячие точки, а затем видим, что горячие точки связаны между собой. Дело не в том, что они не были связаны раньше, просто требуется время, чтобы связи развились и в итоге сформировали нечто вроде сетки. Это своего рода космическая сеть, и все это делает простая и привычная нам гравитация. А в гравитационном взаимодействии, как нам известно, может проявляться эффект темной материи.

Наши симуляции позволяют предположить, как вселенная выглядит сегодня (ведь непосредственно мы наблюдаем только то, что происходило миллионы лет назад). Издалека все выглядит достаточно однородным, но если приблизить, то картинка больше всего будет похожа на изображение биологической системы. Вы вновь увидите нити, а на их пересечении – разных размеров скопления галактик. Ширина нашей модели – три миллиарда световых лет, и, как я сказал, в таком масштабе все выглядит одинаково, но при приближении становится похоже на сеть нейронов или что-то в этом роде. Видны волокна и пустоты между ними.

Гравитация искривила то, что без нее было бы достаточно равномерно-одинаковым пространством. Гравитация добавила много острых углов. Забавно, что мы на Земле не только не в центре нашей Солнечной системы или нашей Галактики – мы даже не входим в большое скопление галактик. Наше скопление – так, пустячок. Если бы мы находились в крупном скоплении, на нашем небосводе было бы видно множество соседних галактик. Жизнь в центре скопления галактик похожа в этом смысле на жизнь в мегаполисе.

Преимущество, которое есть у создателя модели, или у физика, или у Бога, – возможность менять масштаб, смотреть на большую картину. Изнутри кажется, что наша Галактика почти бесконечна, но мы знаем, что она – лишь малая часть куда большей структуры. Карты, вроде тех, что делаем мы, помогают это осознать.

Итак, мы создали модель, которая позволяет не просто выглянуть из своего уголка в большой космос, но и посмотреть на те миллиарды лет, что прошли до появления людей с их телескопами.

Вот снимок спутника COBE – немного сглаженный, и из него вычтена модель галактики. Изображение немного сглажено, чтобы было лучше видно крупномасштабные структуры. А теперь взгляните на снимок, полученный по данным WMAP и Planck и сглаженный до того же разрешения (рис. 5).

Рис. 5. Слева – данные радиометра для измерения анизотропии яркости реликтового излучения COBE, справа – WMAP и Planck.

А вот карта Земли. Заметно, как сильно эти изображения отличаются друг от друга. Вы видите эти длинные белые линии – границы континентов, Атлантический хребет, различные объекты на юге Тихого и Индийского океанов. Эти ярко выраженные линии мы видим потому, что формирование Земли было сложным и нелинейным процессом.

Если вы снова взглянете на карту космического реликтового излучения, вы увидите горячие и холодные области, но ничего похожего на белые линии на Земле. Это значит, что процесс, механизм создания пространства-времени был куда проще и последовательнее. И для нас это отлично.

Мы можем сказать с некоторой долей уверенности, что процессы возникновения пространства и времени достаточно просты. Это дает нам надежду на то, что мы сможем их описать и просчитать. Наша работа противоположна в этом смысле изучению биологической жизни – чем дальше мы смотрим, тем проще все становится.

Еще мы собрали из кусочков (изображений, полученных в основном со спутника ЕКА «Гиппарх») карту ближайшего к нам полумиллиона звезд. И вновь перед нами импрессионистская картина, десятки тысяч звезд (в каждой галактике их примерно 400 миллиардов).

Мы также создали модель Местной группы галактик: можно начать с нашего Млечного Пути и двигаться дальше и дальше от него, пока не увидишь нашего ближайшего соседа. К этому моменту уже можно закрыть всю нашу Галактику большим пальцем руки. Едем дальше, двигаемся быстрее – помните, что до ближайшего соседа нам лететь два миллиона лет. Теперь вы начинаете замечать красные точки – очень яркие галактики, их можно видеть с большого расстояния, как и квазары. Обычные галактики с такого расстояния не видны.

В ближайшем будущем нам хотелось бы увеличить детализацию в 10–50 раз и нанести на карту хоть сколько-нибудь заметную часть объема вселенной. Интересно, что нам предстоит решить сначала, что будет единицей масштаба – расстояние, время или что-то еще. В итоге мы хотим нанести все на карту и посмотреть, насколько она соответствует нашим ожиданиям и представлениям о создании и формировании вселенной.

Дэвид Айкер

Думает ли вселенная о себе? Астрономия в XXI веке

Дэвид Айкер – главный редактор крупнейшего в мире астрономического журнала Astronomy. В этом журнале Айкер проработал редактором последние 33 года, а главным редактором стал в 2002 году. Уже в возрасте 15 лет Айкер основал ежемесячный журнал, посвященный наблюдениям галактик, звездных скоплений и туманностей, под названием Deep Sky Monthly, и в течение 40 лет он остается увлечённым наблюдателем, с тех самых пор, как будучи подростком впервые увидел в телескоп Сатурн.

Айкер – автор и редактор 21 научного издания, в том числе книг «Новый Космос: Отвечая на главные вопросы астрономии» (The New Cosmos: Answering Astronomy’s Big Questions), «Кометы: Гости из далекого космоса» (Comets: Visitors from Deep Space) и «Вселенная: наблюдения с вашего заднего двора» (The Universe From Your Backyard). Айкер – неустанный пропагандист астрономии и философии науки, он прочитал множество лекций в различных аудиториях по всему миру. Айкер член совета директоров фестиваля Стармус, президент фонда «Астрономия» (The Astronomy Foundation, группа по связям с общественностью фирм-производителей телескопов) и главный редактор проекта «День Астероида».

В знак признания заслуг Айкера перед астрономией в 1990 году Международный астрономический союз назвал в его честь малую планету 3617.

Наконец, Айкер – профессиональный барабанщик в жанре блюз и рок, он выступает с группой Astronomy Blues Band.

В начале Земля была трудным и опасным местом. Купавшаяся в прохладных лучах молодого Солнца и водах, покрывавших почти всю ее поверхность, ранняя Земля подвергалась бесчисленным ударами планетоидов, астероидов и комет, пронизывавших внутреннюю часть Солнечной системы. Однако примерно 3,8 миллиарда лет назад, после так называемой Поздней тяжелой бомбардировки, ситуация на молодой планете стала налаживаться.

И в один прекрасный день это случилось. Где-то в бульоне земных океанов атомы устроили эту штуку, потому что они делают такие вещи. Притягиваемые электрическими зарядами в специфические конструкции, в среде, богатой водородом и кислородом, возможно, поначалу только вблизи глубоководных гидротермальных трубок, атомы собрались вместе и сформировали аминокислоты, белки и в конце концов – ДНК и РНК. С этого момента за дело взялась эволюция. Молодой планетный мир – поначалу глубоко враждебное обиталище – породил жизнь через миллиард лет после того, как сгустилась сама планета.

С момента своего появления, по меньшей мере 3,4 миллиарда лет назад, жизнь преобразовала Землю, продвигая ее по новым эволюционным направлениям. Но случилось это не вдруг. Первые полтора миллиарда лет жизнь на Земле была представлена только прокариотами, примитивными микробами, лишенными клеточного ядра. Со временем, однако, наращивание кислорода в атмосфере Земли привело к заметным изменениям. За последние полмиллиарда лет климат Земли и набор живых организмов, населяющих ее, претерпели колоссальную перестройку. За последние 5 миллионов лет или около того появились млекопитающие, и на сцену вышли люди. Наши ближайшие предки эволюционировали в течение последних 2 миллионов лет и около 100 000 лет назад стали Homo sapiens. И вот они мы.

Все известная нам доныне жизнь во всей вселенной пока что существует только на нашей крошечной планете Земля. И мы все – продукты вселенной, от микробов до деревьев, пчел, лошадей, котов, барсуков и людей. Атомы, которые составляют нас, родились в кипящих утробах массивных звезд и были выброшены далеко в глубины космоса. Наша планета, дающая дом существам, которые ползают по ее поверхности, плавают в ее океанах – лишь один пример из огромной вселенной, которая содержит как минимум 50 тысяч миллиардов миллиардов звезд. Любая из них (или все они?) могла бы иметь планеты, пригодные для развития химии жизни.

Тем не менее этот единственный пример невероятен, почти чудесен по своей природе. Вселенная снабдила нас невероятной способностью воспринимать, чувствовать, размышлять, при том, что рождены мы из атомов, вышедших из реакторов ядерного синтеза. И число разумных людей, живших на планете, поразительно. Согласно большинству оценок, по меньшей мере 108 миллиардов человек когда либо жили на Земле. Во времена Древнего Рима население Земли составляло 300 миллионов, достигло полумиллиарда к Эпохе Возрождения, перешло отметку в 1,5 миллиарда в начале XIX века, а сейчас достигло 7 миллиардов. Это изобилие жизни поразительно, поскольку, как все мы понимаем, жизнь сама по себе всегда балансирует на грани смерти.

Хотя история жизни на Земле – это почти чудо, в ней есть глубокий подтекст грусти, неисполненного обещания. Карл Саган говорил мне, что 99 % людей рождаются, проживают свои жизни и умирают, не осознавая своего места во вселенной. И похоже, что со временем эта ситуация не особенно улучшается.

Позвольте мне использовать в качестве примера свою работу. Журнал Astronomy, крупнейшее в мире периодическое издание по своей теме, с аудиторией примерно 100 000 человек в печатном виде и ежемесячной аудиторией в 400 000 уникальных посетителей на веб-сайте. Помимо этого, журнал активен в социальных сетях и имеет 1,2 млн подписчиков на Facebook и более 67 тыс. в Twitter, а также в Google+. Это хорошие цифры, даже впечатляющие, но за ними не видно, как постарел активный интерес к астрономии, который был таким явным у предыдущего поколения. Демографические данные показывают, что наша аудитория стареет, и зачастую переклички на «звездных вечеринках» показывают, что в США одни и те же люди приходят на эти наблюдения ночного неба в течение 10 или 15 лет. Где же молодое поколение?

Кажется, что перед молодыми людьми, готовыми заинтересоваться серьезными научными вопросами, возникло немало препятствий – по крайней мере в Соединенных Штатах, если не по всему миру. С одной стороны, реальность уже не кажется молодым людям настолько важной, как это было раньше. Когда я был молод, реальные вещи значили намного больше фантазий. Сейчас вы можете выйти на улицу и показать детям северное сияние, сияющее и ярко переливающееся в небе, и это их увлечет на, скажем, пять минут. А после этого, слишком часто, они возвращаются под крышу, вынимают Xbox 360 и взаимодействуют с бессмысленным виртуальным миром. Чего так можно достичь, в конце концов? Эй, я не прочь повеселиться, но веселья получается многовато по сравнению с изучением реальных вещей в реальной вселенной, которое пригодилось бы детям в будущем.

Этот вызов не становится проще из-за произошедшего за последние несколько поколений резкого увеличения засветки. Полтора века назад каждый потенциальный астроном видел ночное небо, созвездия, сияющие звезды, светящуюся полосу Млечного Пути, может быть даже несколько звездных скоплений и необычных туманностей. Конечно, тогда люди были в курсе движения планет и небесных циклов и понимали, что являются маленькой частью всего этого. Сейчас же многим, скорее всего, большинству детей очень сложно увидеть приличное темное небо, даже если они очень хотят этого.

Кроме того, псевдонаука, доктринерство и чепуха процветают в нашей культуре. Теперь у нас есть духовные вожатые, группы центрирования для беременных, мастерские сновидений, биоэнергетика, энергия пирамид, первичная терапия, инверсионные качели, ароматерапия, медитации синхронизации, гармоническая синергия волн мозга и психокалистеника. Недавний опрос показал, что три из четырех американцев верят в настоящих ангелов. А что зомби, гоблины, вампиры, кракены, медузы, лепреконы, баньши, кентавры, джинны и эльфы? Почему про них так мало пишет пресса в наши дни? Рекламщики слабые?

Вдобавок к этому, мы сейчас живем в культуре, где все погружены в сплошной поток развлечений. Я люблю кино, телевизор, спорт, музыку и все такое не меньше других, но для многих вездесущее веселье и развлечения перенасыщают жизнь, в некоторых случаях выталкивая из реальности в нереальность. Я насчитал 253 канала в своем телевизионном пакете, и я вам точно говорю, что смотрю очень немногие. Но сотни каналов – это норма, и это удерживает многих людей от того, чтобы делать еще что-нибудь, кроме как откинуться и позволить этому всему течь через них вечер за вечером.

В Соединенных Штатах это олицетворяет так называемое «телевидение реальности», которое, насколько я мог увидеть, гораздо дальше от естественной реальности, чем можно себе представить. Выбирайте из Duck Dynasty, Amish Mafia, The Undateables, Dog the Bounty Hunter, American Ninja Warrior, Ghost Hunters или I’m a Celebrity. . Get Me Out of Here! несомненно, это обогатит вашу жизнь намного больше, чем знание того, что на самом деле происходит во вселенной вокруг вас.

Отрывочность информации, которую сообщает телевидение, не имела бы большого значения, но именно оттуда большинство людей получают новости о мире и именно через него контактируют с наукой, если вообще делают это. Те, кто заявляет о своей заинтересованности наукой, тоже имеют свои возможности в великом электронном потоке кабельного ТВ. В США Science Channel, Discovery Channel, The Learning Channel, National Geographic Television и другие предлагают то, что они воспринимают как науку большого калибра.

Не чтобы придраться к одной сети, а просто для примера, посмотрим на Science Channel. Их руководство утверждает, что астрономия и космос – самая популярная отрасль науки и составляет до 50 % экранного времени в прайм-тайм. Их фирменная серия – «Сквозь кротовую нору» (Through the Wormhole) с Морганом Фрименом, а кроме того, они показывают несколько других сериалов, связанных с астрономией и космосом или, по крайней мере, затрагивающих астрономию как смежный вопрос, в том числе: «Одни ли мы?», «Встречи с инопланетянами», «Поразительные случаи в науке», «Чудеса вселенной» и «Как работает вселенная».

Конечно, я знаю, что телевидение гонится за рейтингами. Дадим им возможность зарабатывать на человеческих сомнениях и оставим в покое инопланетян. Это им можно. Когда за рулем рейтинги, всей этой чуши про НЛО не избежать. Но посмотрим на то, что они считают своим мейнстримным, сбалансированным материалом, подаваемым без журналистской предвзятости.

Мне нравится Морган Фримен как актер и как пропагандист музыки в стиле блюз в своем замечательном клубе в Кларксдейле, Миссисипи. Но в его шоу на канале «Наука» я далеко не влюблен. Среди охваченных в нем тем были «Есть ли жизнь после смерти?», «Существует ли время на самом деле?», «Есть ли шестое чувство?», «Как выглядят инопланетяне?», «Можем ли мы двигаться быстрее света?», «Можем ли мы воскресить мертвых?», «Реальна ли реальность?», «Думает ли океан?» и «Возможен ли зомби-апокалипсис?»

Морган, будь благословен за фильмы и за музыку. Но это шоу по своим темам и по тону – псевдонаука, а не наука.

Многие из тех, кто работает в астрономии, возлагали большие надежды на второе пришествие «Космоса» – шоу, запущенного весной 2014-го и продолжившего оригинальное шоу Карла Сагана, которое показывали в 1980 году. Проект, скорее всего, не имел бы такого успеха без поддержки Сета Макфарлана, который выступил в роли исполнительного продюсера. Материал написали вдова Карла Энн Друян и Стивен Сотер, рассказчик – Нил Деграсс Тайсон из Американского музея естественной истории. Серия из 13 передач поначалу заставила нас предвкушать рассказы о многих областях астрономии, астрофизики, планетологии и космологии, которые расцвели или были полностью переписаны за 34 года, прошедшие с первого эфира «Космоса».

Казалось, что рейтинги «Космос: Одиссея в Пространстве и Времени» (Cosmos: A Spacetime Odyssey) вполне хороши. Они начались с 8 миллионов зрителей в Соединенных Штатах, нарастали с каждым новым эпизодом и, как утверждалось, стали расти еще быстрее, когда шоу начали показывать в других странах. «Космос» в целом был очень хорошо написан, и Нил, как всегда, прекрасно выступал в ролях ведущего и рассказчика. Я большой его поклонник во всем, что он делает, и я обожаю Энни, поскольку у меня были близкие отношения с Карлом Саганом, оказавшим огромное влияние на мой выбор астрономии как призвания.

Но должен сказать, что я был несколько поражен выбором тем нового шоу, принимая во внимание громадный объем новых астрономических данных, которые были собраны за последние десятилетия и даже после смерти Карла в 1996 году. Многие были удивлены тем, что шоу в основном сосредоточено на истории и рассказывает вдохновляющие биографии отдельных ученых, рассказывает об их жизни и открытиях, но дистанцируется от новых данных.

Мои коллеги по журналам Astronomy и Discover проводили еженедельные онлайн-совещания, обсуждая каждый из эпизодов. Уже в середине сериала мы были поражены уклоном в историю и другие околонаучные вопросы, непосредственно не относящиеся к астрономии. Но тем не менее мы продолжали смотреть. И только в заключительном эпизоде при изучении вопросов о темной материи и темной энергии зашла речь о большой современной космологии. Очевидно, создатели «Космоса» хотели побудить новое поколение зрителей к научному мышлению, подать науку как образ жизни, а возможно, даже представить науку как захватывающую карьеру. Но, по мнению многих, они упустили возможность обсудить новейшие, самые интересные открытия, сделанные за последние годы в науке о космосе.

Что еще удивляет меня в телевизионной астрономии, даже в таких тщательно подготовленных программах, как «Космос», это не только выбор тем, которые зачастую далеки от потока новых, удивительных и важных сведений, получаемых в нашей области, но и почти неудержимое сползание в сторону невозможного и маловероятного, цель которого – сделать подачу максимально завлекательной в ущерб реальности. Например, Нил Тайсон фактически произнес фразу «Никто не знает, что внутри черной дыры – она может содержать целую вселенную».

Нет, черная дыра не может содержать целую вселенную. Остановитесь. Пожалуйста, ограничьтесь известными нам фактами. Я бы немедленно отправил любого, кто так говорит, прямиком в кабинет Кипа Торна.

В эпизоде о глобальном потеплении с гордостью утверждается, что Венера в ранней своей истории очень напоминала Землю и имела прелестные и густонаселенные океаны, а потом что-то пошло совсем не так по причине глобального потепления, вызванного избытком диоксида углерода, и сейчас это адское место, и надо бы нам сделать выводы. Но никто не знает, были ли на ранней Венере океаны. На планете из-за вулканической активности появилась суша примерно три четверти миллиарда лет назад, поэтому свидетельства об океанах в первые два миллиарда лет венерианской истории практически утрачены. Остались только незначительные указания на это в виде соотношения водорода и дейтерия, да и это разве что намеки. К тому же на Венере глобальное потепление должно было быть вызвано водой, а не углекислым газом.

Конечно, далеко не все новости плохи. Просто подумайте о том, что произошло за последние 20 лет и что дало нам столько интереснейшего материала, которым стоит поделиться с другими человеческими существами. Это совершенно поразительно. Фактически, то, что случилось за последние несколько лет – это революция в нашем знании и нашем мышлении.

Астрономическая революция начала XXI века предоставляет нам широкий набор тем, которыми можно поделиться с публикой. Им нужна смерть и драма? Мы теперь отчетливо понимаем, как будет происходить одно из важнейших событий в нашем будущем – как умрет Солнце. Солнечная система находится в середине своего жизненного пути, ее возраст – около 4,6 миллиарда лет. Солнце – это, конечно, реактор, где идет термоядерный синтез, и когда через 5 миллиардов лет закончатся элементы для синтеза, оно станет красным гигантом, раздувшись и поглотив ближние планеты. После стадии красного гиганта Солнце трансформируется в планетарную туманность, кокон светящегося газа, окружающий мертвое Солнце, которое к тому времени станет сгустком углерода размером с Землю и массой около 50 % начальной массы.

На этой стадии Солнце будет ослепительно ярким, и углерод из его атмосферы станет оседать на богатое углеродом ядро. Остатки гелия, горящие вместе со звездой, будут выброшены из внешних слоев звезды в окружающий космос и образуют планетарную туманность. Планетарные туманности преобразуют газ от множества обычных звезд в новое поколение звезд, когда в конце концов они сжимаются в молекулярные облака, которые под неизбежным воздействием гравитации вспыхивают новорожденными звездами.

Так же, как мы можем предсказать отдаленное будущее Солнца, мы можем сказать, что случится с жизнью на Земле. Простая логика говорит, что раз Солнце находится посередине своего пути, жизнь на Земле тоже прошла половину своего срока. Это представляется разумным предположением, но на самом деле, это совсем не так.

Фактически наиболее ранняя известная нам жизнь на Земле возрастом 3,4 миллиарда лет обнаружена в горной формации Стрелли-Пул в Западной Австралии. Исследователи нашли там микроокаменелости в 2007 году и опубликовали результаты в 2011 году. Обнаруженные в Стрелли-Пул примитивные бактерии питались серой и были найдены в песчанике, из которого несколько миллиардов лет назад был сформирован мелководный пляж или устье.

Теперь мы знаем, что Солнце – звезда переменной яркости и общий уровень его излучения со временем постоянно увеличивается. Недавние исследования показывают, что за куда более короткий срок, чем представляли раньше – за миллиард лет или даже 800 миллионов, излучение Солнца усилится до того, что океаны на Земле вскипят. На этой отметке жизнь на Земле завершится. Зная, что жизнь на Земле существует уже по крайней мере 3,4 миллиарда лет, можно сказать, что история жизни на Земле написана уже на 80 %. Мы находимся уже в завершающих главах приключений жизни на нашей планете.

Луна – прекрасное место для приложения страсти начинающего астронома-наблюдателя. С нашим единственным природным спутником связано и немало увлекательных научных историй. Планетологи лишь за последние десятилетие взялись за исследование рождения Луны. Убедительные доказательства появились после изучения лунного грунта, доставленного на Землю астронавтами «Аполлона». Поначалу ученые были поражены результатами анализов изотопов кислорода в крошечных кристаллах из лунного грунта, поскольку изотопы оказались идентичны тем, что находят во многих скальных породах на Земле. В 1980-х и 1990-х свидетельства, добытые «Аполлоном», стали наводить на радикальный вывод, названный «Гипотезой большого столкновения». Эта история рождения Луны сейчас считается общепринятой и предполагает, что 4,6 миллиарда лет назад две планеты находились на нынешней орбите Земли и Луны. Протоземля имела от 50 до 90 % своего нынешнего размера и массы, и существовала еще одна планета размерами с Марс, которую астрономы сейчас называют Тея (в греческой мифологии – это мать богини Луны Селены). Планетологи считают, что 4,53 миллиарда лет назад Тея столкнулась с Землей, создав недолго прожившее облако обломков, которое вскоре сгустилось и стало Луной. Большая часть массы Теи слилась с мантией Земли. Куда делась Тея? Вы на ней стоите.

Будет справедливым сказать, что планетологи крайне увлечены Марсом, и публика любит слушать про Красную Планету. Сейчас это холодная и сухая планета. Как же Марс стал холодным и сухим из теплого и влажного? Есть ли в истории Красной Планеты уроки, важные для обитателей планеты Земля? Механизм, благодаря которому Марс нагрелся, пока до конца непонятен. Полагают, что существенный разогрев за счет цикла с участием парниковых газов – двуокиси углерода и воды – произойти не мог, потому что в ранний период существования Солнечной системы Солнце было для этого слишком слабым и холодным. Но, возможно, на раннем этапе Солнце было более энергичным, чем думают планетологи. Или, возможно, иные парниковые газы вызвали ранний разогрев Марса. А может быть, теплые периоды на Марсе происходили эпизодически в течение длительного периода времени и/или были локальными или региональными, а не всепланетными.

Другая странная загадка относится к нашей кузине Венере, которая не должна была бы сильно отличаться от Земли. Венера и Земля примерно одного размера, и у Венеры сложная климатическая система, но на этом сходство кончается. Венера – адское место с температурами, достаточно высокими для плавления свинца. Поразительным образом оказалось, что на Венере почти нет кратеров от столкновений с метеоритами. Обширные потоки лавы на ее поверхности говорят, что эта поверхность очень молода – может быть, ей всего 750 миллионов лет. Эта планета геологически вывернула себя наизнанку; у нее практически полностью новая поверхность. Почему? Что вызвало такое радикальное, всепланетного масштаба явление, которое изменило свойства целого мира?

Планеты в нашей Галактике это одно, а структура самой Галактики – другое, и она представляет собой загадку, не менее интригующую, чем любая загадка из телевизора. Важный шаг в картографировании Млечного Пути был сделан в 2005 году, когда астрономы из университета Висконсина использовали космический телескоп им. Спитцера (Spitzer Space Telescope) для проведения обзора GLIMPSE (Galactic Legacy Infrared Midplane Extraordinaire — Экстраординарный обзор инфракрасного излучения галактической плоскости). Эта программа точного картографирования галактики позволила впервые сфотографировать и каталогизировать 30 миллионов источников. Дальнейшие наблюдения, проведенные в 2008 году, показали, что Млечный Путь – это спиральная галактика с выраженной центральной перемычкой, двумя выраженными спиральными рукавами и несколькими более мелкими ответвлениями. Только за последние несколько лет мы узнали истинную структуру нашей Галактики.

В том же 2008 году мы узнали судьбу нашей Галактики. Гарвардский астроном Авраам Лёв и его соавторы изучили динамику галактик в нашей Локальной группе, которая включает наш Млечный Путь и ближайшую к нам спиральную галактику Андромеда. На большом масштабе расширение вселенной удаляет галактики друг от друга, но на меньших масштабах они часто движутся навстречу друг другу под действием гравитации и локальных течений. Через 4–5 миллиардов лет Млечный Путь и Андромеда столкнутся и образуют гигантскую галактику в форме спутанного клубка, которую некоторые астрономы называют Млечномедой. Теперь судьба нашей Галактики ясна.

Однако многие вещи до сих пор остаются покрыты мраком. Еще в 1932 году для объяснения наблюдаемых орбитальных скоростей звезд в Млечном Пути голландский астроном Ян Оорт предположил, что в Галактике существует невидимое вещество. Годом позже швейцарский астроном Фриц Цвикки предложил ту же идею для объяснения «недостающей массы» галактик, обращающихся друг вокруг друга в скоплениях. Вскоре астрономы поняли, что во вселенной должна существовать так называемая темная материя.