Рассказывает радиоуглерод

Спокойствие и выдержка позволили астрофизикам получить необычайно ценные данные. Только разобравшись в них, ученые отослали в феврале 1968 года сообщение в научный журнал.

Эта публикация вызвала необычайный интерес у астрофизиков всего мира. В течение года появилось около 200 статей о пульсарах. В их поиски включились лучшие радиоастрономические обсерватории мира — такие, как пуэрториканская обсерватория в Аресибо, имеющая гигантский радиотелескоп диаметром около трехсот метров, американская обсерватория в Грин Бэнк и радиоастрономическая обсерватория Физического института Академии наук СССР в Пущино. Первый свой пульсар советские ученые открыли в декабре 1968 года как раз на этой обсерватории. Сейчас известно уже более ста этих необычных космических объектов.

В южном полушарии австралийские ученые из обсерватории в Молонгло также включились в эти поиски. И довольно удачно. Один из обнаруженных ими пульсаров лежал на расстоянии «всего» восьмидесяти световых лет от Земли. И хотя время «зеленых человечков» кануло в историю, австралийцы все же опять возродили его — уж очень не хотелось быть в космосе одинокими! Они заявили, что таинственные сигналы — это закодированные переговоры, которые ведут между собой другие миры, а мы их только «подслушиваем» и, к сожалению, не понимаем. Как доказательство своей правоты они приводили тот факт, что длина передаваемых волн в продолжении каждого цикла меняется. Невольно создается впечатление, что это сигналы разумных существ. Они специально меняют длину волны, чтобы их легко могли поймать приемники, настроенные на разные волны. Кроме того, мощность таких передатчиков равняется четыремстам электростанциям типа Братской, что для развитой цивилизации не так уж много.

Но, к сожалению, это была очередная фантазия.

Какие же небесные объекты могли служить такими источниками периодических радиоимпульсов? Им можно было приписать один из двух механизмов: либо они целиком раздуваются и опять сжимаются с большой скоростью, либо они похожи на маяк — на них есть радиоисточник, в поле которого иногда, как корабль в луч прожектора, попадает Земля.

Следовало отыскать космические тела, подходящие под такие условия. Ими могли быть белые карлики, нейтронные и двойные звезды (одна — темная — периодически закрывает от нас другую — яркую), массивные объекты «нового типа», то есть никому пока еще не известные и теоретически не предсказанные. Что предпочесть? Оставалось тщательно собирать сведения.

Но вот был открыт пульсар с «мерцанием» в десятые и сотые доли секунды. И сразу же из числа претендентов отпали белые карлики, так как расчеты показали, что с такой скоростью колебаться или вращаться они не могут. Были отвергнуты и двойные звезды. Дело в том, что период пульсации этих таинственных объектов незначительно увеличивается. Всего на сотые доли секунды в год, а для старых и того меньше. Но все же увеличивается. Однако у устойчивой системы из двух звезд частота следования сигналов должна быть постоянной. Если же звезды сближаются, то скорость их обращения вокруг общего центра тяжести должна увеличиваться, а следовательно, и частота радиоимпульсов возрастает. На опыте этого не наблюдалось.

Остаются неизвестные источники, о которых мы говорить не будем — к чему голые фантазии? — и нейтронные звезды.

Если Солнце или Землю раскрутить до такой скорости, с которой вращается вокруг своей оси пульсар, находящийся в Крабовидной туманности, то возникшая в них центробежная сила будет настолько велика, что разорвет их. Чтобы этого не произошло, нужны более массивные и компактные объекты, в которых сила тяготения превышала бы центробежную силу. Под такие требования подходят нейтронные звезды. Но не любые, а только намагниченные, у которых ось вращения совпадает, как и у нашей планеты, с магнитной осью.

Сейчас считается, что у пульсаров излучение узким пучком исходит из некоего «горячего пятна», прилегающего к магнитному полюсу. Такая модель получила название «карандашной». Однако другая группа ученых утверждает — излучение идет из областей, прилегающих к экватору, и распространяется узким веером. Так как из-за наклона оси вращения экватор этого космического «маяка» качается, то и получается мерцание.

Какая из версий наиболее верная, покажет время. Мы же так подробно говорили об этих новых для астрофизиков небесных телах потому, что они также являются поставщиками космических частиц и, значит, радиоуглерода.

Магнитная оболочка пульсара вращается вместе с ним. Поэтому заряженные частицы, имеющиеся в оболочке, могут ускоряться центробежной силой, возникающей при вращении звезды. Они двигаются по магнитным линиям, как по рельсам. Если частицы попадают на линии, удаляющиеся на большие расстояния от поверхности, то могут разогнаться так, что магнитное поле уже не может их удержать — и они вылетают из этой своеобразной пращи.

Благодаря большой скорости вращения пульсара и огромным магнитным полям ускоряющиеся заряженные частицы могут достигать очень высоких энергий.

Таким образом, сейчас в нашей Галактике на роль главного источника космического излучения претендуют два астрофизических объекта: сверхновые звёзды и пульсары. Нельзя пренебрегать и вкладом новых звезд. Хотя энергия их вспышки в тысячу раз меньше, чем сверхновых, зато они вспыхивают в тридцать тысяч раз чаще и поставляют частицы меньших энергий.

А нет ли еще каких-нибудь факторов, влияющих на приток к Земле космических частиц?

ГЛАВА IX

МАГНИТНЫЙ ЩИТ ЗЕМЛИ

Делая географические открытия, древние мореплаватели полагали, что компас указывает всегда на «волшебные железные горы», которые и притягивают конец стрелки к себе. В средние века капитаны втолковывали юнгам: «Магнитная стрелка, как подсолнух к Солнцу, поворачивается к Полярной звезде». «Там, где хвост Большой Медведицы, имеется магнитный камень», — говорили они. И это не удивительно, что поведение магнитной стрелки связывали с действием волшебных камней. Магнитные явления известны по крайней мере с V века до нашей эры. Некоторые камни, найденные вблизи города Магнезия (теперь Манисса) в Турции, обладали необычным свойством: они, если их свободно подвешивать, всегда ориентировались в определенном направлении. Как утверждают, по имени города Магнезии и получил свое название магнит.

За 3000 лет до наших дней появились первые компасы — небольшие кусочки намагниченного железа на пробке, плавающей в глиняном сосуде с водой. Такие примитивные приборы применяли кочевники при переходах через бескрайние пески гобийских пустынь. Причем эти компасы были настолько ценными, что их держали в специальных ящиках между горбами очень редко встречающихся белых верблюдов.

Хотя люди и использовали магниты, их свойства долго приписывали неким сверхъестественным силам. Лишь начало XVII века привело к открытию истины. В 1600 году Вильям Гильберт Колчестерский опубликовал книгу «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле», в которой обобщил результаты своих почти двадцатилетних опытов. Это был первый действительно научный труд о магнетизме.

Самый известный эксперимент был поставлен с целью объяснить магнетизм Земли. Гильберт изготовил из магнитного материала шар — тереллу (то есть землицу) — и исследовал, как этот шар будет действовать на поднесенную к нему маленькую железную стрелку. Оказалось, что она ведет себя так же, как стрелка компаса в различных точках Земли. У тереллы тоже были полюса и экватор. Все это позволило Гильберту сделать вывод, что Земля — магнит и стрелка компаса ориентируется по его силовым линиям.

Еще великий адмирал Христофор Колумб через месяц после того, как его корабли покинули Испанию, 13 сентября 1492 года, заметил, что где-то посреди Атлантического океана стрелка компаса перестала указывать на Полярную звезду и отклонилась к западу. На следующий день она отклонилась еще больше. Когда 17 сентября штурман определил азимут по Солнцу, то оказалось, что стрелка сместилась почти на пятнадцать градусов. Известие об этом вызвало среди суеверных моряков панику, которая грозила перерасти в бунт. Однако Колумб поступил весьма решительно-Он повернул шкалу компаса так, чтобы стрелка указывала прежнее направление, а команде каравеллы объяснил, что «Полярная звезда сместилась со своего места». Так мореплаватели впервые столкнулись со склонением, которое измеряется углом между направлениями на магнитный и географический полюсы; так была введена первая «поправка» на склонение. Впоследствии, чтобы можно было ориентироваться в морях и океанах, моряки стали составлять специальные таблицы и карты поправок на склонение. Ведь если допустить в прокладке курса ошибку всего в пять градусов, то, пройдя тысячу километров, судно окажется почти в ста километрах от намеченной цели!

Одну из таких карт с уникальными замерами магнитного склонения во многих морях и океанах мира привезли в подарок Гильберту его друзья — королевские пираты: Френсис Дрейк, совершивший второе после Магеллана кругосветное путешествие, и Генри Кэвендиш. На ней были нанесены лишь отдельные измерения. Первую же карту склонений составил по поручению английского адмиралтейства в 1701 году морской офицер и известный астроном Эдмонд Галлей.

Однако и эта карта была неполной, так как Галлей составил ее по измерениям, которые он произвел во время своего плавания на военном судне только в Атлантическом и Тихом океанах. А необходимость знать склонение с развитием мореходства становилась все насущнее. Поэтому и не удивительно, что многие ученые занимались сбором необходимых дачных и составлением карт. Так, например, великий политик и ученый Лейбниц писал создателю русского флота Петру I: «Если бы Ваше царское величество повелеть изволили учредить таковые наблюдения (склонения), то тем оказали бы важное пособие к усовершенствованию мореплавания в пользу всем морякам».

Михаил Васильевич Ломоносов для изучения земного магнетизма предлагал построить большое число специальных лабораторий. Он считал, что измерять магнитное поле нужно не только на море, но и на суше. Однако мечта великого русского ученого начала воплощаться лишь через шестьдесят лет. Сейчас наша страна обладает самой широкой сетью магнитных обсерваторий.

В 1576 году Роберт Норман из Лондона обратил внимание на то, что при изготовлении компасов тщательно уравновешенные стрелки при их намагничивании опускали северные концы вниз. Стрелки приходилось уравновешивать при помощи специальных подвижных грузиков. Так было открыто магнитное наклонение, определяющееся углом, на который стрелка под действием геомагнитного поля отклоняется вверх или вниз от горизонтальной плоскости. В нашем полушарии северный конец стрелки наклоняется вниз.

Норман с помощью специального прибора, получившего название инклинатора, определил наклонение в Лондоне. Оно оказалось равным 71°. Кроме того, он впервые высказал мысль, что «силы притяжения», действующие на магнитную стрелку, находятся внутри планеты, а не где-то в небе.

Очень важным было открытие несовпадения магнитных и географических полюсов Земли. Многие исследователи пытались найти «нулевую» магнитную точку. В 1831 году экспедиция английского полярного исследователя Джона Росса отыскала северный магнитный полюс, то есть точку, где магнитная стрелка устанавливалась вертикально, ее наклонение становилось равным 90°. Оказалось, что он лежит на полуострове Бутия в канадском архипелаге примерно в 1000 километров от географического полюса. А через десять лет племянник Джона Росса, Джемс Росс, достиг на берегу Антарктики южного магнитного полюса. И он не совпадал с географическим, открытым позднее, в 1911 году, норвежцем Р. Амундсеном, отстоял от него на 800 километров.

Позднее побывали на магнитных полюсах и другие путешественники и, как ни странно, регистрировали их местоположение совершенно в иных местах. Причину этого удалось выяснить позднее. Оказалось, что магнитные полюса не остаются подолгу на одном месте, а непрерывно кочуют. Вместе с ними меняется и склонение. Поэтому и приходится примерно через каждые 5-10 лет подправлять мореходные таблицы.

А сейчас немного отойдем от нашего рассказа и поговорим на первый взгляд о совершенно других вещах.

Знаете ли вы, как изготавливают кирпичи? Сначала делают форму, кладут в нее глину, затем подсохший кирпич помещают в печь для обжига. Это известно многим. Но далеко не все знают, что такая процедура обжига уже тысячи лет существует без изменения. И самое важное для нас здесь то, что кирпич всегда кладут в печи на длинное ребро. Это и позволяет нам узнать, когда он был изготовлен.

При понижении температуры в печи ниже восьмисот градусов зерна магнитных минералов, имеющихся в глине, под воздействием земного магнитного поля ориентируются по нему и слегка намагничиваются. От этого приобретает намагниченность и сам кирпич. Он «записывает» в себе величину и наклонение поля. И если удается где-нибудь отыскать древнюю заброшенную печь с оставленными в ней кирпичами, то удается определить и склонение. Ведь ни печь, ни кирпичи в ней никто не двигал, не перемещал, и они сохранили свое первоначальное положение.

Советский ученый С. П. Бурлацкая изучала на Кавказе древние поселения. Исследуя намагниченность обожженных в печах глиняных изделий (а время их обжига можно было установить по археологическим данным), она заметила, что напряженность геомагнитного поля за последние 5–6 тысяч лет изменилась. От наших дней в глубь веков она плавно нарастала и становилась максимальной где-то в начале нашей эры, а затем вновь уменьшалась. Причем значительно — в два раза по отношению к нынешней. Если мы будем уходить еще глубже по лестнице веков, то напряженность опять начнет расти. Таким образом, напряженность магнитного поля Земли со временем периодически меняется. Как полагают ученые, период изменения поля составляет около 10 000 лет.

Но изменялась не только эта составляющая магнитного поля. Вело себя странно и наклонение магнитной стрелки. Если подвешенная стрелка в III веке устанавливалась под углом в 20° к горизонту, то через 500 лет ее конец был направлен уже на 65° вниз. Таким образом, и наклонение меняет свою величину, но с другим периодом — около 1000 лет. И для разных мест по-разному. Так, для Лондона оно было максимальным в 1700 году, а для Японии — в 1200

году. Это явление тоже связано с тем, что магнитный полюс колеблется вокруг географического. Как вычислили ученые, в последний раз магнитная стрелка точно указывала на Северный полюс в 1663 году. С1928 по 1948 годы южный магнитный полюс сместился на 150 километров. Но какое бы положение ни занимал магнитный полюс, за достаточно большой промежуток времени его усредненным положением будет географический полюс. Они взаимосвязаны. И в этом ничего удивительного нет, ведь магнитное поле обязано своим существованием вращению планеты.

Однако археологические методы не позволяют заглянуть далеко в прошлое. И здесь ученым помогает другой метод, разработанный японским физиком Т. Нагата.

Несколько десятков лет назад было обнаружено, что многие горные породы, из которых состоит земная кора, тоже обладают остаточным магнетизмом. Его возникновение относится к тем временам, когда эти породы, извергаясь из земных недр, находились в раскаленном состоянии. При остывании, как у кирпичей в печах для обжига, в них «записывалось» магнитное поле Земли, существовавшее в те далекие времена.

Хранят записи о магнитном поле и осадочные породы. Когда зерна магнитных пород оседают на дно океанов и морей, они, подобно малюсеньким магнитным стрелкам, ориентируются по существующему в данном месте и в данный момент геомагнитному полю. Масса таких «магнитиков» и создавала остаточную намагниченность.

Если изучать магнитные свойства геологического разреза горных пород или колонки грунта, взятой со дна океана, то можно проследить за изменением магнитного поля в очень далекие времена.

Человек изобрел компас более трех тысяч лет назад. И с тех пор стрелка показывает всегда в одну сторону — на северный полюс. Это направление геофизики называют «прямым», или «нормальным». Однако в начале тридцатых годов были обнаружены образцы пород с обратной намагниченностью. Впрочем, в то время на это явление мало кто обратил внимание. А зря, так как со временем это стало сенсационным открытием. Вскоре физики нашли, что в лабораторных условиях, с помощью специальных катушек, по которым течет ток, можно скомпенсировать магнитное поле Земли и получить ненамагниченные образцы. Можно и перемагнитить их. Вот тогда-то и вспомнили о забытом открытии. Ученые решили, что образцы с ненормальным направлением почему-то перемагничиваются самостоятельно.

Геофизик И. Хосперс, изучая напластования застывших лав на склонах вулканов в Исландии, заметил, что поток горячей лавы, обжигая на своем пути горные породы, перемагничивает их и заставляет «забыть» данные о старом магнитном поле. Отсюда Хосперс сделал вывод, что самообращения не происходит, его вызывают внешние причины.

Сейчас уже считается доказанным, что в истории Земли неоднократно происходили обращения поля — инверсии, когда полюса менялись местами: северный становился южным, и наоборот. Это подтвердилось при изучении чередующихся слоев осадочных пород и лав. И везде последовательность слоев была одинакова. Причем в некоторых геологических периодах было по нескольку таких инверсий.

Первые изменения полярности полюсов находят еще в кембрийских и силурийских отложениях — 300–400 миллионов лет назад. Тогда инверсии происходили через десятки миллионов лет. В каменноугольный период, когда на суше был расцвет растительной жизни, инверсии происходили раз в несколько миллионов лет. Причем в этот период преобладала обратная полярность. Чем ближе к нашим дням, тем «прогулки» полюсов становятся чаще. Не менее девяти раз менялись они местами в плиоцен — последнюю эпоху третичного периода истории Земли, длившейся пять миллионов лет. Последняя инверсия отмечена 500–800 тысяч лет назад.

Итак, факт, что полюса могут меняться местами, стал общепринятым. Теперь перед учеными встал другой вопрос: а что происходит в момент инверсии? Не исчезает ли геомагнитное поле полностью, не становится ли оно «нулевым»? Пока еще никто не может дать ответ на этот вопрос. Единого мнения нет.

А как влияет исчезновение магнитного поля на саму Землю?

В ноябре 1970 года на конференции Геологического общества Америки доктор Джеймс Д. Хейс сообщил о том, что, изучая колонки донного грунта, взятые в различных районах Мирового океана, он обнаружил исчезновение за последние два с половиной миллиона лет восьми видов живущих во всех океанах одноклеточных морских организмов — радиолярий. Шесть из них вымерли одновременно и повсеместно. И это не было случайностью, заявляет Хейс, так как их гибель произошла немедленно вслед за переменой направления магнитного поля. Такие перемагничивания способны влиять на живые организмы, не только уничтожая некоторые их виды, они способны и порождать новые. Так, Хейс указывает, что именно в эти периоды появились некоторые виды водорослей и простейших организмов.

Эта загадка поставила в тупик многих исследователей. И неудивительно. Действительно, почему около восьмидесяти миллионов лет назад вымерли динозавры? Эти чудовища около ста пятидесяти миллионов лет хозяйничали на Земле. Их господству, казалось бы, не будет конца. И вдруг произошло неожиданное. На протяжении очень короткого исторического срока эти чудовищные рептилии полностью вымерли, уступили свое место млекопитающим.

Какая же сила уничтожила ящеров? Борьба за существование? Но кто был страшен этим гигантам? Маловероятно, чтобы одни группы ящеров вели беспощадную войну на полное уничтожение с другими.

Что случилось в тот далекий период? Ведь тогда вымерли не только динозавры. Примерно в то же время произошли не менее резкие изменения и в растительном мире. В начале мелового периода наивысшего расцвета достигли так называемые голосемянные растения, потомков которых вы хорошо знаете — это хвойные представители наших лесов. Так вот, когда на ящеров напал страшный мор, необычайно буйный рост переживали покрытосемянные. Земля оделась лиственными лесами.

Не так давно советские ученые И. С. Шкловский и В. И. Красовский высказали предположение, что динозавров погубил взрыв близкой к Земле сверхновой. Как мы уже говорили, такие космические катастрофы сопровождаются значительным увеличением космических лучей у нашей планеты. Усиленное облучение подействовало на генетический аппарат динозавров, в результате чего у этих рептилий возникли новые качества, приведшие к появлению нежизнеспособного потомства.

Однако вычисления показали, что увеличения излучения, которое сопровождает взрыв сверхновой, явно недостаточно для того, чтобы вызвать рождение динозавров-уродцев.

А что, если их погубила не взорвавшаяся сверхновая, а уменьшение магнитного поля Земли, ведь исчезновение динозавров приходится как раз на период очередной инверсии?

«Земля имеет особое положение, потому что она защищена магнитным полем, которое, как некая броня, не пропускает заряженные частицы к Земле, а у Луны этого нет. Подобной «защиты», между прочим, нет и у Марса и Венеры. Земля занимает особое положение — это «бронированная» планета». Эти слова принадлежат академику М. В. Келдышу. Но в период инверсий, когда магнитный щит планеты исчезает, космические частицы начинают бомбардировать ее поверхность. Земля перестает быть «привилегированной» планетой. Все живое становится беззащитным перед ливнем космических частиц, способных вызвать мутации, привести к гибели некоторых видов животных, в частности — динозавров.

Сторонники этой гипотезы идут даже еще дальше. Они считают, что и процесс появления гомо сапиенс — человека разумного, по быстроте эволюции сравнимый только со взрывом, связан тоже по времени со сменой полярности полюсов. Выходит, и своим появлением наш далекий предок обязан тоже магнитному полю.

Раз изменение геомагнитного поля так влияет на все живое на нашей планете, мы должны детально его изучить. А для этого надо искать новые и новые факты, рассказывающие об изменениях магнитного щита Земли. И здесь нам опять может помочь радиоуглерод.

В период уменьшения геомагнитного поля все большее число космических частиц достигает поверхности Земли, увеличивается количество углерода-14 в живых организмах и растениях, в том числе и в деревьях. Значит, они могут поведать нам об изменении геомагнитного поля.

В 1964 году в Японии провели точное измерение радиоуглерода в годичных кольцах старой криптомерии, возраст которой был 1800 лет. Полученные данные говорили, что распространенность этого изотопа углерода 2000 лет назад была ниже современной. А раз так, то возраст образцов, полученный стандартным радиоуглеродным методом, должен получаться больше истинного. Об этом нужно тоже помнить при измерениях и вводить поправку.

Таким образом, не только взрывы сверхновых, но и магнитное поле Земли влияет на количество радиоуглерода.

ГЛАВА X

И НА СОЛНЦЕ ЕСТЬ ПЯТНА

«Взирая на Солнце, прищурь глаза свои, и ты смело разглядишь на нем пятна», — советует Козьма Прутков. Однако его совет годится не всегда. Иногда лик Солнца чист и ясен. Зато в другое время он действительно покрывается странными «веснушками». С давних пор естествоиспытатели пытались найти им объяснения. Например, предполагали, что это планеты или пары, проходящие между Землей и Солнцем. Один из наиболее выдающихся астрономов своего времени Кеплер объявил пятно, которое он наблюдал в мае 1607 года, не чем иным, как планетой Меркурий, проходящей по диску Солнца.

Все изменилось с появлением увеличительной трубы, позволяющей «сделать далекие предметы близкими». Через пять лет после заявления Кеплера сразу трое ученых — голландец Иоганн Гольдшмидт, известный более под именем Фабрициуса; итальянец, профессор Падуанского университета Галилео Галилей и англичанин Гарриот — независимо друг от друга открыли на Солнце темные пятна. В эти годы Галилей писал: «Пятна — реальные образования на поверхности Солнца, где они непрерывно возникают, а затем исчезают, одни за более короткий, иные за более длинный промежуток времени».

Это была сенсация. Божественное, чистое, сияющее Солнце имело дефекты! И об этом Галилей заявил во всеуслышание. Он даже подсчитал, полагая, что пятна вращаются вместе с Солнцем, время обращения нашего светила вокруг своей оси — 27 дней. Галилей отметил также, что пятна часто объединяются в группы и существуют лишь в двух сравнительно узких зонах, прилегающих к экватору.

Что такое пятна, никто не знал. Сам Галилей принимал их за солнечные облака, плавающие в его атмосфере. Другой астроном, Доменико Кассини, считал, что это горные вершины темного солнечного ядра, которые появляются во время волнения над океаном света.

Как-то великий ученый Блез Паскаль сказал: «Не важно, что ищешь, важно, что находишь». Это высказывание может быть великолепной иллюстрацией к истории скромного аптекаря из немецкого города Десау Генриха Швабе, жившего в начале прошлого века.

Увлечением Швабе («хобби», как теперь говорят) была астрономия. Аптекарь был тщеславен. Он мечтал обессмертить свое имя, открыв новую планету. Но где отыскать ее? Мощного телескопа, чтобы заглянуть за известные в те годы планеты, у него не было, и он решил исследовать пространство между Солнцем и Меркурием. Если там кроме Меркурия есть еще одно небесное тело, то оно должно заслонять собой яркие участки Солнца и с Земли будет видно как темное пятно на ярком лике светила.

Швабе был чрезвычайно трудолюбив и каждый солнечный день год за годом с бесконечным терпением рисовал непрерывно меняющуюся картину пятен, пытаясь найти тень от неизвестной планеты. Публикуя результаты своих наблюдений, он заметил, что количество пятен — этот пульс Солнца — колеблется с периодом 10–11 лет.

Сначала на это открытие никто не обратил внимания. Его просто игнорировали, так как считали полученные данные случайными и подозрительными. Но вот в 1853 году, через восемь лет после выхода в свет работы Швабе, великий естествоиспытатель Александр Гумбольдт помещает эти наблюдения в третий том своего обширного труда «Космос». Оказывается, есть явления, которые более двухсот лет ускользали от исследователей Солнца. Имя Генриха Швабе прославлено на века. Его титанический труд отмечен золотой медалью Британского Королевского общества. Хотя открыть новую планету так и не удалось, но цель достигнута — имя скромного аптекаря вошло в историю астрономии!

Однако следует оговориться, что солнечный цикл только называется одиннадцатилетним. Он далеко не постоянен. То в нем семь лет, то он затягивается на шестнадцать. Хотя его средняя продолжительность действительно одиннадцать лет. Последний раз Солнце достигло наивысшей активности в 1969 году. Следовательно, максимальной активности нашего светила можно ожидать около 1980 года.

Исследователи XX века изучали уже само строение пятен и пытались разрешить загадку о физических условиях в них. Оказалось, что пятна, несмотря на то, что кажутся черными, очень горячие. Их температура около четырех тысяч градусов. Это намного больше, чем в горниле самой горячей печи на Земле. Темными же пятна выглядят оттого, что мы их видим рядом с более горячей частью Солнца, нагретой на две тысячи градусов выше. Таким образом, пятно — это охлажденное солнечное вещество, так сказать, оазис на поверхности сверхжаркой солнечной пустыни.

Края пятен обычно взлохмачены и закручены темными «прядями». Американский ученый Дж. Ф. Хейл, изучающий вихри солнечного вещества, сделал смелое предположение, что в районе пятен должно возникать магнитное поле. Ход его рассуждений был несложен. При высоких температурах, таких, какие царят на нашем дневном светиле, атомы солнечного вещества не могут удерживать возле себя свои электроны. Они отрываются, образуя вместо атомов заряженные ионы. Но движение заряженных частиц всегда сопровождается образованием электрических и магнитных полей. К сожалению, это были только домыслы. А как их проверить?

Подтвердить гипотезу помог обнаруженный голландским физиком Питером Зееманом эффект расщепления на несколько составляющих спектральных линий вещества, помещенного в магнитное поле. Просмотрев спектрограммы покрытых пятнами участков Солнца, Хейл увидел то, что ожидал — спектральные линии были нечеткими, дробились. По степени расщепления линий удалось определить и напряженность поля в районе пятен. Она была в тысячу раз больше напряженности земного магнетизма у полюсов.

Но если пятна не все время существуют на Солнце, то как же они образуются?

В годы спокойного Солнца его поверхность выглядит зернистой. Она словно вымощена булыжником. Но вот в этой мелкозернистой структуре появляются маленькие черные точки — так называемые «поры», имеющие в поперечнике «всего-навсего» около 2000 километров! Проходит несколько дней — и эти «веснушки» превращаются в большие темные образования — полноправные пятна.

На поверхности Солнца эти пятна кажутся дырками глубиной в 600–800 километров. Зачастую они бывают такими большими, что в них можно закинуть, как простой мячик, нашу Землю. Иногда образуются пятна-исполины. Так, в апреле 1947 года на Солнце наблюдалось большое пятно — оно имело в длину около 250 тысяч километров, а площадь его была больше поверхности земного шара в 350 раз.

Пятно живет всего несколько часов, но бывает и так, что оно разрастается и не исчезает на протяжении нескольких недель или даже месяцев. Чем пятно больше, тем и живет дольше.

Но пятна еще не самое красивое зрелище. То ли дело — возникающие в период частого появления солнечных пятен протуберанцы — огромные огненно-красные выбросы солнечного вещества, причудливыми языками взметнувшиеся на высоту в сотни тысяч километров! Слово «протуберанец» происходит от латинского «proturbero» — «вздуваюсь» — и очень хорошо отражает действительность, так как выбросы своей формой зачастую могут удивлять и видавшего виды ученого. То это фонтан, то струя, арка, петля. То они перемещаются и изменяются, то неделями, как облака или столбы дыма, висят над одним и тем же местом. 4 июня 1946 года один из протуберанцев стремительно взметнулся над поверхностью Солнца и достиг рекордной высоты — 1 680 000 километров. Действительно, гигантский выброс!

Неспокойны и верхние, видимые нами слои Солнца. В них время от времени происходят наиболее бурные процессы из наблюдаемых на светиле — гигантские вспышки, перед которыми меркнут и факелы и протуберанцы. За 10–15 минут яркость вспышки достигает максимума, после чего следует медленное затухание. Вспышка — это колоссальное, длящееся около часа, извержение; это термоядерный взрыв, возникающий благодаря сжатию магнитных полей и разогреву солнечного вещества. Энергия таких вспышек эквивалентна взрывам тысяч, а иногда и миллионов водородных бомб. Ее хватило бы для того, чтобы растопить все льды Арктики и Антарктики.

Как же живет Солнце? Его лик бывает чист всего год, от силы — два. Вскоре после минимума активности на небольшом расстоянии от экватора, в так называемых «королевских зонах», возникают пятна. Их число растет, они появляются все ближе к экватору, объединяются в группы, причем иногда в них входит до сотни пятен различных размеров. Такой «отряд» может занимать значительную часть солнечного диска и различим даже невооруженным глазом. Затем появляются протуберанцы. Через 3–4 года число различных образований на Солнце становится особенно большим. Постепенно активность Солнца начинает падать: число пятен уменьшается. Наконец и последние из них исчезают. Наступает короткая передышка. Цикл закончен.

Однако часто бывает так: еще не успевают сойти старые пятна, как уже появляются новые. Таким образом, циклы не разделяются так четко, как день и ночь, — они могут накладываться друг на друга.

Сейчас ученые полагают, что помимо одиннадцатилетнего цикла еще существует так называемый вековой. Трудно сказать, сколько он длится, так как данных для его точного определения еще не хватает. Полагают, что он равен девяноста четырем годам.

И это не все. Иерархия солнечных циклов не оканчивается вековым. Геологи, палеоклиматологи, геофизики, восстанавливая картины далекого прошлого, заметили, что Земле за время существования пришлось многое пережить. Она то страдала от засух, то покрывалась водой. По следам ледников был обнаружен цикл в 1800 лет, а по климату далеких эпох — даже в миллионы лет.

Солнечные ритмы различны по продолжительности. На крупные волны протяженных циклов накладывается рябь более мелких. Они наслаиваются, взаимодействуют друг с другом и тем самым запутывают исследователей. Получается весьма сложное нагромождение, что, конечно, затрудняет изучение циклов. И все же деятельность Солнца приходится внимательно изучать. Ведь с каждой вспышкой наше светило выбрасывает в космос потоки частиц высокой энергии, ультрафиолетового и рентгеновского излучения.

Но доходят ли они до Земли? Если доходят, то должны вызывать появление радиоуглерода в атмосфере. Причем его количество будет изменяться в такт солнечным циклам: в активный период жизни Солнца его будет образовываться больше, в спокойный — меньше. На этот постоянно меняющийся уровень углерода-14 должен накладываться еще и фон от продолжительных циклов. И если мы хотим точно датировать археологические находки, мы должны учитывать состояние Солнца — спокойно оно или активно — во все времена, учитывать количество испускаемых им космических частиц.

Само исследование радиоуглерода в годичных кольцах деревьев тоже необычайно важно и интересно, так как может рассказать нам многое о жизни нашего светила, причем о жизни в далеком прошлом, о котором нам не может рассказать ни один письменный памятник старины.

Остается узнать, доходят ли солнечные космические частицы до нас.

ГЛАВА XI

ВЕТЕР, ДУЮЩИЙ С СОЛНЦА

К полному солнечному затмению астрономы всего мира начинают готовиться заблаговременно — за несколько лет. Они создают новые приборы, готовят дорогостоящие экспедиции. Ученые не считаются ни с какими трудностями, лишь бы на несколько минут увидеть атмосферу сверкающего гиганта — солнечную корону, проследить за перемещением грандиозных огненных языков, исторгаемых Солнцем. Но зачем? Ведь, казалось бы, почти все о Солнце уже известно? Почти все. Вот это-то «почти» и гонит исследователей в далекие путешествия, иногда на противоположное полушарие Земли, лишь бы увидеть, как Луна полностью закрывает лик светила.

Уже давно было замечено, что форма короны и ее протяженность меняются. В годы спокойного Солнца корона наподобие крыльев вытягивается вдоль его экватора. (Не поэтому ли у древних египтян и появился священный символ — «крылатое солнце»?) В остальное же время корона имеет «растрепанный» вид; во все стороны от Солнца тянутся искривленные конусообразные лучи.

Поражает грандиозность короны. Если толщина земной атмосферной рубашки равна всего одной шестнадцатой радиуса нашей планеты, то видимая глазом корона простирается на 4–5 солнечных диаметров. Но ведь сила притяжения нашего светила значительно больше, чем Земли, и, следовательно, его атмосфера должна быть более сжатой. На деле оказывается не так. Отчего? Может, на этом огнедышащем гиганте все иначе, и он живет по своим собственным законам?

Раньше считалось, что солнечная корона — это нечто вроде пара над кипящим Солнцем. Однако в этом представлении было одно «но». Дело в том, что ядра гелия — одного из компонентов солнечного вещества — довольно тяжелые и, по расчетам, не могут быть выброшены с поверхности простым «испарением». И тем не менее, эти частицы в короне есть. Значит, чтобы объяснить их присутствие, нужны иные модели короны. Прежде всего следует выяснить, как же происходит разогрев атмосферы Солнца.