Kitobni o'qish: «Будущее Вселенной. От наших дней до предельно далеких эпох»
Пролог. Пока светят звёзды
Секундная стрелка на часах сделала полный оборот. Прошла ещё одна минута.
За эту минуту вы успели прочитать несколько строк. Где-то человек вышел из дома, поезд остановился у платформы, на кухне закипела вода. Так мы обычно замечаем время: по движениям, встречам, небольшим переменам вокруг.
За окном всё выглядит устойчивым. Земля под ногами кажется неподвижной. Солнце проходит знакомый путь по небу. После наступления темноты появляются звёзды, которые люди узнавали задолго до нашего рождения.
Трудно представить, что со временем этот привычный мир станет почти неузнаваемым.
Попробуйте мысленно перевести часы вперёд.
Сначала на десять лет. Такой промежуток ещё легко наполнить событиями собственной жизни. Затем на сто. Большинство знакомых нам людей уже останутся в прошлом, но очертания материков и рисунки созвездий будут по-прежнему узнаваемы.
Теперь на тысячу лет. В человеческой истории это огромная дистанция. Для Солнца она настолько мала, что его эволюционные изменения было бы трудно заметить без точных измерений.
Продвинемся дальше, к сотням тысяч и миллионам лет. Звёзды заметно сместятся относительно друг друга. Знакомые очертания созвездий начнут меняться. Движения, слишком медленные для человеческого взгляда, станут очевидными.
На ещё более длинных промежутках изменится сама Земля. Материки займут другое положение, океаны получат новые берега. Изменения Солнца будут всё сильнее влиять на условия у поверхности. Знакомый нам облик планеты станет лишь одним из этапов её истории.
Однако и эта дистанция будет только началом путешествия.
Мы привыкли думать о Солнце как об источнике постоянства. Оно делает возможным привычный ритм дней и времён года. Но сама звезда тоже проходит жизненный путь. Её нынешнее состояние связано с процессами в недрах, а эти процессы постепенно меняют вещество и строение звезды.
Когда мы продлим отсчёт достаточно далеко, нам придётся оставить позади знакомое Солнце. Потом — эпоху, в которой небо заполнено обычными светилами. А затем спросить, какие изменения вообще смогут происходить в космосе, где почти все привычные источники света уже погасли.
Такие вопросы звучат необычно. Мы знаем, что время течёт, но обычно предполагаем, что привычная сцена останется на месте: небо будет над головой, Земля — под ногами, Солнце — за горизонтом до следующего утра. В повседневной жизни это разумное ожидание. На огромных промежутках оно перестаёт работать.
У астрономов есть возможность исследовать эти перемены. Телескоп показывает множество звёзд на разных стадиях развития. Наблюдения позволяют сравнивать их, проверять расчёты и восстанавливать причины различий. Измеряя движения небесных тел, мы узнаём, как могут меняться их орбиты. Изучая свет галактик, пытаемся понять историю самого пространства.
Мы не можем наблюдать будущее Солнца напрямую. Но во Вселенной есть другие звёзды, чья эволюция помогает исследовать его возможную судьбу. Настоящее содержит следы прошлого и процессы, из которых вырастает будущее.
Впрочем, дальше по нашей дороге будут появляться развилки. Некоторые события удаётся предсказывать достаточно уверенно. Другие зависят от условий, которые известны недостаточно хорошо. На самых далёких горизонтах исход определяется свойствами природы, которые мы ещё только пытаемся установить.
Поэтому у нашего путешествия не будет заранее назначенной последней минуты. Мы дойдём до границ того, что позволяет предвидеть современная физика, и увидим, почему за этими границами остаётся несколько возможных путей.
Но начинать следует здесь.
На Земле ещё шумят океаны. Солнце освещает облака. В темноте можно различить звёзды, а с помощью приборов — изучить миры, находящиеся далеко за пределами нашей Галактики.
Всё, что мы будем обсуждать дальше, связано с этим настоящим. Даже самые огромные сроки отсчитываются от знакомого нам мгновения.
Секундная стрелка делает ещё один оборот.
С этой минуты и начнётся наш путь.
Глава 1. Будущее, которое ещё можно увидеть
13 апреля 2029 года астероид Апофис пройдёт примерно в 32 тысячах километров от поверхности Земли. В момент наибольшего сближения он окажется ближе, чем геостационарные спутники. В некоторых районах планеты его можно будет увидеть без телескопа: движущуюся точку света, которая за несколько часов заметно сместится на фоне звёзд. По современным расчётам, столкновения при этом проходе не будет.
Для человека, наблюдающего за Апофисом, это может стать главным астрономическим событием года. Для самого астероида встреча тоже оставит след: земное притяжение изменит его орбиту. Один и тот же вечер окажется коротким зрелищем для жителей Земли и поворотом в истории небольшого небесного тела.
С этого удобно начать путешествие в будущее. У нас уже есть дата, расстояние и представление о том, что произойдёт. Чтобы их получить, астрономам потребовались наблюдения, измерения и расчёты движения. Чем точнее известны положение и скорость астероида, тем увереннее можно описать его дальнейший путь. Новые измерения позволяют уточнять прогноз.
Когда мы говорим о будущем космоса, часто представляем гибель планет, взрывы звёзд и исчезновение галактик. Но прежде чем добраться до этих эпох, стоит задержаться во времени, которое ещё соизмеримо с человеческой жизнью. На этом отрезке времени произойдут события, свидетелями которых могут стать сегодняшние читатели этой книги.
В 2061 году к Солнцу снова приблизится комета Галлея. Последний раз она проходила через внутреннюю часть Солнечной системы в 1986 году. Между этими встречами пройдёт около 75 лет: достаточно, чтобы сменилось поколение, но мало для истории самой системы. Возвращение кометы связывает людей, которые наблюдают её в разные эпохи.
Большую часть своего пути комета проводит вдали от Солнца. При приближении её поверхность нагревается. Часть замёрзших веществ переходит в газ, который увлекает с собой пыль. Вокруг небольшого ядра возникает протяжённая оболочка, формируются хвосты. С Земли мы видим последствия нагрева тела, которое долго двигалось в холодных внешних областях своей орбиты.
Апофис и комета Галлея показывают, насколько разным бывает ближайшее космическое будущее. Один объект пройдёт очень близко к Земле, другой вернётся по давно известной орбите. В обоих случаях яркое событие занимает короткую часть гораздо более продолжительной истории.
Так же обстоит дело с затмениями. Их можно рассчитывать на столетия вперёд, определяя взаимное положение Солнца, Земли и Луны. Наблюдатели будущего смогут заранее выбрать время и место встречи с лунной тенью. Правда, точность самых далёких расчётов ограничена, в частности, тем, насколько хорошо мы знаем будущее вращение Земли. Даже у надёжного прогноза есть пределы.
Если перенестись на сто лет вперёд и посмотреть вверх, большая часть знакомого неба останется узнаваемой. Солнце продолжит освещать Землю, Луна — проходить через свои фазы, планеты — менять положение относительно звёзд. За это время большинство звёзд ещё не пройдут те стадии жизни, которые преобразят космос в следующих главах.
Такое сходство легко принять за неподвижность. Однако многие изменения уже идут, просто их масштаб слишком мал для взгляда человека. Луна, например, удаляется от Земли в среднем примерно на 3,8 сантиметра в год. Мы знаем об этом благодаря лазерным измерениям расстояния до отражателей на её поверхности.
Если на ближайшее столетие сохранить нынешний средний темп, получится около четырёх метров. На фоне сотен тысяч километров между Землёй и Луной эта прибавка ничтожна. По внешнему виду Луны её не заметить. Но измерительные приборы обнаруживают процесс, который на гораздо больших сроках изменит условия наблюдения затмений.
Число «четыре метра» относится к короткому отрезку времени. Продолжать тот же расчёт на миллиарды лет простым умножением нельзя: скорость удаления зависит от приливного взаимодействия, а оно меняется вместе с самой Землёй. Это первое правило нашего путешествия: прежде чем использовать нынешнюю скорость для расчёта далёкого будущего, нужно выяснить, останется ли она прежней.
На Земле за то же столетие перемены могут оказаться гораздо заметнее. Разница связана с тем, как быстро реагируют разные системы. Для старения звезды сто лет — малый срок. За это время ледник, прибрежный город или лес могут существенно измениться.
Ближайшее будущее земного климата зависит от количества парниковых газов, которое человечество добавит в атмосферу. Разным объёмам выбросов соответствуют разные траектории потепления. Поэтому картина Земли к концу XXI века представлена несколькими сценариями. Ограничение дальнейшего потепления требует достижения нулевых суммарных выбросов углекислого газа, а также сокращения других воздействий, усиливающих нагрев.
