Страница:
Александр Гордон: Это не лед?
Л.К. Это не лед, хотя когда туда попадаешь, возникает обманчивое впечатление, что это обледенелый склон. Но люди ходят босиком в этой теплой воде, и она образует отложения кальциевых солей. Конечно, на Марсе это не кальциевые соли, но чтобы удержать такие пруды, как мы сейчас видели, естественно, нужна для этого какая-то укрепленная стенка этого пруда. Она образуется из промерзлого грунта. Таким образом, то, что было обнаружено в этих новых исследованиях, это такие стекающие по поверхности потоки. Причем, критики тут же заявили – «ну, это же было очень давно». Да нет, посмотрите, некоторые из них темные, некоторые светлые – это говорит о том, что они, по-видимому, существовали в разное время. Более того, в некоторых местах на фоне совершенно, казалось бы, высохшего следа потока, появляется новое темное образование.
А.Г. Прямо на глазах, по сути.
Л.К. Прямо на глазах. С космического аппарата обнаружили, что за интервал времени порядка полугода образовались новые источники там, где их полгода назад не было. В другом случае это произошло через полтора года, но, во всяком случае, это происходит, безусловно, в наши дни. Таким образом, не такая уж сухая планете Марс.
А.Г. Значит, не просто вода есть, а есть жидкая вода.
Л.К. Есть жидкая вода и то, что вы видите на этом снимке – это аналоги таких процессов. Исследователи поехали в Исландию и смотрели, что получается там. Там тоже таяние подпочвенного льда приводит к появлению таких потоков. Собственно, это то, что я хотел вам рассказать о Марсе, это последние новинки.
Вместе с тем, говоря о том, что происходит сейчас на Марсе, мы не можем не думать о том, что будет происходить с Марсом дальше, что будет происходить дальше не только с Марсом, что будет происходить с Землей. В нашей солнечной системе, как вы знаете, 9 планет, и первые 4 планеты находятся совсем близко к Солнцу – это Меркурий, Венера, Земля и Марс. О судьбе этих планет, в том числе о судьбе Марса, мне хотелось бы поговорить дальше. Это часть, которую можно было бы действительно так и назвать – судьбы планет.
До недавнего времени во всех учебниках, в популярной литературе мы могли прочесть, что Земле гарантировано существование в тех же условиях, в каких она существует сейчас, еще по крайней мере в течение пяти миллиардов лет. Потому что у Солнца запас еще 5 миллиардов лет безбедного существования. Это действительно так, даже более того – 7 миллиардов лет. Но не все так оказалось гладко.
Представьте себе, как работает Солнце – если объяснять на пальцах, просто. Вы знаете, что существуют термоядерные реакции. Они происходят в центре звезды. Когда звезда образовалась, весь материал, главным образом водород, под действием тяжести устремился к центру этой звезды, а как вы знаете, при сжатии газ нагревается, и он нагревается до тех пор, пока наконец не началась термоядерная реакция.
В термоядерной реакции 4 атома водорода превращаются в атом гелия, все получается прекрасно, выделяется энергия. Из ядра эта энергия постепенно проникает к оболочкам звезды, и мы видим Солнце, которое светит, имея температуру фотосферы 6 тысяч градусов. Все прекрасно. Но что происходит на самом деле в ядре?
По мере того как сгорает водород и образуется гелий, не все остается неизменным. Почему? Есть такая простая формула, что давление равно произведению числа частиц на постоянную на температуру. Если вы 4 атома водорода превращаете в один атом гелия, частиц становится меньше. В результате, казалось бы, давление должно уменьшится. Внешние оболочки только и ждут, чтобы противодействующая им энергия позволила им сжаться, и начинают сжимать ядро несколько больше. В этом сжавшемся ядре термоядерные реакции идут быстрее. И так происходит непрерывное ускорение. Быстро ли? Да нет, не быстро. За 4,5 миллиарда лет существования Солнца этот процесс прибавил в излучении 30 %. Но это же огромное время. И что будет дальше?
За миллиард лет прибавится еще 10 %. Но для Земли это оказалось не так уж безобидно. Потому что живем-то мы в узком температурном интервале. Мы сейчас жалуемся – в Москве холодно. Июнь – в Москве холодно. Но ведь разница-то составляет всего 10 градусов. Прибавьте 10 градусов, будем говорить – жарко, да? И все условия не только жизни на поверхности Земли, но и вообще все условия самого существования планеты, существования ее гидросферы связаны с тем притоком солнечной энергии, которую мы получаем каждый день. Поэтому, если этот баланс нарушить, а нарушиться он может очень легко, то возникнут всякие неприятности. Я прокомментирую несколько статей, которые в последние несколько лет появились одна за другой и которые предсказывают, что будет с планетой Земля и с другими планетами Солнечной системы. Если это интересно.
А.Г. Конечно.
Л.К. Там, во-первых, говорится о том, что даже сравнительно небольшое повышение температуры приведет к тому, что углекислый газ, которым все так недовольны и который создает парниковый эффект, начнет энергично поглощаться поверхностью. Но это не так уж и хорошо, потому что в этом случае растениям будет нечего есть. По прогнозам авторов одной из статей получится так, что за сравнительно короткое время (примерно такое же время, как нас отделяет от динозавров, это сто миллионов лет) углекислого газа для растений не останется, растения погибнут, а значит, животным нечего будет есть. Такие прогнозы были сделаны примерно в 1982-м году, и потом много критиков по этому поводу высказывали свои мнения.
Критики касались главным образом того, что этот вывод как всегда слишком категоричен. Если мы ожидаем, что роскошная природа Земли будет поставлена на край гибели благодаря тому, что углекислого газа не станет, то это, конечно, не так. Во-первых, времени вполне достаточно, чтобы растения приспособились. Во-вторых, есть такие растения, они относятся к классу С4, кукуруза, например, это высокоорганизованные растения, которые потребляют в десятки раз меньше углекислого газа, чем другие растения. Но я здесь не специалист, я не могу оперировать этим материалом вполне свободно…
А.Г. В любом случае, сто миллионов лет – время для эволюции достаточное.
Л.К. Аккуратные расчеты показали, что это даже не сто миллионов, а может быть раз в 8 больше. И тогда получается, что вроде бы вообще все прекрасно. Но не так уж прекрасно, как это кажется на первый взгляд. Потому что неумолимые изменения светимости Солнца, повышение энергии рано или поздно приведут к тому, что этот процесс дойдет до какой-то точки, а дальше начнется куда более неприятное явление.
Парниковый эффект, который существует на Венере (Александр Тихонович Василевский у вас рассказывал об этом) существует потому, что солнечная энергия проникает сквозь атмосферу к поверхности, разогревает ее и нижние слои атмосферы, а в инфракрасном диапазоне это излучение выйти обратно не может. Такие же условия могут возникнуть на Земле, причем здесь есть куда более активная штука, чем углекислый газ, это водяной пар. Он обладает чудовищным парниковым эффектом. Этот парниковый эффект может привести к тому, что температура на поверхности Земли начнет повышаться очень быстро. А это в свою очередь приведет к еще более быстрому испарению океана. Таким образом возникает положительная обратная связь. Сейчас ее нет, потому что Земля находится в более-менее стабильном состоянии, об этом можно поговорить детальнее. Но ситуация примерно такова.
Что же произойдет тогда дальше? Венера потеряла, по-видимому, свою воду не только потому, что она испарялась, но и потому, что в верхних слоях атмосферы теряли водород разрушаемые солнечным кратковолновым излучением молекулы воды. То есть молекула Н2О разбивалась на кислород и водород, и водород, как очень легкий газ, уходил в космос. Предполагается, что так Венера растеряла всю свою воду. Если этот механизм дойдет и до Земли, то нас ожидает примерно то же самое, что изображено на этой картине. То есть, тогда будет потерян весь запас воды, который есть в океанах. Разгоревшаяся поверхность выделит углекислый газ, который связан породами, о которых я говорил. И тогда начнется настоящий ад на Земле, потому что температура повысится до уровня кипения воды и выше, и жизни на поверхности Земли может не остаться.
Когда это может произойти? Я уже говорил – предполагают, что это произойдет где-то через 800 миллионов лет. Я вообще-то не знаю, почему это нас так должно интересовать, я не уверен, что человечество дотянет до этого времени. Может быть, наши потомки все-таки окажутся настолько мудры, что сумеют…
А.Г. Ну не человечество, так другие формы жизни пусть живут.
Л.К. А какие другие формы?
А.Г. Да любые высокоорганизованные формы. Мы-то можем уничтожить сами себя в два счета, это мы уже доказали, по-моему, с достаточной очевидностью.
Л.К. Но живем же.
А.Г. Пока да. Но если Земля останется пригодной для жизни, тогда есть надежда. Собственно, об этом и речь, насколько я понимаю.
Л.К. А кто может быть вместо нас?
А.Г. Ну, я же не могу за Господа Бога выступать или за эволюцию. Да кто угодно. Как только мы перестанем мешать Земле, может быть и возникнет какая-нибудь эволюционная цепочка, которая приведет к тому, что мы называем разумом.
Л.К. Я когда-то читал, что медведи очень перспективны.
А.Г. Может быть. Были созданы целые теории о том, что было бы с динозаврами, если бы они продолжали эволюционировать. Очень милый получался такой не гуманоид, но разумный динозаврик о двух ногах. Пути ж неисповедимы.
Л.К. Очень любопытно.
А.Г. 800 миллионов – вы сказали?
Л.К. Примерно так, 800 миллионов. Если через это время действительно Земля приобретет такой вид, как показан здесь, то, казалось бы, дела совсем плохи. На следующей картинке график, который не должен пугать наших слушателей. Там показано, что происходит с Солнцем. Вот линия, которая понемножку идет слева вверх, там написано «сегодня». Точка «Сегодня» – в этом состоянии находится Солнце. Вы видите, излучение Солнца уже поднялось. Показано, как излучение повышается. По горизонтали показано время жизни Солнца. И потом, повышаясь с каждой сотней лет, с каждым миллионом лет, это излучение дойдет до того, что где-то через три миллиарда лет падающей на Землю энергии будет на 40% больше.
Здесь уже начнутся те самые неприятности, о которых можно было бы уже говорить, как о непреодолимом внешнем факторе, если бы тут же не был найден выход. Так ли уж это непреодолимо? Если смотреть на этот график, то что происходит дальше. За возрастом для Солнца 12 миллиардов лет, или от нас отсчитывая – 7 миллиардов лет, Солнце уже погибает. Солнце уходит с так называемой главной последовательности, и ничего хорошего там ждать не приходится, потому что оболочки Солнца настолько расширяются, что и Венера, и Меркурий, и, вероятно, Земля окажутся уже внутри Солнца. Солнце превращается в красный гигант. Это заключительная, конечная стадия существования звезды, после чего в течение примерно 700 миллионов лет эволюционный трек Солнца приводит к тому, что оно превращается, в конечном счете, в белый карлик. Но не об этом речь. Здесь уж сделать ничего нельзя. Остается только удирать из Солнечной системы.
Но оказывается, что сама по себе эта восходящая горизонтальная, спокойная ветвь не так уж ужасна. Было предложено красивое решение. На следующей картинке вы можете его увидеть. Идея появилась, собственно, тогда, когда появились первые космические аппараты. Когда-то я говорил, что самое недостижимое тело в Солнечной системе – это Солнце. К далеким планетам можно полететь. А до Солнца долететь нельзя, потому что Земля движется по орбите со скоростью 30 километров в секунду, и ракеты не могут обеспечить такой импульс. Поэтому к Солнцу можно лететь только с помощью так называемых гравитационных маневров. Что такое гравитационный маневр?
Допустим, ваша ракета подлетает к какой-то планете. Угол и направление сближения выбираются так, что, повернувшись в гравитационном поле этой планеты, аппарат уже летит с другой скоростью, если рассматривать скорость относительно Солнца. Относительно самого аппарата ничего не прибавилось, ничего не убавилось. Но изменение направления скорости, как векторная сумма, чему учат в школе, приводит к тому, что вы можете, если хотите, замедлить скорость, а если хотите – ее прибавить. Когда-то у вас выступал Сурдин Владимир, так вот он опубликовал как-то статью, что можно таким способом так разогнать аппарат, что послать его даже к звездам. То есть, преодолеть скорость в 42 километра в секунду.
Дальше уже совершенно ясно. Так почему бы не использовать этот самый прием для того, чтобы сместить Землю с орбиты? Для этого предлагается следующий ход. Выбираем астероид помассивнее, допустим, какой-нибудь 150-километровый астероид с довольно большой массой, устанавливаем на нем очень мощную ракетную установку, которая немножко смещает его, придавая ему такой импульс, который позволит ему сблизиться с очень массивной планетой. Лучше всего с Юпитером. Вот как показано на этой схеме. Далее. Повернувшись в поле Юпитера, аппарат уходит на такую трассу полета, что в конце концов он приближается к Земле и, обмениваясь импульсом, который он захватил у Юпитера, астероид обменивается импульсом с Землей так, что Земля чуть-чуть отодвигается от Солнца. А астероид летит дальше. Можно его опять направить к Юпитеру. Конечно, дело жутко рискованное. Потому что, не дай Бог, он врежется в Землю. Наверное, наши потомки придумают, как все это сделать. И оказывается, что если тело таких размеров, о котором я говорю – 150 километров – употреблять для этого раз в 6 тысяч лет, то этого обмена вполне достаточно для того, чтобы Земля каждый раз смещалась ровно настолько, насколько будет увеличиваться облучающая ее солнечная энергия.
А.Г. А разве сам процесс этого смещения безболезнен для Земли?
Л.К. Давайте попробуем!
А.Г. Я не возражаю.
Л.К. Во всяком случае, год, конечно, станет длиннее, да, наверное, и другие обстоятельства нужно будет принимать во внимание. Здесь много чего есть. Во всяком случае, те катастрофы, о которых пишут ученые в своих работах, – сплошные наводнения, дожди или засухи, повышение уровня океана, полное исчезновение полярных шапок, – все это, если рассматривать идеальный какой-то эксперимент, который природа ставит над Землей, все это неизбежно. С другой стороны, уже сейчас мы видим, как этого можно избежать. Примерно так выглядит решение проблемы повышения излучения Солнца, влияния его на Землю. И та картинка, которую вы видели, «Последний замечательный день на Земле», не воплотится, и таких замечательных дней может быть еще очень и очень много. Весь вопрос в том, чтобы сохранить человечество на Земле, о чем вы и говорите.
А.Г. Предположим, мы сохранили человечество на Земле, но дальше получается опять интересная история. После того как Солнце станет красным гигантом, Земля должна быть удалена от него на такое расстояние, чтобы не попасть в атмосферу Солнца и, в то же время, чтобы быть обитаемой, получать от него достаточное количество энергии. Но дальше-то произойдет схлопывание, и Солнце превратится в белый карлик. И тогда Землю нужно будет двигать на орбиту современного Меркурия, если не ближе, для того чтобы получать от этой умершей звезды какое-то количество энергии, достаточной для существования. То есть, это решение все равно промежуточное?
Л.К. Более того, решение для красного гиганта вообще не предусмотрено. Красный гигант – это все, тут уже выхода нет никакого. Тут нужно покидать солнечную систему, если для этого у вас есть порох, и отравляться куда-то. Я говорил о постепенной, плавной стадии спокойного существования Солнца на так называемой главной последовательности.
А.Г. То есть, пока главная последовательность не исчерпала себя…
Л.К. Пока, попросту говоря, не сгорел весь водород в ядре. Потому что, что происходит дальше? Когда весь водород в ядре сгорел, оболочка начинает падать внутрь, приносится такое количество водорода, которое вызывает вспышки, и здесь уже ничего хорошего от этой звезды ждать не приходится. Классическое существование звезды на главной последовательности – вот то, о чем можно говорить.
А.Г. А не проще ли придумать нечто, напоминающее солнечный зонтик? Вывести на орбиту массы какого-то вещества, которые обладают хорошей отражательной способностью, и увеличивать присутствие этой массы на орбите на 10 % за 6 тысяч лет (или сколько там получается?) для того, чтобы получать от Солнца, которое увеличивает свой энергетический поток, столько же энергии, сколько мы получали до этого? Ну, цвет неба немножко изменится. Звезды будет наблюдать с Земли труднее. Но проблема будет решена?
Л.К. Предлагаете? Почему не опубликовать такое предложение?
А.Г. Я боюсь, что к тому времени, когда оно станет злободневным, человечество не будет иметь возможности его прочесть. Но это отдельная история – про судьбы человечества.
Да, увлекательно. Хорошо, предположим, мы обеспечили себе жизнь на 7 миллиардов лет вперед.
Л.К. Вот только что это за мир, в котором мы будем жить? Я как раз сейчас разговаривал с вашими коллегами и попытался как-то обобщить, насколько исчерпывающи наши представления о мире, в котором мы живем, правильно ли мы понимаем, что такое Вселенная? Заведомо, конечно, мы далеко не все знаем. Интересно, что 2000 лет назад Сенека писал, что природа не раскрывает свои тайны раз и навсегда. И то, что нам кажется совершенно очевидным сегодня, будет предметом исследования для исследователей будущего. Он был совершенно прав, и, собственно говоря, мы всю эту историю в науке наблюдаем.
То, что было известно, казалось ясным и понятным вчера, становится непонятным сегодня. Это непонятное – окружающий нас мир. Я почему-то все время возвращаюсь сегодня к началу ХХ века – потому что тогда науку сотрясали мощные, я бы сказал, революции. Где-то сто лет назад, если помните, подводился итог, в частности физики, и маститые ученые того времени писали, что в физике уже все ясно. Как писали тогда, в конце позапрошлого теперь уже века или в начале прошлого, ХХ, – осталось несколько легких облачков на горизонте.
Но эти-то легкие облачка на горизонте создали потом и термоядерную бомбу, и электронику, и чего только они не создали. Сейчас, как раз на границе тысячелетий опять наблюдается такая же вещь, на этот раз в космологии. Для меня было полной неожиданностью, что те исследования, которые еще недавно казались совершенно абстрактными, это исследования так называемого реликтового излучения, привели к совершенно парадоксальному результату. Наверное, среди ваших гостей были люди, которые рассказывали о реликтовом излучении.
Я напомню, что когда Вселенная еще только образовалась, то после этого гигантского взрыва прошло достаточно много время, 400 тысяч лет, когда Вселенная была непрозрачна для собственного излучения. Спустя 400 тысяч лет после взрыва она стала прозрачной, излучение стало проходить через нее, и оно гуляет по Вселенной до сих пор. Вот его-то и наблюдают, оно называется реликтовым. Это реликтового излучение – излучение с очень низкой температурой, 2.7 Кельвина.
Когда где-то в последней трети прошлого века его открыли, ученые с большим интересом отнеслись к нему, не догадываясь, что за этим стоит. Потом стало ясно что к чему, и стали искать в этом излучении неоднородности. Об этом тоже рассказывалось, по-моему, в одной из ваших передач. И эти неоднородности-то потом и привели к тому, что выяснилось, что мир, в котором мы живем, это совсем не то, что мы думали.
Сейчас, когда этих исследований проведено очень много, когда эти неоднородности известны с точностью до миллионных долей градуса, то есть когда измеряются 10 микрокельвинов, то эти неоднородности оказались ключом к тому, что происходило во Вселенной в первые доли секунды существования Вселенной. Это настолько первые доли, что даже страшно сказать, это число определяется 32-мя нолями после запятой – секунд после возникновения Вселенной. В это время возникли неоднородности. Они потом и дали все то, что мы видим сейчас. Эти неоднородности привели к возникновению галактик, звезд, в конечном счете, планет.
По результатам этих исследований специалисты пришли вот к какому выводу. То, что мы видим сейчас – галактики, планеты, туманности, вся межзвездная среда – составляют всего шесть десятых процента от всего вещества и энергии в космосе. Что же представляет собой все остальное? Вначале в это даже было трудно поверить. Оказалось, что 70% составляет так называемая «темная энергия». Темная энергия, в частности, виновата в том, что Вселенная, по-видимому, расширяется. 20% составляет так называемая «темная материя», опять-таки загадочное вещество. Стали искать, что это может быть такое?
К этим 0.6 процента удалось прибавить сначала один процент. Оказалось, что существуют, в частности, межгалактические облака водорода с очень высокой температурой. Они настолько горячи, что трудно зарегистрировать их излучение – слишком разряженная среда, и их рентгеновское излучение очень слабое. Но, тем не менее, удалось его зарегистрировать. Затем обнаружили то, что называется «барионами», это, в конечном счете, атомы, это нейтроны и протоны. В общем, наскребли их примерно на 4%. 26% представляет собой так называемая «темная материя». И 70 %, как я говорил, составляет темная энергия. Что это может быть?
Нужно сказать, что исследования, которые стали наиболее сенсационными результатами нынешних дней, эти исследования привели к тому, что ревизия представлений физики стала проникать во все ее поры. Если правильны те предсказания, которые сейчас опубликованы в литературе, то, скорее всего, эти 26% представляют собой какие-то еще неизвестные элементарные или субатомные частицы. Где они существуют? До сих пор совершенно неясно, где их искать и как их искать. Нет буквально никаких данных для того, чтобы приблизиться к решению вопроса о том, что такое темная энергия.
Вместе с тем, появляются совершенно неожиданные идеи, которые порой поражают своей парадоксальностью. Я хочу в заключение сказать о том, что наблюдалось в конце позапрошлого века, и о том, что наблюдалось, между прочим, и около 25 лет назад.
Помните имя Кирхгофа? Законы о разветвлении тока учат в школе, законы Кирхгофа. К Кирхгофу кто-то подошел когда-то и сказал: «Знаете, открыт новый физический закон». «Ха-ха, – сказал Кирхгофа, – неужели осталось еще что открывать?» Это было в последней трети позапрошлого века. Буквально слово в слово это повторилось и в прошлом веке. Я уж не буду называть имя одного из своих учителей, он был очень прогрессивным человеком. Он выступил однажды у нас в институте с докладом, что все в физике открыто. Уже после того как он выступил с докладом, что все в физике открыто, были открыты эти новые явления, которые, насколько я понимаю, полностью изменят наше представление о мире.
Я иногда думаю, куда все это ведет? Безусловно, это ведет к совершенству нашего овладения природой, овладения какими-то еще неизвестными приемами исследований. Может быть, к новым средствам связи, я не перестаю думать о том, что радио – это очень архаичная штука. Радио – это прекрасное средство связи для Земли. Здесь все прекрасно. Но уже когда мы посылали космические аппараты к другим планетам, уходило Бог знает сколько времени на работу с ними. Когда аппарат «Вояджер» был у Нептуна, 8 часов уходило на связь, 8 часов распространяется сигнал. И когда мы говорим о связи с аппаратами, которые отправятся к звездам, это же в лучшем случае 5 туда, 5 лет обратно. Неужели в природе нет ничего, что позволило бы найти средство по скорости лучшее, чем радио?
А.Г. Но тогда оно должно быть быстрее скорости света…
Л.К. Бог его знает, к чему относится сама скорость света. Скорость света относится к пространству.
А.Г. И связана с массой.
Л.К. Связана с массой. Но здесь я пока остановлюсь.
А.Г. У меня в связи с этими открытиями есть еще один вопрос к вам. Некое шапкозакидательство есть и сейчас. Даже когда 70% темной энергии и 26% темной материи не дают никаких ответов, все-таки приходится слышать время от времени, что это те самые легкие облачка. Картина абсолютно повторяется. Говорят, что нам бы еще чуть-чуть, и мы будем там. Я редко задаю этот вопрос, но меня всегда возмущала такая постановка вопроса. Во-первых, кто обещал? Кто, когда обещал, что нам все будет ясно в устройстве мира, что не существует вещей, просто не постижимых с помощью того аппарата, который у нас есть? А у нас ведь есть только сознание, для того чтобы постигнуть мир, который мы этим же сознанием так или иначе контролируем. Кто обещал, что формула «мир сложнее, чем наше представление о нем» перестанет существовать в этом своем виде?
Л.К. Он всегда будет сложнее.
А.Г. Тогда возникает вопрос. «Естественное», беру в кавычки, человеческое любопытство уже к очень многому привело за достаточно короткий период развития науки, если сравнивать даже с возрастом жизни человека. Homo sapiens существует, как нам известно, сотню тысяч лет, а наукой человек занимается две тысячи лет из этой сотни. И вот уже до чего додумался. Но представим себе, что человечество (вернемся к тому, о чем вы говорили) будет жить еще 800 миллионов лет, и даже несколько миллиардов лет. Учитывая путь, который мы прошли за две тысячи лет, есть соблазн экстраполировать вперед этот темп развития, темп понимания, темп движения вперед. Но если мы убеждены в том, что мир сложнее, чем наше представление о нем – а наше представление усложняется в геометрической прогрессии – насколько же сложен мир на самом деле? Вот в чем вопрос.
Л.К. Это не лед, хотя когда туда попадаешь, возникает обманчивое впечатление, что это обледенелый склон. Но люди ходят босиком в этой теплой воде, и она образует отложения кальциевых солей. Конечно, на Марсе это не кальциевые соли, но чтобы удержать такие пруды, как мы сейчас видели, естественно, нужна для этого какая-то укрепленная стенка этого пруда. Она образуется из промерзлого грунта. Таким образом, то, что было обнаружено в этих новых исследованиях, это такие стекающие по поверхности потоки. Причем, критики тут же заявили – «ну, это же было очень давно». Да нет, посмотрите, некоторые из них темные, некоторые светлые – это говорит о том, что они, по-видимому, существовали в разное время. Более того, в некоторых местах на фоне совершенно, казалось бы, высохшего следа потока, появляется новое темное образование.
А.Г. Прямо на глазах, по сути.
Л.К. Прямо на глазах. С космического аппарата обнаружили, что за интервал времени порядка полугода образовались новые источники там, где их полгода назад не было. В другом случае это произошло через полтора года, но, во всяком случае, это происходит, безусловно, в наши дни. Таким образом, не такая уж сухая планете Марс.
А.Г. Значит, не просто вода есть, а есть жидкая вода.
Л.К. Есть жидкая вода и то, что вы видите на этом снимке – это аналоги таких процессов. Исследователи поехали в Исландию и смотрели, что получается там. Там тоже таяние подпочвенного льда приводит к появлению таких потоков. Собственно, это то, что я хотел вам рассказать о Марсе, это последние новинки.
Вместе с тем, говоря о том, что происходит сейчас на Марсе, мы не можем не думать о том, что будет происходить с Марсом дальше, что будет происходить дальше не только с Марсом, что будет происходить с Землей. В нашей солнечной системе, как вы знаете, 9 планет, и первые 4 планеты находятся совсем близко к Солнцу – это Меркурий, Венера, Земля и Марс. О судьбе этих планет, в том числе о судьбе Марса, мне хотелось бы поговорить дальше. Это часть, которую можно было бы действительно так и назвать – судьбы планет.
До недавнего времени во всех учебниках, в популярной литературе мы могли прочесть, что Земле гарантировано существование в тех же условиях, в каких она существует сейчас, еще по крайней мере в течение пяти миллиардов лет. Потому что у Солнца запас еще 5 миллиардов лет безбедного существования. Это действительно так, даже более того – 7 миллиардов лет. Но не все так оказалось гладко.
Представьте себе, как работает Солнце – если объяснять на пальцах, просто. Вы знаете, что существуют термоядерные реакции. Они происходят в центре звезды. Когда звезда образовалась, весь материал, главным образом водород, под действием тяжести устремился к центру этой звезды, а как вы знаете, при сжатии газ нагревается, и он нагревается до тех пор, пока наконец не началась термоядерная реакция.
В термоядерной реакции 4 атома водорода превращаются в атом гелия, все получается прекрасно, выделяется энергия. Из ядра эта энергия постепенно проникает к оболочкам звезды, и мы видим Солнце, которое светит, имея температуру фотосферы 6 тысяч градусов. Все прекрасно. Но что происходит на самом деле в ядре?
По мере того как сгорает водород и образуется гелий, не все остается неизменным. Почему? Есть такая простая формула, что давление равно произведению числа частиц на постоянную на температуру. Если вы 4 атома водорода превращаете в один атом гелия, частиц становится меньше. В результате, казалось бы, давление должно уменьшится. Внешние оболочки только и ждут, чтобы противодействующая им энергия позволила им сжаться, и начинают сжимать ядро несколько больше. В этом сжавшемся ядре термоядерные реакции идут быстрее. И так происходит непрерывное ускорение. Быстро ли? Да нет, не быстро. За 4,5 миллиарда лет существования Солнца этот процесс прибавил в излучении 30 %. Но это же огромное время. И что будет дальше?
За миллиард лет прибавится еще 10 %. Но для Земли это оказалось не так уж безобидно. Потому что живем-то мы в узком температурном интервале. Мы сейчас жалуемся – в Москве холодно. Июнь – в Москве холодно. Но ведь разница-то составляет всего 10 градусов. Прибавьте 10 градусов, будем говорить – жарко, да? И все условия не только жизни на поверхности Земли, но и вообще все условия самого существования планеты, существования ее гидросферы связаны с тем притоком солнечной энергии, которую мы получаем каждый день. Поэтому, если этот баланс нарушить, а нарушиться он может очень легко, то возникнут всякие неприятности. Я прокомментирую несколько статей, которые в последние несколько лет появились одна за другой и которые предсказывают, что будет с планетой Земля и с другими планетами Солнечной системы. Если это интересно.
А.Г. Конечно.
Л.К. Там, во-первых, говорится о том, что даже сравнительно небольшое повышение температуры приведет к тому, что углекислый газ, которым все так недовольны и который создает парниковый эффект, начнет энергично поглощаться поверхностью. Но это не так уж и хорошо, потому что в этом случае растениям будет нечего есть. По прогнозам авторов одной из статей получится так, что за сравнительно короткое время (примерно такое же время, как нас отделяет от динозавров, это сто миллионов лет) углекислого газа для растений не останется, растения погибнут, а значит, животным нечего будет есть. Такие прогнозы были сделаны примерно в 1982-м году, и потом много критиков по этому поводу высказывали свои мнения.
Критики касались главным образом того, что этот вывод как всегда слишком категоричен. Если мы ожидаем, что роскошная природа Земли будет поставлена на край гибели благодаря тому, что углекислого газа не станет, то это, конечно, не так. Во-первых, времени вполне достаточно, чтобы растения приспособились. Во-вторых, есть такие растения, они относятся к классу С4, кукуруза, например, это высокоорганизованные растения, которые потребляют в десятки раз меньше углекислого газа, чем другие растения. Но я здесь не специалист, я не могу оперировать этим материалом вполне свободно…
А.Г. В любом случае, сто миллионов лет – время для эволюции достаточное.
Л.К. Аккуратные расчеты показали, что это даже не сто миллионов, а может быть раз в 8 больше. И тогда получается, что вроде бы вообще все прекрасно. Но не так уж прекрасно, как это кажется на первый взгляд. Потому что неумолимые изменения светимости Солнца, повышение энергии рано или поздно приведут к тому, что этот процесс дойдет до какой-то точки, а дальше начнется куда более неприятное явление.
Парниковый эффект, который существует на Венере (Александр Тихонович Василевский у вас рассказывал об этом) существует потому, что солнечная энергия проникает сквозь атмосферу к поверхности, разогревает ее и нижние слои атмосферы, а в инфракрасном диапазоне это излучение выйти обратно не может. Такие же условия могут возникнуть на Земле, причем здесь есть куда более активная штука, чем углекислый газ, это водяной пар. Он обладает чудовищным парниковым эффектом. Этот парниковый эффект может привести к тому, что температура на поверхности Земли начнет повышаться очень быстро. А это в свою очередь приведет к еще более быстрому испарению океана. Таким образом возникает положительная обратная связь. Сейчас ее нет, потому что Земля находится в более-менее стабильном состоянии, об этом можно поговорить детальнее. Но ситуация примерно такова.
Что же произойдет тогда дальше? Венера потеряла, по-видимому, свою воду не только потому, что она испарялась, но и потому, что в верхних слоях атмосферы теряли водород разрушаемые солнечным кратковолновым излучением молекулы воды. То есть молекула Н2О разбивалась на кислород и водород, и водород, как очень легкий газ, уходил в космос. Предполагается, что так Венера растеряла всю свою воду. Если этот механизм дойдет и до Земли, то нас ожидает примерно то же самое, что изображено на этой картине. То есть, тогда будет потерян весь запас воды, который есть в океанах. Разгоревшаяся поверхность выделит углекислый газ, который связан породами, о которых я говорил. И тогда начнется настоящий ад на Земле, потому что температура повысится до уровня кипения воды и выше, и жизни на поверхности Земли может не остаться.
Когда это может произойти? Я уже говорил – предполагают, что это произойдет где-то через 800 миллионов лет. Я вообще-то не знаю, почему это нас так должно интересовать, я не уверен, что человечество дотянет до этого времени. Может быть, наши потомки все-таки окажутся настолько мудры, что сумеют…
А.Г. Ну не человечество, так другие формы жизни пусть живут.
Л.К. А какие другие формы?
А.Г. Да любые высокоорганизованные формы. Мы-то можем уничтожить сами себя в два счета, это мы уже доказали, по-моему, с достаточной очевидностью.
Л.К. Но живем же.
А.Г. Пока да. Но если Земля останется пригодной для жизни, тогда есть надежда. Собственно, об этом и речь, насколько я понимаю.
Л.К. А кто может быть вместо нас?
А.Г. Ну, я же не могу за Господа Бога выступать или за эволюцию. Да кто угодно. Как только мы перестанем мешать Земле, может быть и возникнет какая-нибудь эволюционная цепочка, которая приведет к тому, что мы называем разумом.
Л.К. Я когда-то читал, что медведи очень перспективны.
А.Г. Может быть. Были созданы целые теории о том, что было бы с динозаврами, если бы они продолжали эволюционировать. Очень милый получался такой не гуманоид, но разумный динозаврик о двух ногах. Пути ж неисповедимы.
Л.К. Очень любопытно.
А.Г. 800 миллионов – вы сказали?
Л.К. Примерно так, 800 миллионов. Если через это время действительно Земля приобретет такой вид, как показан здесь, то, казалось бы, дела совсем плохи. На следующей картинке график, который не должен пугать наших слушателей. Там показано, что происходит с Солнцем. Вот линия, которая понемножку идет слева вверх, там написано «сегодня». Точка «Сегодня» – в этом состоянии находится Солнце. Вы видите, излучение Солнца уже поднялось. Показано, как излучение повышается. По горизонтали показано время жизни Солнца. И потом, повышаясь с каждой сотней лет, с каждым миллионом лет, это излучение дойдет до того, что где-то через три миллиарда лет падающей на Землю энергии будет на 40% больше.
Здесь уже начнутся те самые неприятности, о которых можно было бы уже говорить, как о непреодолимом внешнем факторе, если бы тут же не был найден выход. Так ли уж это непреодолимо? Если смотреть на этот график, то что происходит дальше. За возрастом для Солнца 12 миллиардов лет, или от нас отсчитывая – 7 миллиардов лет, Солнце уже погибает. Солнце уходит с так называемой главной последовательности, и ничего хорошего там ждать не приходится, потому что оболочки Солнца настолько расширяются, что и Венера, и Меркурий, и, вероятно, Земля окажутся уже внутри Солнца. Солнце превращается в красный гигант. Это заключительная, конечная стадия существования звезды, после чего в течение примерно 700 миллионов лет эволюционный трек Солнца приводит к тому, что оно превращается, в конечном счете, в белый карлик. Но не об этом речь. Здесь уж сделать ничего нельзя. Остается только удирать из Солнечной системы.
Но оказывается, что сама по себе эта восходящая горизонтальная, спокойная ветвь не так уж ужасна. Было предложено красивое решение. На следующей картинке вы можете его увидеть. Идея появилась, собственно, тогда, когда появились первые космические аппараты. Когда-то я говорил, что самое недостижимое тело в Солнечной системе – это Солнце. К далеким планетам можно полететь. А до Солнца долететь нельзя, потому что Земля движется по орбите со скоростью 30 километров в секунду, и ракеты не могут обеспечить такой импульс. Поэтому к Солнцу можно лететь только с помощью так называемых гравитационных маневров. Что такое гравитационный маневр?
Допустим, ваша ракета подлетает к какой-то планете. Угол и направление сближения выбираются так, что, повернувшись в гравитационном поле этой планеты, аппарат уже летит с другой скоростью, если рассматривать скорость относительно Солнца. Относительно самого аппарата ничего не прибавилось, ничего не убавилось. Но изменение направления скорости, как векторная сумма, чему учат в школе, приводит к тому, что вы можете, если хотите, замедлить скорость, а если хотите – ее прибавить. Когда-то у вас выступал Сурдин Владимир, так вот он опубликовал как-то статью, что можно таким способом так разогнать аппарат, что послать его даже к звездам. То есть, преодолеть скорость в 42 километра в секунду.
Дальше уже совершенно ясно. Так почему бы не использовать этот самый прием для того, чтобы сместить Землю с орбиты? Для этого предлагается следующий ход. Выбираем астероид помассивнее, допустим, какой-нибудь 150-километровый астероид с довольно большой массой, устанавливаем на нем очень мощную ракетную установку, которая немножко смещает его, придавая ему такой импульс, который позволит ему сблизиться с очень массивной планетой. Лучше всего с Юпитером. Вот как показано на этой схеме. Далее. Повернувшись в поле Юпитера, аппарат уходит на такую трассу полета, что в конце концов он приближается к Земле и, обмениваясь импульсом, который он захватил у Юпитера, астероид обменивается импульсом с Землей так, что Земля чуть-чуть отодвигается от Солнца. А астероид летит дальше. Можно его опять направить к Юпитеру. Конечно, дело жутко рискованное. Потому что, не дай Бог, он врежется в Землю. Наверное, наши потомки придумают, как все это сделать. И оказывается, что если тело таких размеров, о котором я говорю – 150 километров – употреблять для этого раз в 6 тысяч лет, то этого обмена вполне достаточно для того, чтобы Земля каждый раз смещалась ровно настолько, насколько будет увеличиваться облучающая ее солнечная энергия.
А.Г. А разве сам процесс этого смещения безболезнен для Земли?
Л.К. Давайте попробуем!
А.Г. Я не возражаю.
Л.К. Во всяком случае, год, конечно, станет длиннее, да, наверное, и другие обстоятельства нужно будет принимать во внимание. Здесь много чего есть. Во всяком случае, те катастрофы, о которых пишут ученые в своих работах, – сплошные наводнения, дожди или засухи, повышение уровня океана, полное исчезновение полярных шапок, – все это, если рассматривать идеальный какой-то эксперимент, который природа ставит над Землей, все это неизбежно. С другой стороны, уже сейчас мы видим, как этого можно избежать. Примерно так выглядит решение проблемы повышения излучения Солнца, влияния его на Землю. И та картинка, которую вы видели, «Последний замечательный день на Земле», не воплотится, и таких замечательных дней может быть еще очень и очень много. Весь вопрос в том, чтобы сохранить человечество на Земле, о чем вы и говорите.
А.Г. Предположим, мы сохранили человечество на Земле, но дальше получается опять интересная история. После того как Солнце станет красным гигантом, Земля должна быть удалена от него на такое расстояние, чтобы не попасть в атмосферу Солнца и, в то же время, чтобы быть обитаемой, получать от него достаточное количество энергии. Но дальше-то произойдет схлопывание, и Солнце превратится в белый карлик. И тогда Землю нужно будет двигать на орбиту современного Меркурия, если не ближе, для того чтобы получать от этой умершей звезды какое-то количество энергии, достаточной для существования. То есть, это решение все равно промежуточное?
Л.К. Более того, решение для красного гиганта вообще не предусмотрено. Красный гигант – это все, тут уже выхода нет никакого. Тут нужно покидать солнечную систему, если для этого у вас есть порох, и отравляться куда-то. Я говорил о постепенной, плавной стадии спокойного существования Солнца на так называемой главной последовательности.
А.Г. То есть, пока главная последовательность не исчерпала себя…
Л.К. Пока, попросту говоря, не сгорел весь водород в ядре. Потому что, что происходит дальше? Когда весь водород в ядре сгорел, оболочка начинает падать внутрь, приносится такое количество водорода, которое вызывает вспышки, и здесь уже ничего хорошего от этой звезды ждать не приходится. Классическое существование звезды на главной последовательности – вот то, о чем можно говорить.
А.Г. А не проще ли придумать нечто, напоминающее солнечный зонтик? Вывести на орбиту массы какого-то вещества, которые обладают хорошей отражательной способностью, и увеличивать присутствие этой массы на орбите на 10 % за 6 тысяч лет (или сколько там получается?) для того, чтобы получать от Солнца, которое увеличивает свой энергетический поток, столько же энергии, сколько мы получали до этого? Ну, цвет неба немножко изменится. Звезды будет наблюдать с Земли труднее. Но проблема будет решена?
Л.К. Предлагаете? Почему не опубликовать такое предложение?
А.Г. Я боюсь, что к тому времени, когда оно станет злободневным, человечество не будет иметь возможности его прочесть. Но это отдельная история – про судьбы человечества.
Да, увлекательно. Хорошо, предположим, мы обеспечили себе жизнь на 7 миллиардов лет вперед.
Л.К. Вот только что это за мир, в котором мы будем жить? Я как раз сейчас разговаривал с вашими коллегами и попытался как-то обобщить, насколько исчерпывающи наши представления о мире, в котором мы живем, правильно ли мы понимаем, что такое Вселенная? Заведомо, конечно, мы далеко не все знаем. Интересно, что 2000 лет назад Сенека писал, что природа не раскрывает свои тайны раз и навсегда. И то, что нам кажется совершенно очевидным сегодня, будет предметом исследования для исследователей будущего. Он был совершенно прав, и, собственно говоря, мы всю эту историю в науке наблюдаем.
То, что было известно, казалось ясным и понятным вчера, становится непонятным сегодня. Это непонятное – окружающий нас мир. Я почему-то все время возвращаюсь сегодня к началу ХХ века – потому что тогда науку сотрясали мощные, я бы сказал, революции. Где-то сто лет назад, если помните, подводился итог, в частности физики, и маститые ученые того времени писали, что в физике уже все ясно. Как писали тогда, в конце позапрошлого теперь уже века или в начале прошлого, ХХ, – осталось несколько легких облачков на горизонте.
Но эти-то легкие облачка на горизонте создали потом и термоядерную бомбу, и электронику, и чего только они не создали. Сейчас, как раз на границе тысячелетий опять наблюдается такая же вещь, на этот раз в космологии. Для меня было полной неожиданностью, что те исследования, которые еще недавно казались совершенно абстрактными, это исследования так называемого реликтового излучения, привели к совершенно парадоксальному результату. Наверное, среди ваших гостей были люди, которые рассказывали о реликтовом излучении.
Я напомню, что когда Вселенная еще только образовалась, то после этого гигантского взрыва прошло достаточно много время, 400 тысяч лет, когда Вселенная была непрозрачна для собственного излучения. Спустя 400 тысяч лет после взрыва она стала прозрачной, излучение стало проходить через нее, и оно гуляет по Вселенной до сих пор. Вот его-то и наблюдают, оно называется реликтовым. Это реликтового излучение – излучение с очень низкой температурой, 2.7 Кельвина.
Когда где-то в последней трети прошлого века его открыли, ученые с большим интересом отнеслись к нему, не догадываясь, что за этим стоит. Потом стало ясно что к чему, и стали искать в этом излучении неоднородности. Об этом тоже рассказывалось, по-моему, в одной из ваших передач. И эти неоднородности-то потом и привели к тому, что выяснилось, что мир, в котором мы живем, это совсем не то, что мы думали.
Сейчас, когда этих исследований проведено очень много, когда эти неоднородности известны с точностью до миллионных долей градуса, то есть когда измеряются 10 микрокельвинов, то эти неоднородности оказались ключом к тому, что происходило во Вселенной в первые доли секунды существования Вселенной. Это настолько первые доли, что даже страшно сказать, это число определяется 32-мя нолями после запятой – секунд после возникновения Вселенной. В это время возникли неоднородности. Они потом и дали все то, что мы видим сейчас. Эти неоднородности привели к возникновению галактик, звезд, в конечном счете, планет.
По результатам этих исследований специалисты пришли вот к какому выводу. То, что мы видим сейчас – галактики, планеты, туманности, вся межзвездная среда – составляют всего шесть десятых процента от всего вещества и энергии в космосе. Что же представляет собой все остальное? Вначале в это даже было трудно поверить. Оказалось, что 70% составляет так называемая «темная энергия». Темная энергия, в частности, виновата в том, что Вселенная, по-видимому, расширяется. 20% составляет так называемая «темная материя», опять-таки загадочное вещество. Стали искать, что это может быть такое?
К этим 0.6 процента удалось прибавить сначала один процент. Оказалось, что существуют, в частности, межгалактические облака водорода с очень высокой температурой. Они настолько горячи, что трудно зарегистрировать их излучение – слишком разряженная среда, и их рентгеновское излучение очень слабое. Но, тем не менее, удалось его зарегистрировать. Затем обнаружили то, что называется «барионами», это, в конечном счете, атомы, это нейтроны и протоны. В общем, наскребли их примерно на 4%. 26% представляет собой так называемая «темная материя». И 70 %, как я говорил, составляет темная энергия. Что это может быть?
Нужно сказать, что исследования, которые стали наиболее сенсационными результатами нынешних дней, эти исследования привели к тому, что ревизия представлений физики стала проникать во все ее поры. Если правильны те предсказания, которые сейчас опубликованы в литературе, то, скорее всего, эти 26% представляют собой какие-то еще неизвестные элементарные или субатомные частицы. Где они существуют? До сих пор совершенно неясно, где их искать и как их искать. Нет буквально никаких данных для того, чтобы приблизиться к решению вопроса о том, что такое темная энергия.
Вместе с тем, появляются совершенно неожиданные идеи, которые порой поражают своей парадоксальностью. Я хочу в заключение сказать о том, что наблюдалось в конце позапрошлого века, и о том, что наблюдалось, между прочим, и около 25 лет назад.
Помните имя Кирхгофа? Законы о разветвлении тока учат в школе, законы Кирхгофа. К Кирхгофу кто-то подошел когда-то и сказал: «Знаете, открыт новый физический закон». «Ха-ха, – сказал Кирхгофа, – неужели осталось еще что открывать?» Это было в последней трети позапрошлого века. Буквально слово в слово это повторилось и в прошлом веке. Я уж не буду называть имя одного из своих учителей, он был очень прогрессивным человеком. Он выступил однажды у нас в институте с докладом, что все в физике открыто. Уже после того как он выступил с докладом, что все в физике открыто, были открыты эти новые явления, которые, насколько я понимаю, полностью изменят наше представление о мире.
Я иногда думаю, куда все это ведет? Безусловно, это ведет к совершенству нашего овладения природой, овладения какими-то еще неизвестными приемами исследований. Может быть, к новым средствам связи, я не перестаю думать о том, что радио – это очень архаичная штука. Радио – это прекрасное средство связи для Земли. Здесь все прекрасно. Но уже когда мы посылали космические аппараты к другим планетам, уходило Бог знает сколько времени на работу с ними. Когда аппарат «Вояджер» был у Нептуна, 8 часов уходило на связь, 8 часов распространяется сигнал. И когда мы говорим о связи с аппаратами, которые отправятся к звездам, это же в лучшем случае 5 туда, 5 лет обратно. Неужели в природе нет ничего, что позволило бы найти средство по скорости лучшее, чем радио?
А.Г. Но тогда оно должно быть быстрее скорости света…
Л.К. Бог его знает, к чему относится сама скорость света. Скорость света относится к пространству.
А.Г. И связана с массой.
Л.К. Связана с массой. Но здесь я пока остановлюсь.
А.Г. У меня в связи с этими открытиями есть еще один вопрос к вам. Некое шапкозакидательство есть и сейчас. Даже когда 70% темной энергии и 26% темной материи не дают никаких ответов, все-таки приходится слышать время от времени, что это те самые легкие облачка. Картина абсолютно повторяется. Говорят, что нам бы еще чуть-чуть, и мы будем там. Я редко задаю этот вопрос, но меня всегда возмущала такая постановка вопроса. Во-первых, кто обещал? Кто, когда обещал, что нам все будет ясно в устройстве мира, что не существует вещей, просто не постижимых с помощью того аппарата, который у нас есть? А у нас ведь есть только сознание, для того чтобы постигнуть мир, который мы этим же сознанием так или иначе контролируем. Кто обещал, что формула «мир сложнее, чем наше представление о нем» перестанет существовать в этом своем виде?
Л.К. Он всегда будет сложнее.
А.Г. Тогда возникает вопрос. «Естественное», беру в кавычки, человеческое любопытство уже к очень многому привело за достаточно короткий период развития науки, если сравнивать даже с возрастом жизни человека. Homo sapiens существует, как нам известно, сотню тысяч лет, а наукой человек занимается две тысячи лет из этой сотни. И вот уже до чего додумался. Но представим себе, что человечество (вернемся к тому, о чем вы говорили) будет жить еще 800 миллионов лет, и даже несколько миллиардов лет. Учитывая путь, который мы прошли за две тысячи лет, есть соблазн экстраполировать вперед этот темп развития, темп понимания, темп движения вперед. Но если мы убеждены в том, что мир сложнее, чем наше представление о нем – а наше представление усложняется в геометрической прогрессии – насколько же сложен мир на самом деле? Вот в чем вопрос.