Телескоп «ISO» дал астрофизикам надежду разгадать эту загадку. При рождении звезды в дело вступает своего рода «повивальная бабка» – вода, присутствующая в виде охлажденных паров. Молекулы воды, составляющие заметную часть массы облака, играют ключевую роль в становлении новой звезды.

Астроном Жан-Поль Бомето из Марсельской обсерватории дает в журнале «Sciences et Avenir» такое объяснение. Водяной пар способствует охлаждению газа: возбуждаемые столкновениями внутри облака молекулы воды могут выбрасывать фотоны, которые, улетая за пределы облака, окружающего эмбрион звезды, уносят с собой излишек энергии. Такое охлаждение способствует дальнейшему гравитационному накоплению газа и пыли-материи, из которой создаются звезды.

Играя ключевую роль при рождении новой звезды, вода не остается в стороне и на последнем этапе жизни светила – когда оно угасает. Телескоп-спутник «ISO» наблюдал за тем. что происходило на звезде W в созвездии Гидры. Вот как представляет это событие французский астроном Ж. – П. Бомето. «Когда светило подходит к концу своей жизни, ядерные реакции, которые его греют, перемещаются в наружные слои звезды. Если речь идет о светиле, похожем на Солнце, то верхняя его оболочка раздувается, отделяется от материнского тела и остывает. В ней возникают молекулы воды (водород – основная масса звезды, а атомы кислорода, необходимые для этого синтеза, получаются в ходе ядерных реакций на звезде)».

Когда понижается температура на внешних поверхностях оболочки, происходит конденсация водяных паров. Они осаждаются на твердых частицах. В дальнейшем, при разбегании остатков звезды, водяной пар и обледенелые пылинки уходят в космическое пространство. Из них состоят гигантские облака, которые обречены странствовать в межзвездной пустоте сотни миллионов и даже миллиарды лет. Если облако окажется вблизи сверхновой звезды с мощным излучением, молекулы воды возбуждаются, испускают лучи в ультрафиолетовой части спектра и могут быть обнаружены с Земли. Атомы прилепляются к частичкам межзвездной пыли. Одетые в Ледяные панцири, вместе с водяными парами они ждут того времени, когда образуются случайные их сгушения, возникнет тяготение. И это будет началом образования новой звезды. Так оканчивается космический цикл воды. В какой-то степени он подобен хорошо известному нам земному циклу: океан – испарение – дождь – река – океан.

Первые звезды возникли примерно миллиард лет спустя послe Большого взрыва. В юные годы Вселенной рождение небесных тел происходило много чаше, чем сейчас. К такому неожиданному открытию астрономы пришли, когда с помощью «ISO» удалось исследовать дальние древние галактики. Раньше ни одному земному наблюдателю не удавалось увидеть эти звездные острова Вселенной, потому что они находятся за плотными газопылевыми облаками, через которые не проникает ни один световой луч. Только тепловые лучи проходят сквозь эти плотные занавеси, и датчики инфракрасных спутников-телескопов улавливают их.

Есть веские основания предполагать, что пылевые облака, заслоняющие от нас старые галактики, – это не что иное, как пепел сгоревших звезд. Но если мы видим так много мертвых, потухших светил, значит, существовало огромное множество действующих солнц.

Р. Генцель из германского Института внеземной физики, ссылаясь на последние расчеты, пишет в журнале «Spiegel», что «в древних галактиках каждый год вспыхивали сотни солнц. Тогда как в нашем сегодняшнем Млечном Пути загораются в год только четыре-пять новых звезд».

Еще одно интересное открытие спутником «ISO» сделано в "соседних» с Землей местах. Астрономы впервые увидели, что в одной из ближайших к нам галактик – в туманности Андромеды (по новейшим измерениям до нее – 2, 93 миллиона световых лет) существуют гигантские кольцевые пылевые облака. Телескопы, действующие в спектре видимого света, никак не могли бы их обнаружить. В кольцах сосредоточены главные массы газа Галактики, вероятно, там зарождаются звезды.

Но подлинной сенсацией на парижской конференции стало сообщение о присутствии воды во всех частях Вселенной. Всюду в космосе, куда бы ни направлял свой взор новый телескоп, он обнаруживал молекулы воды.

Оказывается в межзвездных тучах, медленно плывущих в Млечном Пути, сосредоточены огромные массы водяного пара Эти тучи – своего рода химические фабрики. В них непрерывно соединяются водород и кислород в молекулы воды за счет энергии звездного излучения.

Особенно много воды обнаружено близ созвездия Орион. Там на расстоянии 1500 световых лет группа американских астрономов из Корнеллского университета нашла в большом молекулярном облаке самую значительную из известных концентрацию паров воды. За один день это гигантское облако производит из водорода и кислорода такое количество воды, которым можно было бы 60 раз наполнить все моря и океаны земного шара

«До того как «ISO» поднялся на орбиту, вся Вселенная представлялась нам безводной пустыней, – говорит Роджер Боннет, научный директор Европейского космического агентства. – Открытие всепроникающего присутствия воды в нашей Галактике укрепляет предположение, что вокруг многих звезд может существовать жизнь».

Конечно, возникает вопрос: почему за несколько веков инструментальной астрономии, и особенно в последние десятилетия, когда действуют мощнейшие наземные телескопы и оптические телескопы-спутники, не удалось открыть в космосе таких больших количеств молекул воды?

Все дело в том, что в атмосфере Земли всегда много водяных паров. Выделить среди них исчезающие слабые следы далекой внеземной воды практически не удается. Только с выходом в космос инфракрасных приборов стало возможным надежно установить существование космической воды.

Нельзя не упомянуть еще об одном обстоятельстве. Растущая новая звезда не обязательно должна вместить в себя всю массу облака Наблюдения с помощью «ISO» показали, что в каждом втором случае звезда формируется только из половины облака. Оставшаяся часть молекулярно-пылевой массы образует плоскую «шайбу», из которой гравитация формирует малые небесные тела. Наблюдения дают основание считать, что у каждой второй звезды есть вращающиеся вокруг нее планеты и их луны. Они при рождении бывают обеспечены водой, которая прожила уже долгую жизнь, блуждая по космосу Некоторые из планет, близко расположенных к звезде, теряют воду, как, например, наши Меркурий и Венера. Другие – сохраняют как внутренние резервы планеты.

Как физики Библию читали

Впрочем, не надо думать, что только вода является непременным условием образования жизни. Вспомним еще и о температуре. Если какой-то мир охлажден почти до абсолютного нуля, вряд ли можно надеяться, что там возникнет нечто живое.

Зато вот высоких температур, как выяснилось совсем недавно, некоторые формы жизни совсем не боятся. Вспомните, до недавнего времени ученые полагали, что при температуре 100 °С все живое гибнет. Ныне выяснилось, что это далеко не так. Скажем, на дне океанов, даже в жерлах вулканов обнаружены живые существа, которым нипочем и адское пекло.

Вообще-то говоря, к такой участи – жить в пекле – надо готовиться и многим из нас. Потому как много ли среди нас праведников?

Между тем внимательный читатель может почерпнуть из той же Библии, сколь накален ад. Сера, как известно, – твердое хрупкое вещество желтого цвета, которое плавится при температуре 119, 7 °С. При последующем ее повышении она сначала растекается пылающими реками и огненными озерами, а затем (при 450 °С) начинает испаряться.

Таким образом, получается, что в аду столь же жарко, как, скажем, на поверхности Венеры. Впрочем, в огне горящей сигареты температура еще выше – 700 °С. Так что, как видите, любой курильщик может дать фору самому дьяволу.

Впрочем, давайте посмотрим, что же уготовано тем немногим праведникам, которые гарантированно попадут в рай. Для этого снова обратимся к канонам Библии. Пророк Исайя говорит о грядущем благолепии: «И свет луны будет, как свет солнца, а свет солнца будет светлее всемеро».

Пользуясь этим указанием, два физика из университета испанского города Сантьяго-де-Компостела попробовали применить к библейским сведениям закон излучения Стефана-Больцмана («Температура тела, пребывающего в термическом Равновесии, пропорциональна корню четвертой степени из количества излучения»). В итоге у них получилось, что температура небес «по Исайе» равна 231, 5 "С! То есть, говоря иначе, в Раю хоть не такое пекло, как в аду, но прохладно тоже не Покажется!..

Конечно, к подобным выкладкам не стоит относиться всерьез. Библия все-таки не свод лабораторных отчетов, чтобы подходить к ней с физическими мерками. И пытаясь узнать, где всего холоднее и всего жарче во Вселенной, обратимся лучше к исследованиям самих физиков и астрономов.

Для начала зададимся вопросом, что такое температура. Физики уже давно уяснили, что температура любого тела характеризует беспорядочное движение микрочастиц, из которых это тело состоит. Когда это движение полностью прекратится, температура тела упадет до абсолютного нуля.

Еще в 1848 году английский физик Уильям Томсон (впоследствии лорд Кельвин) предложил новую шкалу температур, названную теперь его именем. Начальной ее точкой стал абсолютный нуль: О °К, или – 273 °С.

Ниже этой точки на шкале не может быть ничего. Атомы либо движутся, либо не движутся. Третьего не дано.

Однако показатель градусов по шкалам Кельвина или Цельсия ничего не скажет нам о том, какие частицы движутся и сколько их. Одна и та же температура легче переносится в одной физической среде и труднее в другой. Определяется это именно количеством частиц, участвующих в тепловом движении, а также их типом. Например, мы относительно легко переносим температуру воздуха, равную 70 "С (в особенности если он сухой), а вот вода, нагретая до той же температуры, может нас обжечь. Причина понятна: вода – более плотная среда, чем воздух. Она содержит в единице объема больше атомов, чем воздух.

Но еще поразительнее то, что самые высокие и самые низкие температуры во Вселенной зафиксированы у нас на Земле. Между тем это так. Во время экспериментов по получению искусственной термоядерной реакции (именно эта реакция протекает в недрах звезд, вызывая их свечение) ученым удавалось на короткие мгновения достигать температуры в миллиарды градусов по шкале Цельсия. Так, еще в 1962 году в СССР была получена температура в 3000 млн градусов. Для сравнения укажем, что в недрах Солнца она достигает всего «каких-то» 15 млн градусов.

В то же время ученые пытаются достичь абсолютного нуля по шкале Кельвина – и уже получены температуры, равные всего миллиардным долям градуса. Даже в самых пустынных уголках Вселенной и то теплее, чем в иных спецлабораториях на нашей планете. Ведь вдали от звезд температура диффузного вещества (то есть газа и пыли), заполняющего пространство, равна как-никак трем градусам Кельвина. Межзвездные дали согреты космическим фоновым излучением – грандиозным событием, которое, как считается, породило все наше мироздание, то есть реликтом Большого взрыва.

Кстати, в момент, когда время было равно нулю и наша Вселенная, по мнению космологов, возникла буквально из ничего, температура в точке возникновения равнялась 1013 градусов. Это самая высокая температура, которую когда-либо использовали в своих расчетах физики-теоретики.

Сразу после Большого взрыва наша Вселенная начала остывать. В конце времен, когда угаснут все звезды и исчезнут планеты, воцарится ледяной мрак.

Еще поразительнее, что существует взаимосвязь между областью самых высоких и самых низких температур. Так, в лабораторных условиях мы можем имитировать процессы, протекавшие во время гипотетического Большого взрыва, если попробуем достичь абсолютного температурного нуля! По крайней мере, так заявляют физики Григорий Воловик и Мати Крузиус из Хельсинкского технического университета.

При этом они опираются на «теорию струн», согласно которой наше мироздание, едва оно возникло, пронизали незримые космические нити. Они протянулись от одного края Вселенной до другого. Они были намного тоньше атома, но весили столько же, сколько нынешние галактики. И вот оказалось, что эти нитевидные структуры можно воспроизвести в жидком гелии, охлажденном до тысячной доли градуса Кельвина, если подвергнуть его нейтронной бомбардировке. Исследование этих тончайших образований, возникавших в пекле Большого взрыва и возникающих близ абсолютного нуля, может помочь нам ответить на вопрос, что же действительно произошло в начале всех времен. Две крайности, похоже, смыкаются: горнило всепорождающего огня напоминает губительный ледяной мрак.

В поисках «солнечных человечков»

Итак, в первые мгновения после Большого взрыва наша Все-1енная стремительно расширялась, и ее температура также быстро падала. Прошла всего десятитысячная доля секунды, а космос остыл уже до 1012, то есть до триллиона градусов. На второй день «творения» средняя температура Вселенной понизилась до каких-то вполне сносных 30 млн градусов. («И увидел Бог, что это хорошо. И был вечер, и было утро: день второй».) Сегодня эта цифра равна всего трем градусам Кельвина. Космос охладился почти до нуля.

Конечно, средние показатели не исключают того, что отдельные крохотные участки Вселенной внезапно разогреваются до невероятных температур. Такое происходит, например, при вспышке сверхновой, то есть при взрыве какой-либо массивной звезды. В этот момент ее температура на короткое время подскакивает почти до десяти миллиардов градусов. Этого достаточно, чтобы из элементарных частиц. образовались новые, более тяжелые элементы (углерод, кислород, железо, азот). Все они стремительно разлетаются прочь от взорвавшейся звезды. Именно эти элементы, рожденные в горниле многочисленных космических плавилен, являются основой всех органических веществ – в том числе и тех, что способствовали зарождению жизни.

Подобные температуры возникают и в очаге неуправляемого термоядерного взрыва, или, иными словами, при взрыве водородной бомбы. В естественных условиях такой процесс происходит в недрах Солнца и других звезд, где водород превращается в гелий, что сопровождается выделением огромного количества тепла. Благодаря этой излучаемой энергии на Земле существует жизнь. Человек, словно нерадивый ученик сказочного волшебника, попробовал воспроизвести этот процесс, сотворив бомбу, но его презренная копия убивает все живое.

Все эти сверхвысокие температуры, упоминаемые нами, мы можем оценить лишь приблизительно. Никто не измерял их с точностью до градуса. Зато температуру на поверхности Солнца, как и в недрах Земли, удалось измерить. И та и другая равна примерно 6000 градусов Цельсия. В такой жаре испаряется даже вольфрам – самый тугоплавкий из всех химических элементов (температура плавления – 3420 °С). Между тем астрономы еще в XIX столетии подумывали о том, что на Солнце могут обитать живые существа. Их аргумент был таков: солнечные пятна холоднее, чем окружающее их пространство. Если предположить, что Солнце, как и Венера, окружено раскаленными облаками, тогда эти пятна могут быть разрывами в череде облаков, проемами, сквозь которые виднеется поверхность самого светила. Ну а поскольку эти пятна темны, их температура невысока. Значит, в обширной области солнечных пятен вполне могут поселиться некие организмы. Вот такова была гипотеза, возникшая в то время, когда люди настойчиво принялись искать жизнь за пределами нашей планеты – в том числе и на Солнце.

Теперь мы знаем, что никаких «солнечных человечков» все-таки нет. Впрочем, нельзя не признать, что ученые прошлого отличались определенной прозорливостью. Солнечные пятна и впрямь почти на 1500° Кельвина холоднее окружающего их вещества, а сама поверхность Солнца не очень-то и разогрета. Солнечные пятна появляются периодически и охватывают сотни миллионов квадратных километров поверхности нашей звезды. В их центре температура едва достигает 4500" Цельсия. Именно это относительное похолодание и помогает реакции синтеза кислорода и водорода. Правда, паров воды при этом образуется ничтожно мало. Исчезают пятна – от паров не остается и следа.

И кто бы мог подумать, что на Солнце есть вода?! А вода – источник жизни.

Тем более что Солнце – весьма прохладная звезда, коль сравнивать ее температуру с тем жаром, которым пышут некоторые другие звезды, например голубые гиганты. Поверхность самых крупных из них раскаляется почти до 100 000 градусов. Всего за шесть секунд подобные звезды излучают столько же энергии, сколько наше Солнце – за целый год.

Еще сильнее разогреты крохотные нейтронные звезды, чей диаметр не превышает 30 км. Мы не способны их увидеть, но знаем, что их температура достигает миллиона градусов! На таком фоне покажется вполне уютной и пригодной для обитания самая холодная из известных нам звезд – двойная звезда в созвездии Стрельца. Она потеряла так много вещества, что весит теперь в 20 раз меньше Солнца и остыла до 1700 "С. Впрочем, все равно здесь чересчур жарко для живых организмов биологического типа. Так что жизнь на звездах, скорее всего невозможна.

Можно ли жить на Венере и Марсе?

Какая же температура надобна для жизни? Еще полвека назад американский астрофизик азиатского происхождения Фу-Шу-Хуанг попытался очертить «зону жизни» – то есть область вокруг звезд, где может существовать жизнь. При этом он принимал как аксиому, что средняя температура в этой зоне должна колебаться в пределах от 0 до 100° Цельсия.

Не думайте, что он так уж перегнул палку. Ученые долгое время верили, что при 100 "С все живое гибнет. Однако в 70-е годы XX века на дне океана открыли необычные образования, которые окрестили «черными курильщиками». Здесь из недр Земли вырастают конические трубы, из которых вырывается темная сернистая магма, разогретая до 300 °С. В окрестностях этих подводных курящихся труб, словно в аду, обитает множество организмов – бактерии, креветки, черви. Позднее примитивные формы жизни были обнаружены также в кипящей воде гейзеров.

Неужели жизнь зародилась среди адского пекла – в «озерах, горящих огнем и серою»? Если это так, то жизнь может зародиться и на такой планете, как Венера. Жаролюбивые, питающиеся серой бактерии могли бы, прижившись в атмосфере Венеры, сделать эту планету пригодной для жизни человека – пусть на это понадобились бы сотни тысяч лет.

А может быть, все было наоборот, и жизнь появилась в ледяной пучине космоса? Во всяком случае, так около 500 лет назад утверждал британский астроном Фред Хойл. Согласно его теории, первые зародыши жизни возникли в темных межзвездных облаках и позднее были занесены на многие планеты. В то время его гипотеза казалась выдумкой, достойной фантастов – тем более что сам Хойл написал научно-фантастический роман, посвященный подобному думающему облаку.

Однако со временем выяснилось, что гипотеза не так уж и фантастична. В межзвездных облаках, состоящих из графитовых (углеродных) пылинок, обнаружены органические молекулы: поначалу лишь ядовитый цианистый водород (то есть синильная кислота), затем полициклические углеводороды. Под действием ультрафиолетового излучения, испускаемого соседними звездами, в этих пылинках может пробудиться жизнь.

В пользу этого соображения говорит и следующий довод. Все земные аминокислоты – основные компоненты белка – имеют сходную форму, так называемую L-конфигурацию. Возможно, что эти «кирпичики жизни» приобрели ее под действием звездного света, для которого характерна круговая поляризация.

Жизнь может зародиться не только в ледяной пучине космоса, но и под толщей льдов Антарктиды – там, куда не проникает свет, где нет тепла, нет притока энергии. Правда, обнаруженные там формы жизни (архебактерии) пребывают в анабиозе – своего рода «зимней спячке» (образно говоря, они делают один вдох за сто лет), но если они получат достаточно света и тепла, то быстро проснутся. Добавим, что в Антарктиде (рекордно низкая температура: – 89, 2 °С) почти так же холодно, как на Марсе, где температура снижается до – 140 "С. Быть может, в недрах Марса, дожидаясь лучшей поры, тоже скрывается своя примитивная жизнь? Ведь было время – и на Марсе текли реки!

Со временем ученые сумеют ответить на этот вопрос. Мы же пока выберемся за пределы Солнечной системы в поисках «по люса холода» нашей Вселенной. Мы уже знаем, что на шкале температур имеется, абсолютный нуль. Теперь нам предстоит узнать, что это – величина в какой-то мере теоретическая, потому что в наше время нигде в космосе не может быть температуры, равной или почти равной 0° Кельвина (исключение составляют лишь некоторые научные лаборатории… на нашей планете). Дело вот в чем.

Около 15 млрд лет назад, вскоре после Большого взрыва, горячее фотоновое облако охладилось до 3° Кельвина и в виде фонового излучения заполнило все космическое пространство. Итак, холоднее в космосе быть не может. Предельно возможная температура – 3 °К.

Другое дело – научные лаборатории. Здесь удается приблизиться вплотную к абсолютному нулю. Так, несколько лет назад было сделано важное открытие: удалось обнаружить новое состояние материи, предсказанное еще Альбертом Эйнштейном и индийским физиком Шатьендранатом Бозе. При температуре, равной всего нескольким миллиардным долям градуса Кельвина, тысячи атомов начинают вести себя как одна-единственная частица.

Вообразите себе вереницу муравьев, ползущих по тропке, которые внезапно начинают двигаться синхронно. Получается, что теперь в том же направлении, по той же самой тропинке как бы продвигается одно-единственное огромное существо, состоящее из множества крохотных частичек, каждая из которых вторит всем движениям соседних частей. Точно так же материя напоминает теперь один громадный атом. Подобное состояние называют конденсатом Бозе – Эйнштейна. Можно ли как-то использовать это необычайное свойство материи? Пока неизвестно, поскольку само оно еще плохо изучено.

Гибель Вселенной

Напоследок обратимся к концу Вселенной, когда по всему космосу разольется ледяной мрак. Как полагают многие ученые, произойдет это очень и очень нескоро – через 1077 лет.

Космическое фоновое излучение будет постепенно остывать. Вселенная продолжит расширяться (впрочем, часть ученых в этом по-прежнему сомневается), материя же постепенно будет становиться все тоньше. Когда все запасы водорода израсходуются, перестанут рождаться звезды. Старые светила со временем взорвутся, и даже белые карлики – самые долговечные из звезд – остынут и, сжавшись, превратятся в небольшие железные шары, ведь железо – самый стабильный из всех элементов. Всю светящуюся материю поглотят черные дыры, которые, впрочем, по расчетам Стивена Хоукинга, тут же испарятся.

Время от времени материя, соприкасаясь с антиматерией – то бишь электроны, сталкиваясь с позитронами, – вновь и вновь будет спонтанно испускать высокоэнергетичные рентгеновские или гамма-лучи. При этом сама электронно-позитронная пара тотчас аннигилирует (уничтожится).

Однако, если Вселенная будет непрерывно расширяться и пустеть, эти частицы станут все реже сталкиваться друг с другом. В таких условиях возникнут позитрониевые атомы. Вместо облаков атомарного водорода, заполняющих нынешнюю Вселенную, пустынные космические просторы станут бороздить облака позитронов. По мнению известного физика Фримана Дайсона, в этих облаках могут зародиться новые формы жизни – организмы, состоящие из антиматерии.

«Позитрониевые существа» будут жить невероятно долго. Время, прошедшее от начала Вселенной до наших дней, показалось бы им одним коротким мгновением, если бы они не проводили почти всю свою жизнь в анабиозе, уберегавшем их от излишних размышлений. Атомы, составившие их тела, достигали бы размеров всей нашей теперешней Вселенной. Эти существа могли бы воспринимать свет, чья длина волны достигала бы нескольких световых лет. Однако и их эпоха когда-нибудь завершилась бы. Исполины, порожденные антиматерией, рассеялись бы так же неотвратимо, как и сама материя. Наконец, воцарились бы непроглядная тьма и вечный, неизбывный холод. Жуткая смерть мироздания!

Окинув взором прошлое и будущее нашей Вселенной, побывав во мраке космической дали и на залитых светом звездах, мы не можем не признать, что здесь, на Земле, мы пребываем в условиях воистину идеальных. Мы спасены и от губительного холода, и от палящего огня. Так что, быть может, совсем не случайно именно наша планета – повторим еще и еще раз – является средоточием разумной жизни в самых разных ее формах.