Межзвёздное пространство — неизвестная «пустота»

Наша Галактика (как и любая другая галактика во Вселенной) подобна безбрежному океану пустоты, в котором изредка попадаются «острова» звёздных систем. Однако не стоит думать, что звёздные системы разделяет совершенный вакуум. Межзвёздные пространства заполнены газом, пылью и излучением. В этих пространствах, под светом далёких звёзд, движутся бесчисленные кометы и прячутся от астрономов «осиротевшие» планеты, лишённые собственных звёзд. Впрочем, возможно, что в глубинах галактики скрываются не только планеты, но и целые «тёмные» звезды…

Межзвёздная среда была загадкой для учёных многие века. Сам термин впервые появился в XVII веке в трудах Фрэнсиса Бэкона и Роберта Бойля. В XVIII веке среди учёных утвердилось мнение, что межзвёздное пространство наполнено невидимым эфиром, через который проходит свет (согласно физике того времени волны могли распространяться исключительно сквозь какую-то среду — поэтому для объяснения распространения световых волн был придуман всепроникающий «эфир»). Революционные открытия начала XX века избавили космологию от «эфира» — выяснилось, что свет распространяется через вакуум и меж звёзд и планет нет ничего кроме пустоты… Однако вскоре стало понятно, что в этих «пустых» участках присутствуют материя и газ, влияние которых является критически важным для эволюции Вселенной. Основной «материал» космических просторов — это межзвёздный газ: разрежённая газовая среда, заполняющая все пространство между звёздами. Межзвёздный газ прозрачен. Полная масса межзвёздного газа в нашей галактике огромна — она превышает 10 миллиардов масс Солнца! Впрочем, это только несколько процентов суммарной массы всех звёзд нашей галактики. При этом средняя концентрация атомов межзвёздного газа ничтожна и составляет менее 1 атома в см3, а химический состав примерно такой же, как и у большинства звёзд: 90% водорода и 10% гелия с ничтожной примесью других элементов. Именно из этого газа когда-то родились звезды.

Миллиарды лет назад в однородном «межзвёздном» газе появились как плотные области (сгущения), так и разрежённые области. Сгущения образовали будущие метагалактики, в них стали образовываться галактики, и наконец из сгущений «межзвёздного» газа образовались первые звёзды! С этого момента межзвёздный газ стал действительно межзвездным.

Процесс рождения звёзд из межзвёздного газа продолжается и сегодня, так что он хорошо известен астрономам. Сгущения, называемые газовыми облаками (имеющие огромные размеры — диаметр таких облаков составляет тысячи миллиардов километров), движутся через «разрежённые» области, разгоняясь до огромных скоростей — некоторые такие космические «облака» несутся со скоростью 100 км в секунду. А поскольку таких облаков в галактике множество, то газовые облака сталкиваются между собой (процесс столкновения длится несколько тысяч лет — что по космическим масштабам почти мгновенно). Возникшая в результате столкновения ударная волна становится предвестником рождения звезды.

Под действием волны в столкнувшихся облаках возникает массивная область плотно сжатого газа. Из-за гравитации к этому первоначальному сгустку (или сразу нескольким сгусткам) устремляются всё новые и новые порции газа. Увеличившийся сгусток принимает форму исполинского шара. Его газовые слои уплотняются, в центре начинает расти давление и температура. На этом этапе протозвезда ещё невидима, её заслоняют собравшиеся вокруг и сильно уплотнившиеся облака (однако астрономы научились «видеть» такие объекты с помощью телескопов, работающих в инфракрасных диапазонах).

Подобная протозвезда может так и остаться навечно протозвездой — чтобы она превратилась в полноценное светило, в сжатом водороде должна начаться термоядерная реакция, а для этого нужна очень высокая температура — около 10 миллионов градусов. Если протозвезда достаточно велика, то в результате сжатия температура её центральной области поднимается до нужного значения примерно за миллион лет — и тогда на небосводе вспыхивает новое светило!

Как правило, в газовом облаке рождается несколько звёзд, иногда даже несколько десятков. Поэтому на небе возникает целое звёздное скопление (примером такого, недавно возникшего, звёздного скопления являются Плеяды). Со временем крупные звезды, исчерпав свой жизненный цикл, взрываются — и их остатки формируют новые газовые облака в межзвёздном пространстве, которые дают жизнь новым звёздам. В этом процессе межзвёздный газ обогащается тяжёлыми элементами (созданными в недрах звезды при термоядерном синтезе) — благодаря этому новые звёзды, возникшие на месте взрывов древних светил, могут иметь спутники — планеты, содержащие в своих горных породах всю таблицу Менделеева. Так что жизнь на Земле в основе своей имеет межзвёздный газ! Впрочем, возможно, данная субстанция не только создала условия для появления жизни в Солнечной системе, но и даст возможность для расселения земных организмов по всей Галактике. Ещё в 1960 году физик Роберт Бассард предложил оригинальную концепцию термоядерного двигателя для межзвёздного перелёта, использующего межзвёздный газ в качестве топлива! Космический корабль с таким двигателем не нуждается в запасах горючего — вместо этого он «сжигает» в термоядерной реакции присутствующий в космическом пространстве водород.

Чтобы собрать «горючее», корабль разворачивает перед собой огромную, диаметром тысячи километров, воронку магнитного поля, которое захватывает водород из открытого космоса. Этот водород используется в качестве неисчерпаемого источника топлива для термоядерного реактивного двигателя! По расчётам, такой двигатель позволяет разогнаться до огромных скоростей, близких к скорости света (такие скорости позволяют за несколько лет достичь ближайших звёзд, а за несколько тысяч лет — заселить всю Галактику).

Холодные, малоосвещенные пространства между звёздами заполнены не только газом.

Уже не вызывает сомнений существование вокруг Солнца пояса Койпера — колоссальной области за орбитой Нептуна. Это мир холодных планет-карликов — плутоидов и неисчислимых комет.

Однако у учёных крепнет убеждение, что пояс Койпера — это лишь ничтожная внутренняя часть исполинского Облака Оорта — огромной, очень далёкой сферической области ледяных тел, окружающих Солнечную систему. Предположительно Облако Оорта простирается до границ систем ближайших звёзд. В основном оно состоит из триллионов ледяных тел, но, возможно, там встречаются и более крупные объекты (такие как гипотетическая сверхгигантская планета Тюхе). А поскольку другие звёздные системы, предположительно, устроены подобно солнечной, можно с большой уверенностью предположить, что подобные облака ледяных тел существуют и вокруг иных звёзд, заполняя межзвёздные пространства галактики.

Считается, что в этих просторах «скитаются» планеты-странники (также известные как планеты-сироты) — планеты, не привязанные ни к какой звезде. Они появляются из-за схода с орбиты вокруг своей звезды в результате какого-либо катаклизма. Предположительно следы нескольких таких планет были обнаружены астрономами. Как ни странно, но учёные предполагают, что даже на них, лишённых живительного света телах, может существовать жизнь.

Так, в 1998 году астрофизик Давид Стивенсон опубликовал статью «Возможное существование жизни в межзвёздном пространстве». Стивенсон предположил, что, несмотря на холод межзвёздного пространства, планеты-гиганты, подобные Юпитеру, не остынут даже вдали от звёзд, а сохранят «тёплую» атмосферу за счёт внутренних источников энергии. Даже для объекта с массой, равной массе Земли, имеющего мощную атмосферу (в несколько десятков раз более массивную, чем у Земли), возможно поддержание плюсовой температуры за счёт распада радиоактивных изотопов в недрах (то есть такую планету будут согревать вулканы). В таком случае на планете могла бы существовать жидкая вода и соответственно условия для появления жизни, биохимически подобной земной. Правда, это будет очень странная жизнь, в вечной тьме, озаряемой лишь извержениями вулканов. Впрочем, писатели-фантасты идут ещё дальше: быть может, жизнь существует прямо в холодных глубинах космоса? Может, среди далёких комет медленно плавают огромные «звёздные киты», используя гравитацию и солнечный парус? Ведь в космических просторах есть и энергия, и любые необходимые для жизни элементы. Правда, невозможно представить, каким образом могли появиться подобные живые организмы, способные к жизни в открытом космосе (разве что такие существа были специально созданы сверхцивилизацией). Зато, однажды появившись, они в короткий (по эволюционным меркам) срок заселят всю безбрежную Галактику…

Конечно, мечты об обнаружении таинственной жизни меж звёзд пока скорее принадлежат области научной фантастики. Но также несомненно, что удивительные открытия, связанные с межзвездным пространством, ждут человечество в ближайшие годы — в пространства за Нептуном уже направлены космические зонды, а все более мощные телескопы (как земные, так и базирующиеся на орбите) каждый день приносят новую информацию. И удивительные тайны межзвёздных просторов откроются перед человечеством…

Александр СТЕЛА