Энергия, выделяющаяся благодаря таким процессам, колоссальна. При полном превращении вещества угля в излучение можно получить в три миллиарда раз больше энергии, чем при обычном его горении, и Джинс вполне справедливо говорил, что небольшого кусочка каменного угля величиной в горошину достаточно для путешествия на самом большом океанском пароходе из Европы в Америку и обратно.
Заметим для сравнения, что при распаде урана, который имеет место в обычной атомной бомбе и который соответствует лишь частичному превращению вещества в излучение, освобождается в два с половиной миллиона раз больше энергии, чем при сгорании такого же количества угля. Что касается превращения водорода в гелий, который имеет место в водородной бомбе, то при этом освобождается в 10 миллионов раз больше энергии, чем при сгорании такого же количества угля.
Некоторые виды превращения вещества (материи в корпускулярной форме) в излучение, которые до недавнего времени мы никогда не наблюдали на Земле, происходят внутри звезд, где царят температуры порядка миллионов градусов.
В предположении, что в звезде произойдет превращение всего количества вещества, из которого она состоит, можно подсчитать, что выделяющаяся при этом энергия может поддерживать ее излучение, т. е. звезде есть на что «жить», в течение триллионов лет. Например, Солнце при этом предположении может жить еще 10 триллионов лет, и если оно «родилось» в виде красного гиганта обычных размеров, то это «рождение» произошло около восьми триллионов лет назад.
Сторонники длинной шкалы времени, как например, Джинс, поддерживали гипотезу полного распада вещества, которая приводит к промежуткам времени, укладывающимся в их космогонические гипотезы. В то же время сторонники короткой шкалы, считавшие на основании различных соображений, что эти промежутки времени слишком велики, придерживались точки зрения Жана Перрена.
Казалось, что решить этот спорный вопрос будет трудным делом, но незадолго до войны 1939 г. успехи атомной химии, в частности, открытия Фредерика и Ирен Жолио-Кюри, пролили некоторый свет на эту проблему. Создание циклотрона, с помощью которого можно было подвергать вещество действию значительных электрических и магнитных полей, позволило частично реализовать в лабораториях условия, аналогичные тем, которые существуют внутри звезд. Действительно, в этих приборах можно было разгонять заряженные частицы до таких скоростей, что они приобретали энергию, сравнимую с той, которую они (в среднем) имеют, находясь в центре такой звезды, как Солнце при температуре в миллионы градусов.
Благодаря этому исключительно могущественному средству, ученые могли создать теорию превращений вещества внутри звезд; она была разработана американским астрофизиком Бете.
Существенным агентом этих превращений является водород. Окончательным результатом совокупности этих ядерных реакций является превращение четырех ядер водорода в одно ядро гелия.[19]
Что касается продолжительности этих процессов, то превращение водорода в гелий, соответствующее потере только 1/14 доли массы (преобразованной в излучение), занимает гораздо меньший промежуток времени, чем то, которые получаются в гипотезах, исходящих из предположения о полном превращении вещества в излучение. Согласно новой точке зрения наблюдаемые нами звезды начали излучать свет лишь несколько миллиардов лет назад.
Некоторые звезды — белые и голубые гиганты, масса которых достигает двадцати масс Солнца, — излучают настолько интенсивно, что не могут существовать в таком состоянии более нескольких десятков миллионов лет, так что они, вероятно, прошли пока не слишком длинный «жизненный путь».
Следовало бы теперь показать, как можно с помощью теории Бете истолковать диаграмму Рессела. Мы возвратимся к этому вопросу несколько позднее, когда будем излагать новейшие космогонические теории. Заметим, однако, уже сейчас, что если ядерные реакции, предложенные Бете, позволяют хорошо объяснить наблюдаемые факты относительно звезд главной последовательности, то в отношении гигантов оказывается необходимым предположить существование иных ядерных превращений, далеко еще не вполне установленных. Что касается белых карликов, то лишь в 1946 г. французский астроном Шацман смог уточнить наше представление о процессах, происходящих внутри этих звезд.
Возраст Галактики
Среди различных методов оценки возраста звезд, входящих в состав нашей Галактики, использовались также статистические методы. В этом случае учитывалось влияние на двойные звезды притяжения соседних звезд, производимое в среднем за очень большие промежутки времени. Можно, например, зная теперешнее расстояние между звездами пары, приближенно оценить промежуток времени, протекший после образования звезд пары, если, конечно, предположить, что обе звезды пары имеют общее происхождение (как это и считается в настоящее время) и если знать достаточно точно средние значения расстояний масс и скоростей соседних звезд. Можно также оценить время, необходимое для того, чтобы некоторые шаровые скопления, имеющие небольшую плотность, рассеялись вследствие притяжения проходящих вблизи звезд.
Эти вычисления достаточно деликатны и здесь легко сделать ошибки. Например, Джинс, изучая некоторые пары звезд, пришел к выводу, что возраст этих пар должен составлять несколько триллионов лет. В этом он находил подтверждение своим взглядам о длинной шкале времени. Однако в действительности, как доказал несколькими годами спустя В. А. Амбарцумян, возраст этих пар не превосходит нескольких миллиардов лет.
Как правило, самые последние вычисления как в отношении двойных звезд, так и в отношении шаровых скоплений, приводят к оценкам, выражающимся миллиардами лет. Но нельзя еще отсюда вполне определенно заключать, что именно таким должен быть фактический возраст нашей Галактики. Этот вывод был бы справедлив лишь в том случае, если бы все пары звезд, все шаровые скопления, которые нам известны, сформировались одновременно с нашей Галактикой. Недавние работы Амбарцумяна, напротив, показали, что происходит непрерывное формирование новых звезд в Млечном пути. Поэтому ничто не мешает предположить, что наряду с двойными звездами и шаровыми скоплениями, которые нам сейчас известны, существовали также другие пары и другие шаровые скопления, полностью в настоящее время рассеявшиеся и превратившиеся в одиночные звезды. Следовательно, можно лишь утверждать, что действительный возраст Млечного пути не меньше нескольких миллиардов лет.
Предварительные соображения об эволюции галактик
Можно ли идти дальше и пытаться оценить время полной эволюции какой-либо галактики так же, как мы определяли продолжительность всей «жизни» звезды? Разумеется, такая проблема является гораздо более сложной. Однако при сравнении различных известных типов галактик можно все же получить некоторые интересные данные (рис. 7). Действительно, уже простое сопоставление форм галактик заставляет подозревать, что мы имеем здесь дело с различными этапами эволюции. Правда, сейчас же возникает вопрос, в каком направлении идет эта эволюция: от сферических к спиральным туманностям или наоборот.
Рис. 7. Эволюция спиральной туманности по Хабблу. (Наблюдатель находится в экваториальной плоскости). Более темные участки на фигурах IV и V соответствуют областям, где имеется темная материя
Сначала была принята первая гипотеза, высказанная Хабблом, и соответствующая, грубо говоря, эволюции жидкой быстро вращающейся массы (сплющивание, а затем выброс материи по направлению касательной). Но наблюдения показали, что, с одной стороны, эллиптические туманности имеют размеры того же порядка, как и спиральные туманности, а с другой стороны (работы Бааде 1943 г.), они «перенаселены» звездами, но лишены каких бы то ни было следов рассеянной материи. Поэтому большинство ученых склонно считать, что галактики развиваются в противоположном направлении, т. е. их эволюция начинается с галактики неправильной формы и заканчивается гигантским шаровым скоплением. В этой схеме спиральная форма галактики является лишь промежуточным этапом, довольно близким к началу эволюционного пути и, следовательно, вопреки тому, что думали ранее, наша Галактика должна быть относительно «молодой».
Рис. 8. Вид спиральной туманности с образовавшимися рукавами. (Наблюдатель находится на оси вращения туманности)
Что касается оценок полной продолжительности жизни одной галактики, то они еще весьма ненадежны, но не ниже десятков миллиардов лет. Наконец, распределение галактик в скоплениях указывает, по мнению некоторых астрономов (например, Цвикки), что возраст скоплений галактик составляет десятки триллионов лет.
