Папа не поможет! Как изменилась астрономия, пока её не преподавали в школах
Около десяти лет назад астрономию убрали из школьной программы. Однако есть вещи, которые можно пытаться менять, но нельзя успешно изменить. Как ни крути, а объективные нужды образования никуда не денутся. Поэтому не так давно министр образования Ольга Васильева сообщила: "Астрономию надо преподавать в школе, сомнений нет. Возврат будет точно".
Поскольку в нашей стране каждый имеет своё, единственно правильное, мнение о том, как выиграть чемпионат мира по футболу или реформировать отечественное образование, это заявление вызвало бурную критику. Зачем вновь возвращать астрономию, когда дети и так перегружены (например, предметом "Основы религиозной культуры и светской этики")? Не секрет, говорили многие, что любой учитель физики может рассказывать детям и про астрономию. Но на практике у нас и физику-то в школах не знают — о какой астрономии может идти речь?
При таком дефиците времени в школе, считают скептики — у них тоже есть дети, поэтому они знают, что с физикой там проблемы, — родители за вечерним чаем и сами могут рассказать детям всё, что помнят про звёзды и планеты. Старшее-то поколение астрономию ещё застало! Возникает вопрос: действительно ли мы можем заменить собой учителя астрономии? Не слишком ли сильно она изменилась за прошедший десяток лет?
Своя рубашка ближе к телу — но мы о ней ничего не знаем
В начале XXI века всем казалось, что уж Солнечную-то систему астрономы знают хорошо. В ней всего девять планет — от Меркурия до Плутона. Все они, как и крупные спутники, либо слишком близки к Солнцу (Венера), либо слишком далеки от него (Марс и далее), чтобы поддерживать жизнь. Про спутники и говорить нечего — у них либо нет атмосферы, либо они получают от Солнца в сто раз меньше света, чем Земля, то есть о жизни на них и речи нет. Астрономия в разделе изучения нашей системы считалась скучной и исхоженной областью, где можно открыть разве что астероид.
Как и многие другие логичные и ясные картины, эта оказалась плодом заблуждений. Всё началось с Плутона. Осмотрев окрестности его орбиты, астрономы выяснили, что там куча тел похожих размеров. Встал выбор: либо их все признать планетами, либо заявить, что Плутон не расчистил свои окрестности и потому он не планета. Любой, кто сталкивался с такими выборами на работе, знает: чтобы не усложнять и не перерабатывать, всегда проще выбрать второе. Тем более если дальше идти по первому пути, то планет в нашей системе можно насчитать аж 110!
Проблемы Плутона жителей крупных планет лет десять вовсе не волновали. В прошлом году, однако, число планет снова пришлось вернуть к девяти. Оказалось, что за тысячи лет наблюдений за планетами астрономы пропустили здоровенного ледяного гиганта — в десять раз массивнее Земли. Их трудно винить: тело удалено от Солнца в среднем на 100 миллиардов километров, в сотни раз дальше Земли. Его и сегодня удалось вычислить только по влиянию на орбиту открытых в последние годы карликовых планет и астероидов — "соседей" Плутона.
Самым странным оказалось то, что планета в таком месте возникнуть не могла. В газопылевом диске молодого Солнца просто не было достаточно вещества на столь большом удалении от центра. "Вычислившие" девятую планету Батыгин и Браун считают, что она попала туда в результате очень резких миграций сразу нескольких планет молодой Солнечной системы. Да-да, планеты вовсе не стояли на своих местах 4,5 миллиарда лет, а активно путешествовали туда-сюда на миллиарды километров. Ещё лет 20 назад астрономы-профессионалы побоялись бы оставаться в одной комнате с сумасшедшим, предлагающим такую теорию всерьёз.
Три потенциально обитаемых мира в нашей системе или больше?
Оставим в стороне ледяных гигантов: в нашем планетарном общежитии есть сдвиги и посерьёзнее. В последние годы на Марсе сначала обнаружили появляющийся только летом метан, который, возможно, производят живые организмы. Потом подоспели теоретики, рассчитавшие, что Красная планета на самом деле лежит в зоне потенциальной обитаемости.
Добавили красок марсоходы. Их анализы и фотографии показали, что на Марсе были очень крупные жидкие водоёмы, причём сотни миллионов лет подряд. Всё это было миллиарды лет назад, когда Солнце было на 20–30 процентов тусклее сегодняшнего. Рухнула догма "Марс слишком далёк от Солнца и поэтому холодный до безжизненности".
На данный момент у астрономов больше забот с тем, чтобы объяснить, почему четвёртая планета холодна сегодня, когда она получает много больше тепла, чем в прошлом. Ведущая гипотеза такая экзотическая, что 10 лет назад она и на пушечный выстрел не могла подойти к школьному учебнику. Оказывается, миллиарды лет назад удар астероида положил Марс набок, подставив под испарение его льды. Вероятно, от столкновения отключилось (заметное по остаточной намагниченности) магнитное поле планеты, и её моря и атмосферу "ободрало".
Совсем внезапно попала в зону потенциальной обитаемости Венера. Новые расчёты показали, что из-за ночи в 117 раз длиннее земной она должна очень быстро охлаждаться и быть по климату похожей на Землю. И вот уже Институт космических исследований РАН признаёт, что "Венера могла быть первой планетой, на которой появилась жизнь... раньше, чем на Земле". Сейчас она слишком горяча только из-за "поломки" углеродного цикла, не дающей убрать из атмосферы лишний углекислый газ. А вот будь у неё земная атмосфера — и климат её был бы не сильно хуже нашего.
Впрочем, и при нынешнем климате не всё безнадёжно. На высоте от 50 километров там облака из серной кислоты и воды. В облаках есть "неизвестный ультрафиолетовый поглотитель". Ряд бактерий в земных кислотных источниках показывает похожее поглощение в ультрафиолете. Не факт, что на Венере живёт нечто подобное. Но пока никаких более правдоподобных объяснений "неизвестного поглотителя", в любом случае, никому предложить ещё не удалось. Похоже, за десяток лет количество потенциально обитаемых планет нашей системы выросло втрое.
Заметьте — именно планет. Буквально на днях NASA объявило о нахождении "пищевого минимума" для простейших метаногенов в гейзерах из подлёдного океана спутника Сатурна Энцелада. Есть там и метан, который такие организмы производят. Конечно, он может быть и абиотическим по происхождению, и всё же шанс на наличие жизни оказался даже у спутников во много раз меньше Луны.
Такие же подозрения теперь высказывают и про другой спутник Сатурна — Титан. Как раз в последние дюжину лет спускаемый аппарат "Гюйгенс" выявил, что там странно распределён метан: в нижних слоях его много больше, чем в верхних, зато водорода внизу почти нет. Всё это указывает на возможность простейшей жизни в подлёдных океанах и на Титане. Иные планетологи списывают на неё и азот, которого в его атмосфере аномально много. В списке похожих тел-кандидатов с подлёдными океанами, кстати, и Европа с Церерой. Вы всё ещё уверены, что знаете, сколько обитаемых миров вращается вокруг Солнца?
Четыре тысячи замеченных и сотни миллиардов подозреваемых
Ещё десяток лет назад экзопланеты с научно подтверждённым статусом можно было пересчитать по пальцам. В учебниках так и писали: пока конкретных примеров очень мало, и они очень странные. Сторонники гипотезы уникальной Земли были ещё конкретнее: открыты либо "планеты-зомби" (и имена у них соответствующие — Драугр да Полтергейст), либо горячие газовые гиганты. А ведь последние попадают близко к звезде, мигрируя и расшвыривая из системы обычные, твёрдые планеты. То есть, заключали "землеуникалы", никаких нормальных планет за пределами Солнечной системы и нет, "мы избранные и стоит смириться с этим".
Десяток лет назад на уроке астрономии могли рассказать разве что про "планеты-зомби", типа Драугра или Полтергейста в тысяче световых лет от нас, а сейчас мы знаем тысячи вполне "нормальных" экзопланет.
Только в 2009–2013 годах открытие экзопланет действительно встало на поток — благодаря космическому телескопу "Кеплер". Последние годы он сломан и функционирует намного хуже, однако успел набрать полдесятка тысяч планет-кандидатов, из которых всего 11% могут быть ошибочно причислены к этой категории. Телескоп наблюдал всего 150 000 звёзд. А всего их в нашей Галактике 200 миллиардов. Исходя из данных "Кеплера", планет в ней как минимум много миллиардов.
Есть и более радикальные оценки. Дело в том, что в системах, где планеты легче всего разглядеть (звёзды в них – красные карлики), их очень часто находят сразу помногу. Меньше всего планет "Кеплер" увидел в системах, где планеты дальше от своих звёзд (вроде нашей), то есть там, где он вообще с трудом мог их найти.
Раздаются голоса, что подавляющее большинство систем подобны Солнечной по числу планет. Тогда экзопланет только в Млечном пути может быть за триллион. Сколько из них в зоне обитаемости — вопрос сложный, как мы убедились, и в Солнечной системе это число за считанные годы утроилось. Минимальные оценки — от 5 до 40 миллиардов. Максимальные так велики, что их нет смысла озвучивать.
Чёрные дыры — от персонажей из кунсткамеры до станового хребта галактик
В прошлом году астрономы наконец получили первые прямые подтверждения существования чёрных дыр, обнаружив гравитационные волны от их слияния. Сказать, что это было событие — значит промолчать. За последние годы по наблюдениям за гравитационным влиянием центров галактик на их окружения стало ясно, что в ядре практически каждой из них есть сверхмассивная чёрная дыра (СМЧД). Она играет определяющую роль во всей эволюции своей галактики: расчёты показывали, что именно СМЧД, возникнув в центре, помогает обычной материи впоследствии концентрироваться в центральной части галактики.
А ведь ещё десяток лет назад слова "чёрная дыра" часто сопровождались пояснением — наиболее вероятный гипотетический объект, способный объяснить наблюдения окрестностей каких-то крайне компактных тел. Более того, считалось, что они играют роль главным образом разрушителей. Их гравитация в самом деле может разрывать на куски звёзды, планеты и газовые облака, которые затем поглощаются дырой. Именно это сейчас наблюдают астрономы в ядре Млечного пути, галактики, где живём мы. Стрелец А*, СМЧД в её центре, активно разрушает газовое облако G2, за которым, по ряду предположений, может скрываться планета.
На сегодня картина резко изменилась. С одной стороны, ясно, что сверхмассивные чёрные дыры в ряде случаев серьёзно замедляют образование новых звёзд, тормозя рост звёздного населения в галактиках. Поглощая окружающий газ, они создают раскалённые аккреционные диски, сильно излучающие (самые яркие объекты Вселенной) и своим излучением разогревающие поступающий извне газ, не давая ему остыть достаточно, чтобы образовать звёзды.
С другой стороны, при слиянии галактик сверхмассивные чёрные дыры в их центре активно поглощают окружающую их материю, однако часть её ими отбрасывается. Эта материя движется от центров к периферии, унося огромное количество газа и пыли. Астрономы в 2017 году установили, что внутри этих потоков немало молодых звёзд, не старше десятков миллионов лет. То есть каждая дыра выступает не просто "зародышем" своей галактики, а одновременно и "тормозом", и "газом" для всего процесса её развития. То, что 233 года назад было было простой экзотической гипотезой одного деревенского священника, в 2010-х оказалось центральным игроком во развитии галактических систем.
Как не дать педагогической поэме стать трагедией
Даже сверхкраткого изложения выше достаточно, чтобы понять: за десять лет "вне школы" астрономия изменилась так, что и сами астрономы ещё не все отошли от шока. Для понимания масштабов уточним: один сервер электронных препринтов Корнелльского университета за один март 2017 года выложил 10 тысяч готовящихся к печати научных статей. Астрономия и астрофизика дали более тысячи из них.
Специалист, выпущенный одним из десятков астрономических отделений российских вузов десять лет назад и всё эти годы не читавший литературу в своей области, — уже не совсем астроном. Может ли бывший школьник того же или более раннего года выпуска рассказать своему ребёнку, что на самом деле узнала астрономия о нашей Вселенной — решать вам.
Пожалуй, стоит добавить только одно. Как ни странно, больше всего знания астрономии сегодня не хватает политикам. Трезвый анализ ситуации с косвенными признаками жизни на телах Солнечной системы — не говоря уже о других системах — ведёт к тревожному выводу. С высокой долей вероятности мы не одни здесь. Да, может быть, до поры до времени наш клочок суши не посещают те, кто живёт на других "континентах". Австралийцы, скажем, десятки тысяч лет оставались единственным населением своей "мини-Земли". Однако состояние их счастливой изоляции рано или поздно должно было прерваться.
Закончилось это — для аборигенов — довольно плохо. Они были полностью не готовы к такому повороту. От этого их политики увлеклись мелочами вроде добычи женщин в войнах с другими племенами и уделили недостаточно внимания технологическому развитию. Как подобная ситуация может кончиться для человечества в целом, догадаться нетрудно. Если вы подозреваете, что ваш ребёнок станет когда-нибудь руководителем государства, попробуйте не оставить его в неведении.