Главная страница рубрики 'Это интересно'

Научно-популярные материалы. Статья Красный Сириус

Читатель, привлеченный странным заглавием этой статьи, наверно, изумится, а возможно, и воскликнет: "Не может быть!". Да, "острый Сириус", по выражению И. А. Бунина, белый, даже голубоватый Сириус был красным. По крайней мере так утверждал знаменитый астроном древности Птоломей. В своем не менее знаменитом "Альмагесте" он поместил Сириус в небольшую группу действительно красных звезд - Бетельгейзе, Антарес, Арктур, Альдебаран, Поллукс...

Столь необычное соседство отметил еще в 1760 году английский астроном Баркер, но лишь в 1874 году к этому факту вернулся известный датский астроном Шэллеруп, когда он опубликовал в Петербурге свой перевод замечательного сочинения персидского астронома Х века Аль- Суфи. Это был звездный каталог, содержащий оценки блеска и цвета звезд, доступных невооруженному глазу. Разные звезды отмечены у Аль-Суфи как окрашенные, но Сириуса среди них не было: Аль-Суфи видел его таким же, каким видим его мы. Шэллеруп счел, что причина столь разительного расхождения между очень авторитетными астрономами II и Х веков кроется в ошибке переписчика "Альмагеста", который не понял слово Сириус - и заменил его на огненно-красный, хотя Птолемей сравнивает Сириус скорее сМарсом, чем с такими красными звездами, как Бетельгейзе или Антарес. Быть может, Аль-Суфи пользовался тем экземпляром "Альмагеста", который не содержал указанной ошибки, а может быть, авторитет Птолемея у средневековых арабских ученых был так высок, что, даже видя свое расхождение с ним, Аль-Суфи не решается высказаться открыто и обходит вопрос молчанием.

В начале нашего летосчисления авторитетные ученые отмечали Сириус в числе красных звезд. Астрономы конца прошлого столетия и начала нынешнего в большинстве отвергали этот факт на основе современных им представлений об эволюции звезд. Нынешние представления не исключают возможности, что спутник Сириуса - белый карлик-был красным гигантом. Только времени на такое превращение не хватает - тысячелетие слишком короткий срок. Как выйти из затруднения!

Однако в 90-х годах прошлого столетия против объяснения, данного Шэллерупом, решительно выступил американский астроном Си. Наоборот, крупнейший среди астрономов знаток античной и доантичной астрономии и астрологии, открыватель каналов на Марсе Дж. Скиапарелли высказался за то, что Сириус и в начале нашего летосчисления выглядел таким же, каким мы видим его сейчас. В спор вмешались другие астрономы. Шайнер из Потсдамской обсерватории заявил, что изменение цвета Сириуса от красного к белому невозможно; директор той же обсерватории, спектроскопист Фогель, напротив, дипломатично утверждал, что "в небесах все возможно". Авторитетнейший в конце прошлого и в начале нынешнего века астроном С. Ньюком в своей известной книге "Звезды" соглашался со Скиапарел- ли, а венский профессор Холечек в 1918 году развивает дальше аргументацию Скиапарелли.

Во всех этих высказываниях, кро- ме соображений исторического характера, в скрытой или явной форме проявляется чисто астрономический подход к вопросу о звездной эволюции и, в частности, распространенная в начале нашего столетия идея о развитии звезды от горячей стадии к холодной (вспомните рассказ "Путешественника" в "Машине времени" Г. Уэллса). Фогель-чистый экспериментатор - не убежден в истинности этой идеи, но и не может ее опровергнуть.

Между тем теория звездной эволюции прогрессировала, и в середине 20-х годов нашего столетия возможность обратного направления в развитии звезды - от красной к белой - уже признавалась реальной. Кроме того, стало совершенно ясным, что спутник Сириуса, Сириус В - звезда весьма своеобразная. Будучи очень малых размеров (порядка размеров Земли), он имеет массу Солнца и, следовательно, непомерно большую плотность. А температура его поверхности высока - не меньше, чем главной звезды, Сириуса А. Это был первый открытый белый карлик.

В 1927 году в авторитетнейшем журнале "Азтгопоггиэспе МасппсЬтеп" появляется новая работа Си. Вопрос о Сириусе в ней рассматривается с тех же позиций, что и в 90-х годах, но обстоятельнее и с еще большей настойчивостью автор утверждает, что во времена Птолемея Сириус был красным.

Не менее уверенно высказывает то же мнение пять лет спустя крупнейший шведский астрофизик К. Лундмарк. Он основывается почти исключительно на астрономических соображениях. Идея невозможности эволюции звезды от красной к белой совсем не тяготеет над ним. Лундмарк очень хорошо знает, что Сириус В - необычная звезда. Уже много накоплено сведений об изменениях физического состояния звезд и взрывным, и консервативным путем. Уже установлено, что звезда может менять свой блеск в добрую тысячу раз на протяжении столетия, как это случилось со звездой эта Киля. А вот каким образом? - начинает проясняться лишь в середине XX века. Но вернемся ненадолго ко временам античности.

Сириус, как самая яркая звезда на небе, играл заметную роль и в идеологии, и в обрядах Древней Греции, Египта, Рима. У египтян на протяжении тысячелетий первый замеченный в данном году восход Сириуса на фоне утренней зари, почти в лучах восходящего Солнца (гелиакический восход) обещал наступление половодья на Ниле. Сириус полуобожествляли, считая, что он - Сотис, слеза Изиды; слеза эта, упав, переполняет верховья реки. В то же время и в Греции и в Риме появление Сириуса на небе знаменовало наступление изнуряющей жары. Древние астрономы помещали его в морде Большого Пса-Саш; Маюг, и оттого эти дни назывались "каникулами". У нас же, у северян, наступают "собачьи холода", когда Сириус царит на зимнем звездном небе. Понятно, что он был предметом пристального внимания и философов, и астрологов, и простого люда.

Само название Сириус греческого происхождения. Но употребляется оно редко, гораздо чаще говорят о Псе, Собаке, видя в главной звезде представителя всего созвездия. Под таким именем Сириус встречается у многих писателей, начиная с Гомера и кончая римскими авторами II века н. э. В эту же пору жил и Птолемей. Он тоже избегает названия Сириус, а говорит о самой яркой звезде в пасти Пса, "называемой собачьей звездой и красной". Красной же ее называют и многие писатели. Между тем для ублаготворения небесного Пса в пору каникул древние греки еще в III веке до н. э. приносили в жертву рыжую собаку-обычай, перешедший позже в Рим и процветав- ший в эпоху Антонимов (II век н. э.).

Пожалуй, наиболее серьезным подтверждением оценки цвета Си- риуса Птолемеем служит утвержде- ние Сенеки, сделанное им за столе- тие до Птолемея; "...но краснота Собачьей звезды глубже, Марса - мягче, ее нет совсем у Юпитера, вели- колепие которого обращается к чис- тому свету...". Итак, мы имеем основания считать, что Сириус в начале 1 тысячелетия н. э. был красным, а в конце его (ок. 980) белым. Когда произошло изменение, неизвестно. И было ли оно внезапным или постепенным, тоже не- известно. Уже в III веке н. э. эллинистическая наука клонится к закату. Даже более крупные явления проходят незамеченными, и только в IX ве- ке астрономия возрождается у арабов (в их числе и Аль-Суфи).

Но может ли астрономия XX века объяснить происшедшую с Сириусом метаморфозу, и если - да, то не поможет ли эта метаморфоза вы- яснить некоторые вопросы эволюции звезд?

Сириус - одна из очень близких к нам звезд. Он лишь в 2 разе дальше от нас, чем самая близкая к нам система трех звезд а Центавра. Его расстояние от Солнца составляет всего 2,7 пс - меньше 9 световых лет. Это - нормальная звезда спектрального класса А1 и умеренной температуры, около 10 тыс. градусов. Ее радиус равен 1,7 радиуса Солнца, а абсолютная звездная величина 1,4-такой блеск имел бы Сириус на расстоянии 10 пс.

Уже более столетия Сириус известен как двойная звезда. Его спутник, Сириус В, обращается вокруг общего центра масс системы с периодом 50 лет на среднем расстоянии от главной звезды-Сириуса А - 18,5 а. е. Сириус В имеет абсолют- ную звездную величину 10,92, то есть слабее Сириуса А более чем в 6 тыс. раз, будучи горячее Сириуса А-по последним измерениям температура Сириуса В 24 тыс. градусов. Такое может быть только при очень малом радиусе. Вычисления приводят к радиусу Сириуса В порядка радиуса Земли. В двойной системе можно определить массы звезд. У Сириуса А она равна 2,31 солнечной, у Сириуса В-0,98, чуть меньше массы Солнца. По всем этим характеристикам Сириус В относится к белым карликам. Белые карлики нельзя считать нормальными звездами, но они не так уж малочисленны в мире звезд.

По современным представлениям, звезда образуется из сгущения газопылевой материи. При этом она разогревается и, когда температура в центре ее поднимается до 10 млн. градусов, в ней включается в пол- ную силу такой термоядерный источник энергии, как объединение четырех ядер водорода в одно гелиевое ядро. Звезда малой массы излучает мало, и ее водородный запас рас- ходуется медленно, у массивной же звезды "сгорание" водорода идет Сыстро, звезда на первых порах разогревается сильно, так что даже на ее поверхности температура дости- гает 15-20 тыс. градусов. Но по мере выгорания водорода размеры звезды начинают увеличиваться, а температура падать до 4-3 тыс. градусов. Звезда превращается в крас- ного гиганта. Ее масса остается той же - порядка 2-5 масс Солнца, а радиус превышает солнечный по крайней мере в 10 раз.

Ядро такого гиганта постепенно уплотняется и разогревается. Когда его температура достигает 100 млн. градусов, включается новая ядерная реакция - объединение трех ядер гелия в одно ядро углерода. Такая гелиевая вспышка длится недолго, но вызывает крупные изменения об- лика звезды, которые теория не в состоянии проследить детально и до конца. Все же наблюдательные дан- ные подсказывают, что поверхность звезды снова становится горячей, а химический состав ее - преимущественно гелиевый, она бедна водородом. Те же наблюдательные данные свидетельствуют в пользу такой эволюции: гелиевая звезда имеет очень уплотненное ядро, и если масса звезды велика, больше 2-3 масс Солнца, звезда сбрасывает с себя оболочку. Оставшееся ядро испыты- вает катастрофическое сжатие (коллапс), приобретает колоссальную плотность и начинает существовать либо в форме черной дыры, либо нейтронной звезды, либо белого карлика. Последнее - в случае, если оставшаяся масса невелика, порядка 1,0-1,5 солнечной и даже меньше.

Из сказанного ясно, что белый карлик много старше нормальной белой звезды. Но мы убеждены, что в двойной системе обе звезды образовались одновременно. Значит, одна из них, именно белый карлик, прошла свой жизненный путь быстрее другой, так сказать, преждевременно состарилась. Это возможно для звезды большой массы. В системе Сириуса Сириус В менее масси- вен. Поэтому, чтобы понять нынешнюю структуру этой системы, необходимо признать, что в прошлом Си- риус В был более массивным, но сбросил значительную часть своего первоначального вещества. Как это могло случиться? Если сбрасывание вещества происходит быстро, вспыхивает сверхно- вая звезда: блеск звезды возрастает в 10-100 млн. раз, а потом медлен- но падает в течение десятилетия или дольше. Но можно представить себе и гораздо более спокойный процесс, когда под влиянием излучения из- нутри звезда освобождается от внешних частей, которые расплываются в пространстве, образуя планетарную туманность. Ядра таких туманностей - очень горячие (до 100-200 тыс. градусов) маленькие звезды, то есть белые карлики. Известен и третий путь эволюции, специфический для двойных систем. Можно представить себе такой ход событий: Сириус В, первоначально более массивный, опередив в развитии своего партнера-Сириуса А, расширился, превратился в красного гиганта и его периферические части настолько приблизились к Сириусу А, что стали перетекать на него,увеличивая массу Сириуса А и ослабляя свою, пока у Сириуса В не осталось '/з первоначальной массы. Такая пе- рекачка массы сопровождается спер- ва уменьшением взаимного расстояния звезд, а потом, когда массы сравняются,- их взаимным удале- нием и, естественно, удлинением орбитального периода. Расчеты показы- вают, что таким путем может получиться двойная система с периодом не больше 2,8 года. В системе же Сириуса период равен 50 годам. Значит, эта эволюционная схема не годится. Но ей может прийти на помощь неучитываемая до сих пор потеря мас- сы системой в целом-то, что является главным в двух других эволю- ционных моделях.

Обе они пригодны для объяснения "красного Сириуса", но обе натал- киваются на одно и то же затрудне- ние: эволюция звезды от красного гиганта до белого карлика требует миллионов лет, мы же располагаем всего лишь восемью столетиями - от II до Х века. Конечно, процесс мог начаться задолго до II века и II век застал систему Сириуса уже в стадии, близкой к заключительной, когда она еще выглядит красной или красноватой. Скажем, общий блеск системы складывался наполовину из чисто белого света Сириуса А и на- половину из красного света Сириуса В. Это было давно. Давно-с точки зрения человеческой, а в звездной эволюции тысячелетие- очень короткий промежуток време- ни. Однако, если 18 столетий назад из массивного тогда Сириуса В шло истечение вещества (что наблюдается у многих звезд-гигантов), как далеко мог зайти этот процесс?

Наблюдения планетарных туманностей подсказывают нам, что в таком случае вокруг Сириуса В, а проще, вокруг системы Сириуса, должна существовать газовая туманность на угловом расстоянии до 1°. Возможно, мы ее увидели бы, если бы не соседство очень яркого Сириуса А. Сам он обладает слишком низкой тем- пературой, чтобы своим излучением возбудить свечение туманности. Сириус В - более горячий, но его светимость слишком мала, чтобы воз- будить дальше, чем самые близкие к нему части туманности. А тут все за- ливает своим светом яркий сосед! Да и есть ли они, эти близкие части? Ведь истечение материи давне прекратилось! Можно надеяться обнаружить туманность только при внеатмосферных наблюдениях в далекой ультрафиолетовой области. Таким образом, медленная отдача значительной доли своей массы Сириусом В не противоречит наблюдениям, но и не подкрепляется ими. Не свободны мы и от сомнений, могло ли перетекание вещества осуществиться за несколько столетий? Вернемся к первой модели эволюции. Если Сириус В полтора тысяче- летия назад взорвался, то взрыв должен был привести к заметному уве- личению эксцентриситета орбиты, а он сейчас действительно велик'- 0,58. Исходя из этого, а также из нынешнего периода обращения в системе Сириуса и особенностей его движения в пространстве, можно подсчитать основные характеристики системы до взрыва. Подсчеты дают первоначальную массу Сириуса В 2,9 солнечной. Вместе со своим партнером он двигался вокруг общего центра масс по орбите размером 26 млн. км с периодом обращения 12 суток. Здесь все правдоподобно, кроме самого факта взрыва. Сброс почти двух солнечных масс, конечно, дол- жен был вызвать вспышку сверхновой звезды, которая должна была увеличить блеск Сириуса против прежнего до -11-й или -13-й звезд- ной величины, то есть сделать его сравнимым с блеском Луны. Звезда была бы видна без труда и днем и, может быть, год-два. Могло ли это пройти незамеченным? IV-Х столетия в Европе были временем глубокого упадка всех наук, точнее, наук не существовало вовсе. Даже в XI веке в европей- ских источниках совершенно не от- ражена вспышка Сверхновой 1054 года, которую, однако, отметили ара- бы, китайцы, японцы! Правда, в VI - VIII веках не было еще и арабской культуры, именно в VII столетии арабские завоеватели Египта довели разрушение александрийской биб- лиотеки до конца. Но оставались японцы и китайцы. В их хрониках ничего интересного для нас не содер- жится. Или вспышка случилась перед "каникулами" и была непродол жительной?

Правда, летописцы часто отмечали появление "звезды-гостьи". Но они могли оставить без внимания увеличение блеска самой яркой звезды на небе. И если бы блеск Сириуса возрос, скажем, на 4-5 величин, это вполне могло не найти отклика в старинных хрониках. Но тогда нужно считать, что вспышка была не такая, как у "настоящих" сверхновых, а, так сказать, как у "полусверхновых".

Современная астрономия знает немало вариантов вспышек звезд, которые рождают подозрения, не есть ли это отклонившийся от стандарта, неканонический феномен сверхновой, растянувшийся на долгие годы или столетия. Мы называли уже звез- ду Г) Киля. В XVII столетии ее отмечали звездой 3-4-й величины, в XVIII- даже 2-й, в начале XIX-4-й, а к середине XIX столетия она могла со- перничать в блеске с Сириусом и Канопусом, достигнут - 1-й величины! К концу столетия она ослабела почти до 8-й величины, а сейчас стала раза в 2-3 ярче. Противопо- ложный процесс медленного, но не- уклонного на протяжении последних 80 лет увеличения блеска в 40-50 раз происходит у звезды РО Стрелы. "В небесах все возможно-", как сказал Фогель! Красный Сириус Птолемея и Сенеки, требует от теории поисков возможности таких процессов, которые еще не подвергались математическому анализу и физическому рассмотрению процессов, которые позволяют звезде сбросить в течение одного-двух столетий значительную часть своей массы, не вызывая слишком большого изменения блеска.

Главная страница рубрики 'Это интересно'