1-
в
2
1,~
1
I
а
'(
1
- 1
A
~
°
м ~
° !
% ф
1 му~,
3 q
а~~
,'«1
ю
и
1~ " '
".11
I
4
'ъ
I

В течение всей своей жизни мы связаны
с Землей, силой, называемой гравитацией.
Только космонавтам, побьптавптим wa'Лу-
не, удалось на короткое время освобт~
диться от притяжения Земли. Они увиде-
ли и сфотографировали нашу плаиету,
наполовину освещенную солнечным све-
том, медленно вращающуюся в черной
пустоте. В полной титпитю движется Зем-
ля в своем годовом странствии вокруг
Солнца w в бездонном холодном про-
стритвстве несет с собой 4 миллиарда ра-
зумных существ с их радостями, пробле-
мами и беспредельной жаждой знаний.
Земля — ace ro лишь одна w3 девяти
лаиет, вращатощихся вокруг Сошща.
в~
а Вселааная — это все,. что на Земле и вне
ее. Это отдаленные звезды, близлежащие
планеты и ттевероятно далекие галактики.
Но Вселенная — это и все то, что нас
окружает: лаювая и ттежжтии природа на'
суше и на море, например, кит и бактерия,
камешек на дороге или капля росы на
цветке. Наше тело тоже является частью
Вселенной, маленьким звеном ее эволю-
ции. Ведь мы сосгоим из тех же элемен-
тарных частиц, что и звезды, камень или
растение. В нашем теле действуют те же
силы, что и в любом другом уголке Все-
ленной.
Из этой книги вы узнаете о самых
разных явлениях и телах во Вселенной, от
элеметттарттьтх частиц до сверхгалактик,
об их свойствах, рождении, превращениях
и смерти. Но прежде всего мы хотели бы
вам обЪяснить единство Вселенной, ее
структуру и ее законы, а также то место,
которое в ней занимает жизнь, в том числе
и разумная. Келовек- существо разумное,
интеллигентное, а зто значит, что он
умеет „познавать. суть вещей" (по-латин-
ски inter legere означает „читать внут-
ри"). В результате познания человек мыс-
ленно воссоздает Вселенную. Так в капле
воды отражается окружаютций мир. Ра-
дость познания относится к самым пре-
красным дарам, выпавшим на долю чело-

ВсклнннАя и ЗЕмля

и&
Астрономия (гл. 1 — IV, Х вЂ” ХП)
Автор текста: Йосип Клечек
Илюстраторы: Теодор Ротрекл, Павел Райски,
Владиьиир Роцман
Геелегияи (гл. V — IX)
Автор текста: Петр Якеш
Илюстраторы: Адолф Абсолон„Теодор Ротрекл,
Гедвика Вильгусова
Перевод: Любовь Белошевская и Людмила Ленская
Графическое оформление: Карел Внльгус
Ф 1985 Артия, Прага
Издание на русском языке 1986.
Напеииатано в Чехословакии (ТСНП Марпл)
1/19/02/15-01
Артия
Автор астрономической части текста Й. Клечек, выра-
жает глубокую признательность д-ру Н. Н. Морозову,
взявшему на себя труд прочитать подготовленный к печа-
ти 'текст и сделать ряд замечаний.
Ангоры книги искренне благодарят за любезно предо-
ставленные материалы н фотографии, которые были
использовань1 в этой работе, следующие лица и инсти-
туции:
(Асироиеииия) д-ра Д. Э. Блэкуэлла (D. Е. Blackwem),
Оксфордский университет, Великобритания 112; ЦЕРН
Женева, Швейцария 57; Обсерваторию Дадли, Шенекте-
ди, США 111; Европейское космическое агенство (ЕСА),
Париж, Францюи 389, 390; Национальную ускорительную
лабораторию им. Э. Ферми, Батавиа, США 16, 17; д-ра Э.
Гзлин (Е. Helin), Калифорнийский технологический as-
ститут, Пасадена, США 106; Гарвардскую астрономичес-
«уио обсерваторию, Кембридж, CIltA 175, 179; Высоко-
горную обсерваторию, Боулдер, США 174, 192; Лабора-
'roðato реактивных двигателей (НАСА) Пасадена, США
73, 75, 76, 78; 80,81,82,83,84,85,86,87,88,89,90,91,92,
95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 102, 103, 104, 384, 385;
Киевскую астрономическую обсерваторию, СССР 190;
Национальную радиоастрономичеижуио обсерваторию,
Черлотгсуилл, CIIIA 137, 138; д-ра Г. Ньюкэрка (G.
Newkirk), Боулдер, США 174, 192; д-ра Г. Никольского,
ИЗМИРАН, Москва, СССР 190; Ондржейовскую обсер-
ваторию, ЧССР 169, 180; Астрономический факультет
Оксфордского университета, Великобриггания 112; Ма-
унт-Паломарскую обсерваторию, Пасадена, США 113,
117, 125, 126, 127, 129, 130, 131, 132, 133, 134, 135, 136,
139, 140, 148, 149, 154, 155, 156; Филипс, Айдховн,
Голландяя: 402; д-ра С. Ф. Поуэла (С.F. Poa>e ), Вели
британия 43; д-ра А. Ротса (А. Rota), Радиообсерватория,
Двингело, Голландия 137, 138; Сакраииенто-Пикскую
обсерваторию, Санспот, США 161, 172, 176, 177; д-ра Э.
Г. Шретра (E. Н. Schroter), Институт Кипенгоера, Изаня,
Тенериф 167; Группу физики солнца, Американское
научно-техническое общество, Кембридж, США 173;
д-ра Й. Суду (J. Suda), Онииржейов, ЧССР 169; Вестер-
борхский <хинтетичес ий радиотелеск п, Голлан ия 1
138; Маунт-В илсоновскую обсерваторию, Пасадена,
США 166, 177, 191.
. (Геология) Годдардский центр космических исследова-
ний, Хьюстон, США 204, 206, 238, 239, 242, 244, 247,
255, 264; Лабораторию реактивных двигателей (НАСА,
Пасадена, США 243, 253, 254, 257, 258, 259; Институт
океанографии Скрнппа (Deep Sea Drilliug Project) 232,
233, 234; АПН, СССР 169; Гавайский национальный парк
272.
ВСЕЛЕННАЯ
И ЗЕМЛЯ
Йосип Клечек и Петр Якеш

СОДЕРЖАНИЕ
ЧЕЛОВЕК И ВСЕЛЕННАЯ
261
262
264
Минеральное сырье
Руды
Ископаемое топливо
Где искать залежи
сырья
Как искать залежи
1зг
1ЗЗ
134
135
136
136
136
1З7
1З8
139
141
минерального
г65
минерального
268
269
г7г
274
сырья
Ресурсы и запасы моря
Нерудное сырье
Сырье для XXI века
г1
г7
э
28
36
40
44
46
46
47
143
144
280
282
284
285
287
288
291
294
Солнце, климат, погода
Солнце и жизнь на Земле
146 °
51
52
52
53
296
297
298
171
, Голубое небо
172
174
177
г
298
301
302
302
интеллигентное, а это значит, что он
умеет „познавать суть вещей" (по-латин-
ски inter legere означает „читать внут-
ри"). В результате познания человек мыс-
ленно воссоздает Вселенную. Так в капле
воды отражается окружающий мир. Ра-
дость познания относится к самым пре-
красным дарам, выпавшим на долю чело-
века.
180
181
185
191
70 я Планетная система
Самая прекрасная планета
VII. ЛИЦО ЗЕМЛИ
Материки
71
73
75
78
194
195
198
200
202
205
206
212
213
215
219
1
86
88
90
92
95
96
96
225
101
103
106
227
230
110
115
118
119
231
232
234
240
246
248
249
252
258
ЧЕЛОВЕК И ВСЕЛЕННАЯ
Человек и микрокосмос
Человек и макрокосмос
Ь СТРУКТУРА МАТЕРИИ
Сложность вещества
Элементарные частицы
Группы элементарных частиц
Фотоны — частицы электромагнитно-
го излучения
Античастицы
Силы взаимодействия между части-
цами — связующее Вселенной
Энергия
Аннигиляция и материализация частиц
Жизнь элементарных частиц
Вещество — группировка элементар-
ных частиц
Нагревание вещества
Сжатие вещества
П. СТРОЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ
От кварков к сверхгалактикам
Нуклон — система кварков?
Атомное ядро — система нуклонов
Атом — система нуклидов и элек-
тронов
Молекула — система атомов
Кристалл и клетка- системы молекул
Порода — система кристаллов
Планетное тело — система пород
~)Солнечная система
Звезда — огромная, но простая система
С3
Расстояния до звезд
~ Движение звезд
Излучение звезд
Переменные звезды
Туманности
Системы звезд
Млечный Путь — система звезд, звезд-
ных скоплений и туманностей
Галактики — огромные системы звезд
Системы галактик
Вселенная — система сверхгалактик
III. ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ
Om хаоса к организации
— -~;~Начало Вселенной
Рождение сверхгалактик и скоплений
галактик
Рождение галактик
Рождение звезд
Старение звезд н образование хими-
ческих элементов
Смерть звезд
Черные дыры
Рождение и смерть Вселенной
СОЛНЦŠ— НАША ЗВЕЗДА
то такое Солнце?
Расстояние до Солнца
Человек измеряет Солнце
1 Масса Солнца
а -Химия Солнца
' Температура Солнца
1 Строение Солнца
Превращение водорода в гелий
Возраст Солнца
Сколько энергии дает нам Солнце
Путь фотонов
Фотосфера — поверхность Солнца
Солнечные пятна — гигантские
магниты
11 Группы солнечных пятен
12 Кривая солнечных пятен
14 8 Солнечный цикл
21 Хромосфера
Солнечная корона
Протуберанцы
Вспышки
Солнечный ветер
Солнечные нейтрино
Солнце спокойное и Солнце активное
Судьба солнечного излучения
Солнечное излучение в планетной
системе
Возникновение Солнца и Земли
V. ЧЕЛОВЕК ИЗУЧАЕТ ЗЕМЛЮ
Геология — молодая дисциплина
Что такое геология и наука о Земле
Геологическая карта
Геологический микромир
Геологу нужна химия и физика
Человек исследует море
Атмосфера — составная часть Земли
Земля из Космоса
Эксперименты в геологии
55
56
57
59
60
62 г Планета для нашей жизни
67 ~ Материя, из которой созданы планеты
79 а Форма, объем и масса
Тепло Земли
Магнитное поле
Слоистое строение Земли
Земная кора
Мантия
Ядро
Атмосфера
Гидросфера
Вулканы создают материковую
и океанскую кору
Горные породы переходной зоны от
океана к материку
Вулканические породы там, где они не
должны были бы быть
Изверженная горная
вулканов
Почва — самая ценная горная порода
Осадочные горные породы
Метаморфические горные породы
122
123
123 р
124 ' „Сотворение" Земли
124 Рабочая гипотеза
1
124 Возраст Земли
125 1 В движении — весь земной шар
126 ' Земля в ее соседи
130
130 IX.ЧЕЛОВЕК И ИСТОЧНИКИ
131 СЫРЬЯ
Солнечная энергия на Земле
148 1 Солнце и человек
152 Солнце служит человеку
Солнечное тепло
155 - Солнце и электричество
156 Солнце и механическая энергия
157
160 фЬ~НЕБО ДНЕМ И НОЧЬЮ
163 . Какой мы видим Вселенную с поверх-
167 ности Земли
Облачное небо и свет в ледяных
облаках
Радуга — солнечные лучи в дожде
Вечерние сумерки
. Ночное небо
, Соэвездия — группы звезд на небо-
склоне
а Созвездия вокруг Северного полюса
Большая Медведица
Малая Медведица
Кассиопея
Созвездия весеннего неба
Рак
Лев
Дева
Созвездия летнего неба
Весы
Скорпион
Стрелец
Козерог
Лебедь
Созвездия осеннего неба
Водолей
Рыбы
Овен
Созвездия зимнего неба
Орион
Телец
Близнецы
Созвездия вокруг Южного полюса
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
303
307
307'
308
308
309
309
310
310
311
311
312
312
313
313
314
314
315
315
316
316
317
317
317
319
В течение всей своей жизни мы связаны
с Землей силой, называемой гравитацией:
Только космонавтам, побывавшим на Лу-
не, удалось на короткое время освобо-
диться от притяжения Земли. Они увиде-
ли и сфотографировали нашу планету,
наполовину освещенную солнечным све-
том, медленно вращающуюся в черной
пустоте. В полной тишине движется Зем-
ля в своем годовом странствии вокруг
Солнца и в бездонном холодном про-
странстве несет с собой 4 миллиарда ра-
зумных существ с их радостями, пробле-
мами и беспредельной жаждой знаний.
Земля — всего лишь одна из девяти
планет, вращающихся вокруг Солнца.
Это неприметная частица Вселенной,
а Вселенная — это все, что на Земле и вне
ее. Это отдаленные звезды, близлежащие
планеты и невероятно далекие галактики.
Но Вселенная — это и все то, что нас
окружает: живая и неживая природа на
суше и на море, например, кит и бактерия,
камешек на дороге или капля росы на
цветке. Наше тело тоже является частью
Вселенной, маленьким звеном ее эволю-
ции. Ведь мы состоим из тех же элемен-
тарных частиц, что и звезды, камень или
растение. В нашем теле действуют те же
силы, что и в любом другом уголке Все-
ленной.
Из этой книги вы узнаете о самых
разных явлениях и телах во Вселенной, от
элементарных частиц до сверхгалактик,
об их свойствах, рождении, превращениях
и смерти. Но прежде всего мы хотели бы
вам объяснить единство Вселенной, ее
структуру и ее законы, а также то место,
которое в ней занимает жизнь, в том числе
и разумная. Человек — существо разумное,

10
12
11
Ч,
J'
--; 8
Ф
4f
14
у'
У
13
3
15
16

2 Наше тело состоит
из органов, органы
-изтканей,ткани-из
клеток, клетки — из
органел, органелы
— из макромолекул,
макромолекулы — из
атомов, атомы — из
электронов и ядра,
ядро — из протонов
и нейтронов. Таким
образом, человек
— это очень сложная
система
элементарных частиц.
3 Человеческий мозг
и равный ему по весу
камень обладают
одинаковым
количеством
протонов, нейтронов
и электронов. Однако,
по сравнению
с камнем, организация
мозга — неизмеримо
более совершенная
система. Волокна,
связывающие
нервные клетки мозга
человека (1), имеют
длину,
соответствующую
расстоянию
приблизительно от
Земли до Луны (2).
4 Человеческий
организм состоит из
нескольких десятков
тысяч квадриллионов
протонов
и электронов.
'Человек и микрокосмос
Вселенная организована по определен-
ным законам — в ней есть свой порядок
и иерархия. Такую упорядоченную Все-
ленную греки назвали космосом. Гречес-
кое слово „микро" означает „малень-
кий", „мелкий", так что микрокосмос
— маленькие, мелкие тела, все, что во
много раз меньше человека (элементар-
ные частицы, ядра атомов, атомы, моле-
кулы). Микрокосмос нельзя наблюдать
невооруженным глазом. И наоборот,
макрокосмос — это все, что мы видим
простым глазом (например, камень, мура-
вей, звезда), и вообще все в космосе, что
больше человека.
Наше тело состоит из отдельных орга-
нов: мозга, сердца, легких, желудка и т. д.
Органы взаимно дополняют друг друга,
один не может функционировать без дру-
гого. Все вместе они составляют одно
целое. Такое упорядоченное целое назы-
вается системой. Таким образом, наше
тело — это система органов.
Каждый орган нашего тела состоит из
тканей, а ткани — из клеток, которые
обладают одинаковой функцией. Клетки
состоят из органелл, а те, в свою очередь,
из молекул, представляющих собой систе-
му атомов. Количество атомов в молеку-
лах различно. Например, в молекуле воды
три атома, а молекула белка может со-
стоять из миллиона атомов.
Атом представляет систему, состоя-
щую из ядра, вокруг которого движут-
ся электроны. Ядро атома — мельчайшая
известная система. Оно состоит из прото-
нов и нейтронов. Протоны, нейтроны
и электроны являются простейшими
„кирпичиками", из которых состоит че-
ловеческое тело и все остальное в космо-
се. Поэтому они называются элементар-
ными частицами. Пока мы не можем
сказать, являются ли элементарные час-
тицы действительно простейшими состав-
ными космоса, более неделимыми. Одна-
ко мы твердо знаем, что атом, молекула,
клетка, растение, животное и человек,
а также механизм часов, Земля или Солн-
це — системы элементарных частиц, то
есть гармонически упорядоченное коли-
чество протонов, нейтронов и электронов.
Тела отличаются друг от друга количес-
твом элементарных частиц, из которых
состоят, и организацией этих частиц.
Квадриллион (1024) протонов, столько же
электронов и немногим меньше нейтро-
нов — вот тот строительный материал, из
которого состоят песчинка или муравей.
Но в муравье элементарные частицы ор-
ганизованы в более сложную систему, чем
в камешке.
упорядоченность элементарных частиц
— основное свойство тел. Камень массой
в полтора килограмма состоит из 1027
элементарных частиц. Те же самые части-
цы могут быть организованы и в такую
совершенную систему, как человеческий
мозг. По приблизительным подсчетам че-
ловеческий мозг состоит почти из ста
миллиардов нервных клеток, переплетен-
ных сложной системой волокнистых
отростков (так называемых аксонов
и дендритов). Общая длина этих соедини-
тельных волокон, которые, подобно теле-
фонной сети, служат для передачи инфор-
мации, приблизительно такая же, как рас-
стояние от Земли до Луны. Для работы
мозга необходим приток энергии около 25
Вт. Электронно-вычислительной маши-
не, которая выполняла бы работу челове-
ческого мозга, потребуется энергия целой
электростанции. Но ведь должно было
пройти три миллиарда лет,чтобы одно-
клеточный организм превратился в чело-
века с совершенным по своей организации
мозгом.
человек — это самая сложная система
элементарных частиц в эволюции Вселен-
ной. До сих пор людям не удалось обнару-
жить в космосе более совершенные или
какие-либо другие существа, несмотря на
то, что мы стремимся к этому.
'Человек и макрокосмос
По своей величине человеку можно
отвести место где-то между элементарной
частицей и звездой. В нашем представле-
нии элементарные частицы бесконечно
малы, но и человеческий организм так же
мал по сравнению со звездой. Наше тело
состоит из нескольких десятков тысяч
квадриллионов (1028 — 1029) элементарных
частиц, и то же самое количество людей
соответствовало бы величине Солнца.
Солнце в свою очередь состоит из такого
количества элементарных частиц, кото-
рое в 1028-1029 раз превышает количество
частиц в человеческом организме.
4
Несмотря на то, что наше тело очень
невелико по сравнению со звездой, это во
много раз более совершенная система:
человеческий мозг посредством чувств
и способности мыслить дает возможность
человеку познавать самого себя, микро-
космос и макрокосмос.

5 Человек
— составнаячасть
биосферы, биосфера
является одной из
оболочек Земли (1).
Земля — часть
Солнечной системы
(2), которая относится
к Млечному Пути (3).
Млечный Путь — член
скопления галактик
(4), входящего
составной частью
в сверхгалактику (5).
4 фГ
° в, /
Животные, а следовательно и человек,
входят составной частью в биосферу, обо-
лочку Земли, где существует жизнь. Био-
сфера, так же как и литосфера (земная
кора), гидросфера (водная среда) или
атмосфера (воздушная среда), является
частью Земли. В центре Земли находится
ядро планеты, внутри которого располо-
жено субъядро. Слой Земли между ядром
и литосферой называется мантией. Об
этом подробно рассказывается в главе VI.
Все части нашей планеты взаимодей-
ствуют друг с другом. Наш организм
построен из атомов Земли, мы дышим
молекулами ее атмосферы, используем ее
природные и энергетические ресурсы,
живем, испытывая на себе земное притя-
жение, влияем на земную поверхность
и атмосферу и т. д.
Сама Земля является составной частью
более сложной планетной системы, кото-
рая в свою очередь является составной
частью Солнечной системы. Кроме девя-
ти планет к ней относятся еще и кометы,
малые планеты, множество малых косми-
ческих тел, от пылинки до больших об-
ломков скал (так называемый метеороид-
ный комплекс). В центре Солнечной сис-
темы расположена звезда под названием
Солнце. С помощью силы притяжения,
гравитации, она удерживает на опреде-
ленном расстоянии от себя перечислен-
ные тела, образуя так Солнечную систе-
му. О структуре Земли и всей Солнечной
системы мы подробно поговорим в других
главах. Здесь же мы только слегка кос-
немся Вселенной, которая нас окружает,
чтобы представить себе, где мы живем.
Солнце — это всего лишь обыкновенная
звезда среди других звезд Млечного Пути,
который светлой полосой простирается
через весь небосклон. Его можно увидеть
невооруженным глазом в безлунную яс-
ную ночь. Это гигантская система, состоя-
щая почти из биллиона звезд, одна из
которых — наше Солнце. Такие гигант-
ские системы звезд мы называем галакти-
ками. Млечный Путь — это наша Галакти-
ка, видимая изнутри. Она принадлежит
к Местной группе, в которую входит 21
галактика. Местная группа является сос-
тавной частью скопления галактик, сос-
тоящего из тысяч галактик. Несколько
сотен скоплений образуют так называе-
мую сверхгалактику, колоссальную сис-
тему, которая так велика, что свет от
одного ее конца до другого летит более
ста миллионов лет. Во Вселенной сущес-
твует много сверхгалактик, и все они
состоят из элементарных частиц, прежде
всего из протонов, электронов и ней-
тронов.
„Строительный материал" познанной
нами Вселенной — это около 10а2 элемен-
тарных частиц, прежде всего протонов,
электронов и нейтронов. Структура ее
— от ядра атома до сверхгалактик — обра-
зована силами, благодаря которым части-
цы взаимодействуют друг с другом — при-
тягиваются друг к другу или отталки-
ваются. Это ядерные, электрические
и гравитационные силы. человек — одно
звено в эволюции Вселенной, маленькая
частичка колоссальной системы: в нем
самом и на него действуют те же силы, что
и во всей Вселенной.
10
6 Протон (+), электрон ( — ) и нейтрон (без электрического
заряда) — элементарные частицы, из которых построено наше
тело и все предметы вокруг нас. Кроме обычного вещества
существует антивещество, состоящее из антипротонов,
позитронов и антинейтронов. Все пространство между
частицами заполнено излучением (фотоны) разных видов:
светом всех цветов (1), рентгеновским излучением (3)
и радиоволнами (2). Вселенная состоит из материи и излучения.
Оба эти компонента взаимодействуют друг с другом. Излучение
исходит из материи и поглощается ею (абсорбция) (5),
отражается от нее (4), проходит сквозь нее (б), преломляется
в ней (7), разлагается на отдельные цвета (8), в материи
происходитизменениехарактера
егоколебаний(поляризация)(9).
&l ;. СТРУКТ РА МАТЕ

7 Организованность
— главное свойство
системы. Сложенные
в кучу части машины
еще не есть
автомобиль, так как
отсутствует их
системная
организация.'
9 Нейтральный атом
водорода (H) состоит
из одного протона
иодногоэлектрона.
Н -такназываемый
положительный ион
— атом водорода без
электрона. Н
отрицательныи ион
водорода с двумя
электронами.
10 Альфа-часпща
— ядро атома гелия.
Не+ — ион гелия. Не
— нейтральный атом
гелия.
11 Протон можно
назвать настоящим
героем Вселенной. Он
обладаетядерной,
электромагнитной
игравитационной
силами. Нейтрон
вынужден
соседствовать в ядре
с протоном, иначе сам
по себе он
8 Капля воды состоит
из бесчисленного
множества (10зо)
молекул. Внизу вы
видите увеличенную
приблизительно
в миллиард раз
молекулуводы.
распадается.
Электрон обладает
только
электромагнитной
силой, его
гравитационная сила
незначительна. Он
постоянностремится
быть вблизи протона.
Сложность вещества
Все предметы состоят из более простых
составных. Это важное сведение мы пояс-
ним на следующем примере.
Любой механизм состоит из деталей.
Например, в автомобиле имеются мотор,
кузов, колеса, рулевое управление, тор-
моза, подвеска, передача и проч. В свою
очередь, эти детали состоят из более
мелких и простых составных частей: в мо-
торе есть цилиндры, поршни, цапфы, кла-
паны, карбюратор и т. д. Отдельные
детали автомашины соединены при помо-
щи подшипников, шарниров, заклепок,
винтов и т. д. в одно целое — автомобиль.
В соединении деталей между собой сущес-
твует определенная целесообразность, то
есть, руль не висит на выхлопной трубе,
а колеса крепятся не на крыше. Такое
целесообразно составленное целое, ка-
ким и является автомобиль, мы также
называем системой.
Любой предмет можно разложить на
меньшие и все более упрощающиеся час-
ти. Где же кончается этот процесс? Про-
демонстрировать это можно на примере
весьма простой системы, которой яв-
ляются капельки воды: роса на цветке или
облака.
Капельки воды в облаках — необыкно-
венно маленькие. Ведь их диаметр равен
приблизительно 1/100 мм. Миллиард ка-
пель в облаке, взятых вместе, представ-
ляют собой массу в 1 грамм. И все же,
несмотря на то, что капля столь мала, она
состоит из огромного количества моле-
кул. Молекула — это мельчайшая частица
воды, меньшего количества воды не су-
ществует. На рисунке 8 показана 'капля
воды, увеличенная почти в десять раз. Ее
масса равна приблизительно одной сотой
грамма. В капле нарисовано всего лишь
несколько молекул. В действительности
же молекулы гораздо меньше тех, кото-
рые изображены на нашем рисунке, ведь
в одной единственной капле их около ста
миллионов биллионов (1020). Для того,
чтобы нарисовать их, у нас не хватит ни
места, ни времени. Например, если бы все
советские читатели решили помочь авто-
книги нарисовать
капле, то мы все
овать днем и ночью
рно пятидесяти ты-
молекул содержится
пельке воды в обла-
или в капле росы.
На рисунке 8 изображена сильно увели-
ченная молекула воды. Она состоит из
одного атома кислорода и двух атомов
водорода. Атомы водорода соединяются
с атомом кислорода при помощи электри-
ческих сил.
Атом водорода — это вообще самый
простой и самый маленький атом. Чтобы
составить из них цепь длиной в 1 мм,
потребовалось бы почти десять миллио-
нов атомов. Раньше ученые предпола-
гали, что атом — наименьшая частица,
которую невозможно разложить на сос-
тавные части. Поэтому ее и назвали гре-
ческим словом „атом", т.е. „неделимый".
Исследования же атома в нашем веке
показали, что всякий атом состоит из двух
частей: невероятно маленького ядра
и электронов, которые вращаются вокруг
него. Атом похож на Солнечную систему,
в которой вокруг большого по массе
Солнца вращаются более мелкие плане-
ты. Однако сила, связывающая планеты
с Солнцем, совсем иная, чем та, которая
соединяет электроны с ядром атома.
В Солнечной системе действуют силы
гравитации, в то время как электроны
связаны с ядром электрическими силами.
Дело в том, что ядро заряжено положи-
тельно, а электроны — отрицательно (рис.
12).
Ядро простейшего атома — водорода
— содержит всего лишь протон. Ядро это
настолько простое, что его уже никак
нельзя делить. Ядра остальных элементов
(гелия, углерода, азота, кислорода...
вплоть до урана) возникали в недрах звезд
из протонов. Например, ядро гелия возни-
кает в Солнце и во многих других звездах
соединением четырех протонов. Два из
них при этом утрачивают свой положи-
тельный заряд (гл. IV), и такой протон без
11
электрического заряда называется ней-
троном. Ядро гелия, таким образом, сос-
тоит из двух протонов и двух нейтронов.
Все ядра атомов, тяжелее ядра водорода,
содержат протоны и нейтроны. В ядре
протоны и нейтроны связаны гигантской
силой, которую мы называем ядерной.
При нормальных условиях вокруг ядра
вращается столько электронов, сколько
содержится в ядре протонов. Ядро атома
в тысячи раз тяжелее его электронов.
Почти вся масса атома сосредоточена
в его маленьком ядре. В диаметре атома
уместится примерно сто тысяч ядер. Не-
смотря на то, что протон так невероятно
мал, он определяет судьбу Солнца и всех
других звезд. Образно выражаясь, можно
сказать, что протон — это „герой все-
ленной".
Обратите внимание, что все атомы сос-
тоят из трех видов элементарных частиц:
протонов, нейтронов и электронов.Про-
тоны и нейтроны составляют ядра, из ядер
13

12
12 Протоны
и нейтроны в ядре
удерживаются
ядерными силами
(коричневые
стрелки). Электроны
связаны с ядром
электромагнитными
силами (желтые
стрелки).
13 Электроны
вращают(я вокруг
ядра подобно
горошинам вокруг
Эйфелевои башни.
14 Таблица
элементарныхчастиц.
Энергияпокоя
тяжелыхбозонов
'Ю и W в сто раз
больше энергии покоя
протонов.
15
14
и электронов образованы атомы, из ато-
мов — молекулы, из молекул складывается
капля воды, с которой мы уже познакоми-
лись, и все остальное на нашей Земле.
Солнце тоже состоит из громадного коли-
чества протонов (в общей сложности
45 . 10"), нейтронов (7 . 1055) и соответ-
ствующего количества электронов
(45.10 )
Элементарные частицы
Согласно тому, что нам известно на
сегодняшний день, протон, нейтрон
и электрон настолько просты, что их
нельзя разложить на более простые со-
ставные. Тут, разумеется, можно, и не без
основания, возразить: не произойдет ли
с элементарными частицами в будущем то
же самое, что произошло с атомом?
В прошлом веке ученые были убеждены,
что атом является простейшей частью
материи. Сегодня известно, что он пред-
ставляет собой систему элементарных
частиц. Не состоят ли и элементарные
частицы из каких-нибудь субэлементар-
ных частиц, например, кварков или парто-
нов? Такое мнение не лишено основания,
и мы займемся им в главе II. Здесь мы
разберем основные свойства протона,
нейтрона, электрона и прочих известных
элементарных частиц.
Размеры элементарных частиц. Како-
вы же размеры элементарных частиц?
Следовало бы спросить, насколько они
малы? Биллион (10'2) элементарных час-
тиц, вытянутых в один ряд, образует цепь
длиной в 1 мм. Таким образом, диаметр
элементарной частицы представляет со-
бой одну биллионную миллиметра (10 '5
метра). Это величина, которую трудно
запомнить и даже произнести. Поэтому
ученые вместо одной биллионной милли-
метра ввели единицу „один ферми" в па-
мять об итальянском физике Энрико Фер-
ми, который внес крупный вклад в позна-
ние элементарных частиц.
Масса элементарных частиц. Никто во
всем мире пока не знает, из чего, соб-
ственно, состоят элементарные частицы.
Но все же можно определить количество
этого таинственного „чего-то" в одной
частице. Это количество называется мас-
сой частицы.
Чем больше масса любого тела, тем
больше его вес. И чем больше масса тела,
тем труднее ero привести в движение или,
наоборот, остановить, если оно движется.
Такое „нежелание" тела изменить свое
состояние называется инерцией. Элемен-
тарные частицы обладают очень малень-
кой массой, а тем самым и малой инер-
цией. По этой причине их движение легко
можно ускорить до скорости, близкой
к скорости света. Некоторые частицы
имеют даже нулевую массу (например,
фотон). Частицы с нулевой массой дви-
жутся сразу же после своего возникнове-
ния со скоростью света, т. е. с наивысшей
возможной скоростью.
Масса элементарных частиц — есть их
важнейшая физическая характеристика.
В данный момент речь идет о массе части-
цы в состоянии покоя, когда она не дви-
жется. Такая масса называется массой
покоя. Позднее мы увидим, что масса
частицы зависит от того, с какой ско-
ростью движется частица. Чем быстрее
это движение, тем больше ее масса. Масса
покоя отдельной частицы всегда и везде
одинакова. Например, масса покоя элек-
трона на Земле соответствует его массе
покоя в далекой галактике.
Другие элементарные частицы. В про-
цессе изучения протонов, электронов
и нейтронов в ускорителях на короткое
время возникают и другие частицы. уско-
ритель (рис. 1б) — это, своего рода, мощ-
ный микроскоп, с помощью которого
ученые изучают свойства элементарных
частиц. При этом появляются все новые
виды частиц, подобно тому, как зоологи
до сих пор открывают неизвесгные виды
животных, а ботаники — новые виды рас-
тений. В табл. 14 приведены наиболее
известные частицы, которые способны .
просуществовать во Вселенной хотя бы
ничтожно короткое время (прибизитель-
но одну миллиардную секунды). Помимо
них был открыт ряд частиц с еще более
коротким временем жизни, в биллион раз
более коротким, чем жизнь частиц, при-
веденных в таблице. Они существуют
всего лишь 10 24 — 1() 2о сек и называются
резопапсы.,Цо сих пор точно не установ-
лено, являются ли они вообще настоящи-
ми элементарными частицами. Есть осно-
вания предполагать, что они не представ-
ляют особой важности для Вселенной,
и поэтому в нашей таблице они не приве-
дены.
Частицы в таблице размещены соответ-
ственно энергии покоя, которой они обла-
дают. Чем больше энергия покоя части-
цы, тем более высокое место в таблице она
занимает. Рассмотрим правую часть таб-
лицы (левой мы займемся в следующей
главе). Протон и нейтрон сравнительно
тяжелые частицы, и поэтому они приво-
дятся в верхней части таблицы. Электрон,
напротив, частица легкая, и в таблице вы
найдете его внизу. Массу покоя электрона
обозначим m,; она равна примерно 10 2'
грамма (точнее, 9,1 . 10 2~ грамма или 9,1
. 10 з' кг). Если массу електрона m, умно-
жить на квадрат скорости света, то полу-
чится энергия покоя электрона: m,ñ2
= 0,51 MeV, как и приводено в таблице.
Электрон среди частиц, имеющих массу
покоя, самый легкий. Из таблицы сле-
дует, что самая тяжелая частица, называе-
мая омегой, более чем в 3000 раз тяжелее
электрона. Но даже биллион (10'2) частиц
омега не способен привести в движение
самые точные весы в мире. Квадриллион
(1024) протонов весит приблизительно
1 грамм.
Вращение элемептарпых частиц. Мно-
гие тела во Вселенной движутся вокруг
собственной оси. Такое движение мы на-
зываем вращением. Вращаются планеты,
звезды, спутники, галактики, а также мо-
лекулы, атомы и элементарные частицы.
Вращение элементарных частиц получи-
ло название спин. В некотором смысле
спин хотя и похож на вращение больших
тел, но все же существенно и отличается
от него. Частицу со спином можно пред-
ставить себе в виде маленького волчка.
В отличие от больших тел вращение
элементарных частиц нельзя ни замед-
лить, ни ускорить. Спин является неиз-
менным свойством всех элементарных
частиц.
По величине спина все элементарные
частицы делятся на две группы. Частицы,
которые не вращаются вообще или вра-
щаются очень быстро (т.е. имеют нулевой
или целочисленный спин), названы
в честь индийского физика Бозе бозоиа-
ми. А частицы, которые вращаются со
средней скоростью (т.е. имеют полуце-
лый спин), называются фермиопами, по
имени итальянского физика ферми. Оба
вида частиц значительно отличаются друг

1
'e
1 ферми
«ф»
3
Т
В
1 ! °
m =10~r
и
16
17
100 миллиардов нейтронов
'.ф ®
омета ~ синема
лам бда о каи
P протон й найтрон
W-бозон К каон
Ч эта 14 пион
6 электрон ~ позитрон
ф', нейтрино Мв мюонное не"' '
фотон р мюон
9 гра антон
(,

15 Масса протона
,= 10-" .
16
16 Ускоритель
часпщ (Батавия, штат
Иллинойс, США),
сфотографированный
с самолета. Частицы
(протонь1) ускоряются
вкольцевом
подземномтуннеле
(самый большой
круг). В левой части
снимка, внизу
— главное здание, от
которого влево вверх
отходят три канала
для
экспериментальных
исследований
(темно-зеленые
полосы). Протоны,
попадающие из
туннеля в канал,
обладают энергией
порядка 400 Гэв
(4. 10" эв).
от друга. (Деление частиц на бозоны
и фермионы показывает рис. 18).
Для наглядности воспользуемся сравне-
нием с поездом. В первом вагоне, провод-
ника которого зовут Ферми, действует
правило, согласно которому в купе не
должно находиться более двух пассажи-
ров; один из них сидит в направлении
движения поезда, другой — против движе-
ния. Совсем по-другому ведут себя пасса-
жиры во втором вагоне, проводником
которого является господин Бозе. Коли-
чество пассажиров в купе не ограничено.
Общительные путешественники ведут се-
бя здесь как частицы с нулевым или
целочисленным спином. В небольшом
пространстве может поместиться значи-
тельное количество бозонов, например,
фотонов.
Электрический заряд элементарных
частиц. В таблице 14 красным цветом
обозначены часгицы с положительным
электрическим зарядом, синим — частицы
с отрицательным зарядом, белый цвет
принадлежит частицам нейтральным, т.е.
не имеющим электрического заряда.
Движение электрически заряженных
частиц называется электрическим током.
Яерез нить лампы накаливания проходит
примерно десять триллионов электронов
(10'9 электронов) за секунду. Заряд в 10'9
электронов называется кулон. Ток одного
кулона за секунду равен одному амперу.
Таким образом, заряд электрона равен
10 '9 кулона. Это наименьший и недели-
мый электрический заряд. Количество
электричества, которым обладает элек-
трон, имеют все частицы с отрицатель-1
ным зарядом (табл. 14). Заряд протона
и всех прочих положительно заряженных
частиц имеет такую же величину, как
и заряд электрона. Разница здесь только
в знаке.
Тело, заряженное положительно
(напр., дождевое облако, расческа, кон-
денсатор), испытывает недостаток элек-
тронов, так как в нем преобладают прото-
ны. И наоборот, тела, заряженные отри-
цательно, характеризуются избытком
электронов. Если общее количество
электронов и протонов одинаково, то
тело не имеет электрического заряда.
Вокруг частицы с электрическим заря-
дом существуют силы, действующие на
другие заряженные частицы, которые
оказываются в непосредственной близос-
ти от нее. Пространство вокруг заряжен-
ной частицы, где действуют электричес-
кие силы, называется электрическим по-
лем. Если заряженная частица движется,
то вокруг нее начинают действовать маг-
нитные силы (магнитное поле). Заряжен-
ная частица в ускоренном или замедлен-
ном движении испускает электромагнит-
иое излучение (фотоиы). Электрический
заряд не уничтожается и не возникает из
ничего. Это явление известно как закон
сохранения электрического заряда.
На таблице 14 мы видим, что самой
легкой заряженной частицей является
электрон. Это значит, что электрон не
делится на более мелкие частицы, кото-
рым он передал бы свой заряд. Таким
образом, электрон — стабильная частица.
Следующей важной группой элемен-
тарных частиц являются барионы. Основ-
ное их свойство — бариоииый заряд (ба-
рионное число). По-гречески baris озна-
чает „тяжелый", „массивный". Барионы
— тяжелые частицы. Вы найдете их в верх-
17 Внутренний вид
туннеля ускорителя,
показанного на
предыдущем снимке.
Внутри, под 1з1ним
покрытием,
расположена
вакуумированная
труба диаметром
5 см . 12 см. Вдоль нее
на желтых подставках
расположены 1014
магнитов, которые
охлаждаются водой,
подаваемой сверху
через трубопровод.
В трубе, ~~ó»
в кольцо, обращаются
протоны с частотой
прибл. 50 тысяч раз
в секунду. При каждом
обращении протон
получает энергию
порядка 2,8 Мэв.
18
18 Взаимоотношения
фермионов и бозонов
мыможем
представить себе как
взаимоотношения
пассажиров в поезде.
19

Группы
19 Электрон
обладает наименьшим
электрическим
зарядом.
20 При расчесывании
волос электроны
переходят с расчески
на волосы Расческа
заряжена
положительно,
волосы
-отрицательно.
Электроны
перескакивают
обратно на расческу,
и при этом возникают
искры.
19
20
ней части таблицы. Барионы образуют
замкнутую группу: барион может превра-
титься только в другой барион. Например,
нейтрон может превратиться в протон,
протон — в нейтрон. Протон и нейтрон
— основные частиць1 ядра атома, поэтому
их называют нуклонами (ядерными час-
тицами), по-латински nucleus означает
„ядро".
Барионы, более тяжелые, чем нуклоны,
обозначаются заглавными греческими
буквами („лямбда", „кси", „сигма", „оме-
га"). В таблице они стоят выше нуклонов
и называются гипероиами. Все гипероны
— нестабильные частицы, они распадают-
ся вскоре после своего рождения. И оди-
нокий нейтрон распадается приблизи-
тельно в течение десяти минут на протон.
Каждый барион стремится „скатиться"
как можно ниже в таблице. Барионом,
занимающим самое нижнее место в таб-
лице, является протон, который более не
распадается, потому что иначе бы одним
барионом в космосе стало меньше, а при-
рода строго следит за тем, чтобы не
потерялся ни один барион.
Физики приписали каждому бариону
положительный заряд + 1. У всех осталь-
ных частиц барионный заряд равен нулю
(напр., фотон, электрон и другие бозоны).
Сумма всех барионов, способных превра-
щаться, обозначается N и назь1вается об-
щим барионным зарядом или барионным
числом. Общий барионный заряд остается
неизменным, несмотря на любые процес-
сы, происходящие во Вселенной. Это яв-
ление мы называем законом сохраиеиия
бариоииого заряда.
Протон сам по себе не может распадать-
ся, так как иначе был бы нарушен закон
сохранения барионного заряда, как мы
уже говорили. Эти космические законы
(сохранение электрического и барионно-
го заряда) действуют без исключений.
Ведь стабильность протона и электрона
— основа нашего космоса. Если бы не
было строгого сохранения этих величин
(электрического и барионного зарядов),
то протоны и электроны распадались бы
на более легкие частицы, не могли бы
существовать молекулы и атомы, и Все-
ленная выглядела бы совсем по-другому.
Лептоипый заряд и лептоииое число.
Самые легкие частицы в нашей таблице
относятся к лептонной группе, группе
легких частиц. По-гречески leptos озна-
чает „легкий", „мелкий". К лептонным
частицам относятся: электрон (обозна-
чается е ), отрицательно заряженный
мюон (V ) и два вида нейтрино (электрон-
ное нейтрино v, H мюонное нейтрино v„).
Так же как и в случае с барионами,
природа строго следит за тем, чтобы
лептоны не потерялись. Каждый лептон
имеет лептонный заряд + 1. У всех осталь-
ных частиц (барионов и бозонов) лептон-
ный заряд равен нулю. Сумма лептонных
зарядов при всех превращениях остается
неизменной, потому что на нее распро-
страняется закон сохранения лептоииого
заряда.
Чтобы картина была полной, назовем
еще три свойства элементарных частиц:
изотопический спин, странность и чет-
ность. Так как описание их заняло бы
слишком много места и для основного
содержания нашей книги они не столь
существенны, мы не будем на них останав-
ливаться.
Итак, мы закончили обзор свойств эле-
ментарных частиц, помещенных в правой
половине таблицы 14. Мы убедились, что
каждая из них имеет несколько характе-
ристик (масса, спин, электрический заряд,
барионный, лептонный заряды), которые
определяют свойства элементарных час-
тиц.
Левая часть таблицы зеркально отра-
жает правую ее часть. Каждой частице на
правой стороне отвечает ее отражение на
левой: речь идет об античастицах, о кото-
рых мы поговорим на странице 27.
элементарных частиц
Элементарные частицы подразделяют-
ся на несколько групп (табл. 14).
По величине спина они делятся на две
большие группы: фермионы с полуцелым
спином и бозоны с нулевым или целым
спином. Об этом мы говорили на странице
18 и также это изображает рис. 18.
Фермиоиы. В зависимости от массы
покоя фермионы образуют две группы.
В верхней части таблицы вы видите груп-
пу тяжелых фермионов — барионов. Са-
мый легкий из барионов — протон (р).
Чуть большей массой обладает нейтрон
(n). Ядро гелия состоит из двух протонов
и двух нейтронов, т.е. из четырех нукло-
нов. Ядро углерода состоит из 12 нукло-
нов и т.д. Барионы, более тяжелые, чем
нуклоны, называются гипероиами. (По-
гречески hyper означает „сверх"). Это
нестабильные частицы, которые через
короткое время распадаются на нук-
лоны.
Другую группу фермионов образуют
легкие частицы или лептоны. К ним отно-
сятся: электрон (е ), отрицательный
мюон (p, ), называемый также тяжелым
электроном (иногда ошибочно называе-
мый мю мезон) электронное нейтрино (ve)
и мюопиое нейтрино (v„). Каждый из этих
четырех лептонов имеет лептонный заряд
+ 1. Антилептоны левой части таблицы
имеют соответственно лептонный заряд
— 1. К антилептонам относятся: позитрон
или положительный електрон (е+), поло-
жительный мюон (V+) електроииое ап-
типейтриио (v ) и мюоииое аитииейтриио
( „).
Бозоны расположены в правой части
таблицы. Иногда их называют полевыми
частицами или квазичастицами. Бозоны
являются переносчиками сил, с помощью
которых частицы влияют друг на друга.
О силах взаимодействия между частицами
— ядерной, электрической и гравитацион-
ной — мы поговорим на стр. 28. К бозонам
— переносчикам этих сил относятся пионы
и каоиы, фотоны,%-бозоиы и гравитоиы.
Гравитоны остаются пока гипотетически-
ми частицами, т.к. не были обнаружены
ни при одном опыте.
Важную роль в ядерном взаимодей-
ствии играют пионы или л-мезоны и као-
ны или К-мезоны. Все частицы, влияю-
щие друг на друга с помощью ядерных
сил, называются адроиами. К группе
адронов, следовательно, относятсябарио-
ны и мезоны. (Группа адронов обозначена
на табл. 14).
Особое место среди бозонов занимает
фотон. Его энергия покоя равна нулю,
однако он никогда не бывает в состоянии
покоя. Сразу же после своего возникнове-
ния он отправляется в полет в космичес-
ком пространстве, безостановочно летя
с максимальной возможной скоростью
(300 000 км/сек). Фотоны играют важ-
ную роль в передаче энергии и инфор-
мации.
Фотоны — частицы
электромагнитного
излучения
Мы познаем Вселенную так же, как
и нашу Землю, с помощью света. Свет
20
21

21 Электромагнитные
колебания.
4 Наблюдение
Вселенной на разных
волнах
электромагнитного
излучения можно
сравнить со
слушанием различных
инструментов
21
22 Электромагнитное
излучение состоит из
фотонов. Это сгустки
энергии, в которых
две силы, магнитная
и электрическая,
колеблются
перпендикулярно друг
другу. Скорость
фотонов в вакууме
— 300 000 км/сек, что
равняется
приблизительно
расстоянию от Земли
до Луны.
24
23
23 Лишь в последние
десятилетия
астрономы могут
наблюдать космос во
всемдиапазоне
колебаний
электромагнитного
излучения. Вверху
приводится частота
излучения в герцах.
Внизу—
соответствующие
длины волн в метрах.
1
— это электромагнитные волны (т.е. элек-
тромагнитное излучение), подобные вол-
нам на поверхности воды. В то время, как
при волновом движении на воде поверх-
ность ее колеблется вверх и вниз, в элек-
тромагнитной волне две силы, магнитная
и электрическая, колеблются перпенди-
кулярно друг другу (рис. 22). Свет пред-
ставляет собой вид электромагнитного
22
излучения, которое мы можем видеть не-
вооруженным глазом. Длина свето-
вой волны колеблется в пределах от 400
до 700 нм. Напомним, что длина световой
волны настолько мала, что потребова-
лось ввести особую единицу измерения,
называемую нанометр — нм: 1нм = 10 9м
= 10 бмм. Таким образом, миллион нано-
метров равняется одному миллиметру.
Электромагнитные волны длиной 400—
450 нм вызывают ощущение голубого
цвета, волны длиной 650 — 700 нм мы во-
спринимаем как красный цвет. Между
синим и красным цветами располагаются
зеленый, желтый и оранжевый (рис. 161).
Один миллиметр содержит две с полови-
ной тысячи волн синего цвета и тысячу
четыреста волн красного цвета.
Кроме световых электромагнитных
волн есть множество других волн, кото-
рые оказывают влияние на наше зрение,
часто неблагоприятное, но мы их не ви-
дим. Волны, более короткие, чем свето-
вые, от 10 им до 400 нм, называются
ультрафиолетовым излучением. Еще бо-
лее короткие волны, от 0,001 нм до 10 нм,
известны под названием рентгеновского
излучения. Электромагнитное излучение,
волны которого короче 0,001 нм, мы
называем гамма-излучением.
Излучение, длина которого больше
длины волны красного цвета, т.е. от 700
нм до 0,3 мм, называется инфракрасным.
Мы не видим его, но ощущаем его воздей-
ствие в виде тепла. Электромагнитные
волны длиной от миллиметра до многих
километров — радиоизлучение. Их пере-
дает любой теле- и радиопередатчик. Ра-
диоизлучение испускают многие косми-
ческие тела, например, Солнце и другие
звезды. Грозовые молнии излучают ра-
диоволны, называемые атмосфернкамн
(гл. Х). Отметим одну важную особен-
ность: все перечисленные виды излучений
— гамма, рентгеновское, ультрафиолето-
вое, инфракрасное и радио — представ-
ляют собой электромагнитные волны,
отличающиеся друг от друга только дли-
ной волны.
Мы уже говорили, что все тела состоят
из элементарных частиц (протонов, ней-
тронов и электронов). То же самое на-
блюдается и у электромагнитного излуче-
ния: оно состоит из фотонов. Это малень-
кие сгустки энергии, в которых коле-
блются перпендикулярно друг другу элек-
трическая и магнитная силы. Нам извест-
но из вышесказанного, что фотон не
может остановиться, он постоянно дви-
жется с максимально возможной ско-
ростью и при этом колеблется. В безвоз-
душном пространстве (в вакууме) все фо-
тоны движутся с одинаковой скоростью.
3а одну секунду они покрывают расстоя-
ние в триста тысяч километров, т.е. рас-
стояние, приблизительно равное семи
оборотам вокруг Земли. За одну секунду
свет от Земли долетает почти до Луны.
Эту скорость (300 000 км/сек) вмазывают
скоростью света в вакууме и обозначают
буквой с. В стекле, воде, воздухе и другой
материи свет и другие виды электромаг-
нитных излучений движутся более мед-
ленно, с меньшей скоростью, чем с. Это
значит, что в материи фотоны движутся
медленнее, чем в вакууме. Именно здесь
кроется причина преломления света
и других видов электромагнитных излуче-
ний при переходе их из одного вида веще-
ства в другой (рис. 27).
Электромагнитное излучение мы мо-
жем представить себе двумя способами:
в виде электрических и магнитных волн
или в виде потока колеблющихся сгуст-
ков энергии — фотонов (рис. 21, 22). В пер-
вом случае мы приводим длину волны
излучения, которая обозначается гречес-
кой буквой „лямбда" k. Во втором случае,
у фотонов, мы приводим количество ко-
лебаний в секунду, т.е. частоту колебаний
излучения, обозначаемую греческой бук-
вой „ни" v. Например, длина волны оран-
жевого фотона равна А = 600 нм, а часто-
та его колебаний 5. 10'4 в секунду (v
5 . 10'4сек '). При одном колебании
фотон образует одну волну, т.е. пролетает
расстояние равное длине волны Х. Так как
за одну секунду он производит v колеба-
ний, то пролетает расстояние в ч раз
больше длины волны (v . А). Однако мы
уже знаем, что в вакууме каждый фотон
рвдновопны
1 дм
100 км
1 км
1м
1 им
0.01 нм
23
к
3
!
гвммв
мзлрчениа ~(
100 ф
фе
В
рентгеновское нзнучвнне ) ( к
100 нм 10 пм 1мм

25 Излучение
объектоввселенной
26 Рассеяние света на
зависит от их
температуры,
которуюмыприводим
в кельвинах. Наглядно
продемонстрирована
величина различных
звезд. Кривая
показывает
количество излучения
в соответствии
с длинами волн.
26
27
26
24
25
летит со скоростью 300 000 км/сек, (с
= 300 000 км/сек '). Это означает
v.1=с.
Проверим это соотношение на примере
с оранжевым фотоном:
5 . 10'4 сек ' . 600 нм = 3 . 10'7 нм сек '
= 300 000 км/сек '.
Из этого легко заключить: чем больше
частота электромагнитного излучения,
тем короче длина его волны. Фотон фио-
летового цвета колеблется в два раза
быстрее, чем фотон пурпурного цвета.
Поэтому длина волны фиолетового цвета
наполовину меньше длины волны цвета
пурпурного. Фотон рентгеновского излу-
чения колеблется приблизительно в тыся-
чу раз быстрее фотона света. Длина его
волны в тысячу раз меньше длины свето-
вой волны. Фотоны радиоизлучения, на-
против, колеблются почти в миллион раз
медленнее световых, т.е. радиоволны
почти в миллион раз длиннее световых
волн. Колебание фотонов напоминает
тоны музыкальных инструментов. Высо-
кие тоны пикколо соответствуют гамма-
фотонам, звучание скрипки можно срав-
нить с фотонами света, а низкие тоны
контрабаса похожи на радиоизлучение.
Еще полвека назад астрономы наблю-
дали космос только в световой части
спектра, как будто слушали мелодию,
исполняемую на скрипке. Но в последние
десять лет ученые наблюдают космос уже
во всех частотах электромагнитного излу-
чения — от гамма до радио. Это дает нам
полное представление о Вселенной. Про-
изошедшую перемену можно было бы
сравнить с заменой скрипки оркестром
филармонии, в котором зазвучали все
инструменты.
Каждое тело на Земле и в космосе
испускает электромагнитные излучения
(фотоны) различной длины. Чем выше
температура тела, тем больше фотонов
с большей частотой оно будет излучать.
На рис. 25 изображено, сколько излуче-
ний испускают тела с различной темпера-
турой, и какие излучения преобладают
у разных видов тел. Иными словами, на
какой частоте кривая занимает наи-
высшее положение. Эту частоту назы-
вают частотой максимума. Чем выше
температура тела, тем больше частота
максимума. Описанная закономерность
называется законом Вина. Астрономы
измеряют частоту максимума излучения
звезд с помощью спектрографа. Исполь-
зуя закон Вина легко можно рассчитать
температуру на поверхности звезды.
Излучение звезд и других тел состоит из
фотонов самой разной частоты. Спектро-
граф классифицирует фотоны, приходя-
щие со звезд, по их частоте. Такое распре-
деление излучения называется спектром
звезды (рис. 25, 161). По спектру звезды
мы можем определить не только ее тем-
пературу, но и скорость, с которой она
к нам приближается или отдаляется от
нас, ее химический состав, скорость вра-
щения, величину, массу и количество
энергии, излучаемой звездой. Звездный
спектр и спектр других тел имеет большое
значение в познании Вселенной.
Если фотоны соприкасаются с какой-
либо материей, то происходит одно из
следующих явлений (рис. 6):
а) Лучи, попадающие на гладкую блес-
тящую поверхность (напр. зеркало) отра-
жаются. При этом они меняют свое на-
правление, не вызывая в материи никаких
изменений.
б) При попадании на черную шерохо-
ватую поверхность лучи ею поглощают-
ся. Это означает, что они превращаются
в тепло черной материи, которая нагре-
вается.
в) Через прозрачную материю, напр.,
стекло, лучи проходят беспрепятственно,
не поглощаясь ею. Но в цветном стекле
некоторые виды лучей поглощаются. Че-
рез красное стекло проходят только фо-
тоны красного цвета, остальные погло-
щаются, превращаясь в тепло.
молекулах воздуха.
Рассеивается прежде
всего синий свет, в то
время как красный
проходит насквозь.
Этим объясняется
голубой цвет нашей
планеты и неба
и красный цвет
Солнца на закате.
27 Преломление
света при переходе из
одного вещества
в другое. При ловле
рыбы индейцы
целятся немного ниже
того места, где видят
рыбу, и, благодаря
этому, точно
попадаютвцель.

29 Представьте себе,
Ч'ГО МЫ С ПОМОЩЬЮ
совершенного
телескопа можем
наблюдать
пятилетнего мальчика
на планете,
находящейся от нас на
расстоянии 80
световых лет.
В действительности,
мальчику в зто время
уже 85 лет. Тем не
менее, мы видели бы
его в пятилетнем
возрасте, то есть
в момент, когда
планета послала свои
лучи, только что
дошедшие до нас.
30 Ар
симметричен нашему
миру.
Античастицы
зо
26
27
28 Чем дальше ат
Земли тело,
излучающее фотоны,
тем больше их возраст
в тот момент, когда
они достигают нашей
планеты.
1 — Солнце (8 минут)
2 — спиральные
рукава Млечного
Пути за
созвездием Стрельца
(10 000 лет)
3 — туманность
Андромеды
(2 миллиона лет)
4 — фоссильные
фотоны (10
миллиардов
лет)
5 — квазар (7 — 10
миллиардов лет)
б — центр Млечного
пу
(30 000 лет)
7 — комета(5 — 30
минут)
8 — Луна (1 секунда)
г) Отражение света в разных направле-
ниях называется рассеянием. Оно проис-
ходит с помощью молекул воздуха и пы-
линок. Синий свет распространяется пре-
жде всего на молекулах воздуха, тогда как
красный почти не рассеивается таким
способом. Этим объясняется голубой цвет
неба и красный цвет заходящего Солнца.
(рис. 26).
д) Если лучи попадают на поверхность
прозрачной материи под углом, то они
преломляются. Чем медленнее лучи рас-
пространяются в этой материи, тем боль-
ше они отклоняются от первоначального
направления.
е) Если белый свет, состоящий из всех
цветов радуги, падает на плоскость стек-
лянной призмы, он преломляется. Крас-
ный свет распространяется в стекле быс-
трее, чем синий, и поэтому синий прелом-
ляется больше красного (рис. 6). По этой
причине белый свет раскладывается
в призме на отдельные цвета. Это открыл
приблизительно в 1700 r. Исаак Ньютон.
Белый солнечный свет, разложенный
призмой на цветовые полосы, называется
спектром. Подобное явление происходит
с кристаллами льда в облаках на больших
высотах. При этом на небе появляется
красивейшее зрелище — солнечное гало
(рис. 411). В качестве другого примера
вспомним разложение света во время до-
ждя — радуту (рис. 412).
ж) При прохождении через некоторые
виды вещества (напр., кристаллы), лучи
поляризуются. Солнечный свет и свет
лампы — неполяризованный, естествен-
ный свет. Это означает, что его фотоны
колеблются в разных направлениях. Од-
нако через кристаллы могут пройти толь-
ко фотоны, колеблющиеся в одном на-
правлении. Таким образом, поляризован-
ный свет — свет упорядоченный, направ-
ленный, а свет естественный, неполяризо-
ванный — неупорядоченный.
В космосе движутся фотоны разных
видов энергии. Они возникают не только
в беспредельном космическом простран-
стве, но и в самих звездах. В недрах
нашего Солнца, например, находится
огромное количество фотонов ренчтенов-
ского излучения. Недра тяжелых звезд,
масса которых более чем в десять раз
превышает массу нашего Солнца, скры-
вают громадное количество фотонов гам-
ма-излучения. Это следует из закона Ви-
на. Можно ска~ать, что фотоны запол-
няют всю Вселенную и ее тела. Все вместе
они образуют так называемую фотопиую
составную Вселенной. Когда-то, при рож-
дении Вселенной, фотоны играли гораздо
более значительную роль, чем остальные
частицы. Об этом мы поговорим в гл. Ш.
Однако и в нынешнем космосе фотоны
имеют большое значение: например, не-
сут солнечную энергию на Землю, несут
информацию о теле, где они родились,
и о пространстве, через которое проник-
ли. Мы живем на Земле благодаря фото-
нам солнечного света и с помощью самых
разных фотонов, попадающих на Землю
из космоса, познаем Вселенную.
Все фотоны движутся в космосе с оди-
наковой скоростью. Поэтому с ближай-
ших звезд они долетают к нам раньше,
чем из отдаленных галактик. Таким обра-
зом, фотоны, которые сейчас попадают
на Землю из космоса, разного возраста.
Их возраст определяется удаленностью
тела, пославшего фотон, от поверхности
Земли. Время жизни фотонов, прилетев-
ших с метеоров, исчисляется приблизи-
тельно тысячной долей секунды, с Луны
они летят секунду с четвертью, с Солнца
— восемь минут, с близких звезд — несколь-
ко лет. Фотоны из центра Млечного Пути
долетают к нам через тридцать тысяч лет,
из галактики в созвездии Андромеды — че-
рез два миллиона лет, а из отдаленных
галактик — через несколько миллиардов
лет. Самые старые фотоны мы называем
фоссильными. Они „помнят" рождение
Вселенной (гл. Ш).
Взгляд в космос — взгляд в прошлое.
И чем более отдаленный космос мы на-
блюдаем, тем в более давнее прошлое мы
заглядываем. И все это благодаря уже
известной нам скорости света. Только
нашим потомкам, которые будут жить на
Земле через два миллиона лет, удастся
узнать, что происходит сейчас, в наше
время, например, в соседней галактике
М31 в созвездии Андромеды. Столько лет
летит от нее световой луч до нашей
Галактики, хотя мы можем видеть ее
невооруженным глазом на осеннем небе
(рис. 133). Это вообще самый отдаленный
объект в космосе, который можно наблю-
дать без телескопа.
Для того, чтобы лучше понять слово
„анти", давайте посмотрим в зеркало.
Человек, которого мы видим в зеркале,
все-таки не я, а кто-то другой, хотя
и очень похожий на меня. Ведь у меня
пробор слева, а у него справа, у меня
с одной стороны родинка, а у него с дру-
гой. Если я положу на сердце правую руку,
то он кладет левую. И сердце у него
в противоположной стороне. Y человека
в зеркале — противоположные знаки
и движения. Можно сказать, что это мой
античеловек.
Не только этот античеловек, но и весь
окружающий мир, обладает в зеркале
противоположными свойствами: стрелки
часов движутся в противоположном на-
правлении, все „пра вши" становятся
в зеркале левшами и наоборот. Мир,
видимый нами в зеркале, — антимир, кото-
рый вполне может существовать. Напри-
мер, есть люди, у которых сердце нахо-
дится справа, аппендикс слева и т.д.
Теперь нам уже становится ясно, что
античас'гицы — это элементарные части-
цы, имеющие противоположные свойства
по сравнению с протоном, нейтроном,
электроном и другими элементарными
частицами, о которых мы говорили. Ан-

32 Все системыво
Вселенной связаны
посредством
фундаментальных сил
— взаимодействий. На
рисунке вы видите
частицы полей тт, у, W,
g отвечающие за эти
взаимодействия.
31 На рисунке
изображены символы
встречающиеся
в тексте книги.
Зеленым цветом
обозначено
гравитационное
взаимодействие,
— электромагнитное,
коричневым — ядерное
взаимодействие—
белойстрелкой
— центробежная сила,
оранжевой — энергия,
фотоны (излучение)
— белой волнистой
стрелкой.
32
тичастицы обладают противоположным
электрическим, барионным и лептонным
зарядом. Например, электрический заряд
антипротона равен — 1, барионный — 1,
лептонный О.
Теперь мы уже знаем, что такое анти-
частицы. Нам остается ответить на во-
прос, как они возникают, как ведут себя
при встрече со своими частицами (напр.,
что произойдет, если электрон столкнет-
ся с позитроном) и какова их роль
в эволюции Вселенной. Опыты в ускори-
теле показали, что античастиць1 при
столкновении со своими частицами, пре-
вращаются в гамма-излучение. Этот про-
цесс называется анннгнляцней (стр. 40).
Антиатомы состоят из антипротонов, ан-
тинейтронов и позитронов, а те в свою
очередь образуют антивещество (рис. 30).
Антивещество сыграло важную роль при
рождении нашей Вселенной.
Силы взаимодействия
между частицами
— связующее Вселенной
На предыдущих страницах мы уделяли
много внимания элементарным частицам,
из которых состоит Вселенная и тела
в ней — от атома до сверхгалактик. Мы
узнали о свойствах отдельных элементар-
ных частиц. В этой главе мы рассмотрим
„связующее начало Вселенной", соеди-
няющее частицы.
Между элементарными частицами, из
которых состоят тела, действуют силы
ядерного, электрического, слабого н гра-
витационного взаимодействия. Именно
эти четыре силы являются связующим
началом космоса, без которого невоз-
можно существование предметов, атомов,
растений, звезд.
Каждая элементарная частица подчи-
няется хотя бы одной из названных сил.
Пространство вокруг частицы, где дей-
ствует эта сила, называется силовым по-
лем частицы. Его величина зависит от
вида взаимодействия: ядерное поле не-
обычайно мало, так как ядерная сила
действует лишь в непосредственной бли-
зости частицы, на расстоянии одного фер-
ми. Гравитационное поле, напротив, про-
стирается на большие растояния. Эта сила
взаимодействия, несмотря на то, что она
слаба, распространяется на многие мил-
лионы световых лет.
Все эти силы взаимодействия как бы
берут свое начало в соответствующих
элементарных частицах. Поэтому гово-
рят, что элементарная частица является
источником силы или поля. Например,
частицы с электрическим зарядом окру-
жены электрическим полем. Это значит,
что электрический заряд частицы — ис-
точник ее электрического поля. Подоб-
ным образом адроны (барионы и мезоны)
служат источником ядерного поля. И все
частицы вообще служат источником гра-
витационного г4Ьля.
Каждое поле, окружающее частицу, об-
ладает энергией. Представьте себе, что
мы внезапно устраним частицу. На какое-
то время поле сделается обособленным,
а потом станет расширяться независимо
от частицы, бывшей его источником. Оно
превратится в сгустки энергии, называе-
мые квазичастицами или полевыми ча-
стицами. В ядерном поле образуются ме-
зоны, в электрическом — фотоны, в поле
слабого взаимодействия — W-частицы,
в гравитационном — гравитоны. Обратите
внимание на то, что все эти квазичастицы
являются бозонами (табл. 14). Таким
образом, квазичастицы обладают нуле-
вым или целым спином. Они могут иметь
электрический заряд (напр., мезоны л+,
л, К+, К ) или не иметь(напр., мезоныло,
К~, К~ и фотон). Их масса покоя равна
нулю (фотон, гравитон) или во много раз
больше массы электрона (мезоны, W-час-
тицы). Снова напомним, что W-бозон
самый тяжелый из всех частиц, так же как
его масса покоя почти в сто раз больше
чем масса покоя протона.
Основные свойства четырех сил, со-
ставляющих основу Вселенной показы-
вает рис. 32.
а) Ядерное взаимодействие — самое
сильное из всех. Однако радиус его дей-
ствия очень невелик (10 " м, что состав-
ляет 1 ферми или одну биллионную мили-
метра). Источником ядерного взаимодей-
ствия являются адроны (барионы и мезо-
ны). Например, если два протона прибли-
зятся друг к другу на расстояние одного
ферми, что равняется их диаметру, могу-
чая ядерная сила начнет притягивать их
друг к другу (рис. 33). Эта сила, действую-
щая на таком незначительном расстоя-
нии, во много раз превышает их электри-
нескую силу отталкивания.
Ядерная сила связывает нуклоны
и образует из них ядро атома. Она обеспе-
чивает устойчивость ядра к внешним
влияниям, например, к осадкам. С по-
мощью ядерного взаимодействия из про-
тонов (ядер водорода) образовались ядра
всех более сложных элементов. Возник-
новение ядер тяжелых атомов (вплоть до
железа) происходит и в настоящее время
в недрах звезд. Таким образом, в космосе
уменьшается количество водорода и рас-
тет количество тяжелых элементов. Это
превращение, происходящее под влия-
нием ядерного взаимодействия называет-
ся химическим старением космоса (гл.
Ш).
При возникновении тяжелых ядер осво-
бождается из протонов энергия, являю-
щаяся источником излучения звезд. Звез-
ды — это гигантские ядерные реакторы.
Почти вся энергия на поверхности Земли
имеет солнечное происхождение. Она
освободилась в солнечных недрах в ре-
зультате превращения водорода в гелий
с помощью ядерного взаимодействия (гл.
IV).
б) Электрическое взаимодействие. Са-
мые главные частицы, из которых со-
стоит космос — протоны и электроны,
имеют электрический заряд. Тем не менее
на табл. 14 мы видим, что и другие части-
цы и античастицы электрически заряжены.
Их заряд может быть равен только двум
величинам: 1,6 . 10 '9 кулона (напр., заряд
протона или позитрона) или -1,6 . 10 '9
кулона (напр., заряд электрона или анти-
протона). Масса покоя частиц при одина-
ковой величине заряда может быть раз-
личной. т'дивительно, с какой точностью
наделены все заряженные частицы в кос-
мосе элементарным зарядом одинаковой
величины без различия их массы.
28
29

33 Радиус действия
ядерных сил равен
1 ферми. Коричневая
стрелка обозначает
длину 1ферми, ,т.е.
одну биллионнук1
миллиметра.
36 Возникновение
электромагнитного
поля. Заряженная
частица (например,
протон) окружена
электрическим полем
(обозначенотолько
у протона налево как
белое окружающее
пространство). При
движении образуется
магнитное поле
(обозначены лишь две
круговые магнитные
силовые линии). Если
заряженная частица
останавливается, то
она излучает фотоны
(обозначены
волнистыми
стрелками направо).
35 Электромагнитная
сила может
OTTWIKllBSTb
и притягивать.
34 Природа
справедливо наделила
каждую частицу
одинаковым зарядом.
30
31
Электроны могут переходить с одного
тела на другое. Например, если мы по-
трем стеклянную палочку шелковым
платком, электроны перейдут с палочки
на платок. Таким образом, в палочке
будет недостаток электронов и избыток
протонов. Это значит, что она заряжена
положительно. И наоборот, платок со-
держит больше электронов, чем прото-
нов, и поэтому заряжен отрицательно.
Если мы теперь приложим шелковый
платок к стеклянной палочке, то электро-
ны снова „перебегут" на нее, то есть на
каждый протон опять приходится один
электрон. Итак, ни платок, ни стеклянная
палочка не имеют заряда: они ней-
тральны.
Электрический заряд элементарной
частицы служит источником электричес-
ких сил и электрического поля. Между
заряженными частицами действует элек-
трическая сила. Если знак их зарядов
одинаков, то они отталкиваются друг от
друга. Если же заряды противоположны
по знаку то они притягиваются. При дви-
жении заряженных частиц, обычно элек-
тронов, вокруг них возникает магнитное
поле, в котором действуют магнитные
силы (рис. 36). Если мы сильно ускорим
или замедлим движение электрически за-
ряженных частиц, то они начинают излу-
чать фотоны — кванты электромагнитно-
го поля. Поток электрически заряженных
частиц, например, поток электронов
в медной проволоке, мы называем элек-
трическим током.
Электрическая сила является очень
важной для структуры тел. С ее помощью
положительно заряженное ядро притяги-
вает к себе отрицательно заряженные
электроны. Так возникает атом. Электри-
ческая сила связывает атомы между собой
и тем самым создает молекулы, а из
молекул — кристаллы, пылинки, капли
воды и живые организмы, начиная от
простейших и кончая человеком. В боль-
ших телах, например, в скале, комете,
малой планете или естественном спутнике
(до 500 км в диаметре), молекулы связаны
между собой прежде всего силой электри-
ческой. Поэтому их форма часто бывает
неправильной (рис. 48). Хотя молекулы
их связаны и гравитационной силой, одна-
ко для того, чтобы эти тела приобрели
круглую форму; ее недостаточйо.
Электрическая и связанная с ней маг-
нитная силы проявляются в разных видах.
Строение электронной оболочки атома,
свойства молекул и связь их в кристалле,
разлитые химические и физические
свойства газов, жидкостей и твердых тел,
твердость, прозрачность и непрозрач-
ность вещества, чувственные восприятия,
нервные возбуждения, работа нашего
мозга и мышц, а также многие друтие
явления и процессы на Земле и в космосе
вызваны электрической силой электрона
и протона.
в) Слабое взаимодействие. В то время
как действие ядерных сил,ограничено
расстоянием вокруг адронов, слабое ядер-
ное взаимодействие происходит внутри
частиц. Радиус их действия (10 '7м) в сто
раз меньше, чем у сил ядерных (10 '5м).
Так как величина частиц около 10 '5м,
очевидно, что слабое взаимодействие
происходит в самом их центре.
Наиболее известными видами слабого
взаимодействия являются те, при которых
возникают нейтрино и антинейтрино. Два
примера, приводимые нами ниже, извест-
ны под названием бета-распада.
Свободный, не связанный в ядре ней-
трон (и) в результате слабого взаимодей-
ствия распадается на три частицы: протон
(р), электрон (е ) и антинейтрино (ч,).
Этот распад выглядит таким образом
и — ьр+е +v,.
Раньше электрон называли бета-части-
цей (р -частица), отсюда распад нейтрона
называется бета-распад (р -распад). Вре-
мя распада свободного нейтрона — около
10 минут. Этот процесс может произойти
и в атомном ядре, и длится он доли
секунды или, напротив, очень долго, в за-
висимости от вида ядра.
Некоторые радиоактивные ядра излу-
чают позитрон (р+-частица). В результа-
те слабого взаимодействия протон в них
распадается на нейтрон (и), позитрон (е+)
и нейтрино (v,). Происходит следующее
р~ и+ е+ + v, (только в ядре).
Свободный протон, не связанный в ядре,
не может распасться сам по себе, потому
что он обладает малой массой. Но будучи
в ядре он способен распасться, т.к. там он
получает необходимую массу и энергию
от других нуклонов. Примером распада
протона в ядре может служить бета-рас-
пад (р+-распад)
бС вЂ” ь 5В+е++~~.
С означает ядро углерода, содержащее 11
нуклонов (число наверху), из них 6 прото-
нов (число внизу).  — ядро бора с пятью
протонами и шестью нейтронами, т.е.
в общей сложности с одиннадцатью нук-
лонами. При Р-распаде ядра углерода в ре-
зультате слабого взаимодействия один
протон превратился в нейтрон, позитрон
и нейтрино.
Но вернемся вновь к двум превраще-
ниям, которые произошли в результате
слабого взаимодействия. Обратим внима-
ние на то, что нейтрино обозначено сим-
волом v„a его античастица, антинейтри-
но, обозначается также, но с волнистой
линией сверху, которая означает „анти",
т.е. v,. Волнистой линией обозначаются
и другие античастицы.
Эти два распада являются наглядным
примером сохранения электрического,
барионного и лептонного зарядов. Ней-
трон не имеет электрического заряда,
и частицы, возникшие при его распаде

39 Распад н -мезонов
40 Распад мюонов
41 Распад
л+-мезонов
42 Распад
антипротонов
37 Распаднейтрона
(р-распад).
Х вЂ” символ частицы.
Электрический заряд
Q и барионное число
N, как и лептонное
число L, сохраняются
+
— 1 +
о +
+1 +
Х
G
N
+1 о
О О
-1 +1
Х
Q
М
е
+1
О
-1
0
N
о
о
+1
38 Распад протона
врезультатедействия
силы слабого
взаимодействия.
41
зт
43 л -мезон(в
нижней части рис.)
распадается на и
(линия вверх) и на
мюонные
антинейтрино v p, (В
верхней части рис.)
распадается на
электрон е, мнюнные
HOkfPMHO V
и антинейтрино v..
У этих частиц
отсутствует
электрический заряд,
и поэтому они не
оставляют никакого
следа на
фотоэ мул ьсии.
32
33
(находящиеся в правой части соотноше-
ния), имеют электрический заряд +1
(протон р), — 1 (электрон е ) и 0 (антиней-
трино v,). Таким образом, сумма электри-
ческих зарядов в правой части равна
нулю. Тот же самый принцип действует
и при распаде протона. Несмотря на все
превращения, происходящие в космосе,
сумма электрических зарядов остается
неизменной.
Подобным же образом мы могли бы
убедиться в сохранении барионного и леп-
тонного заряда. Напомним, что величина
барионного заряда нейтрона и протона
равна +1, а лептонного — нулю. Барион-
ный заряд электрона и нейтрино — нуле-
вой, а лептонный равен +1. У обоих
антилептонов v (антинейтрино) и е+ (по-
зитрон) барионный заряд нулевой, а леп-
тонный — 1. Итак в обоих случаях радиоак-
тивного распада барионный заряд до и по-
сле распада составляет +1. Лептонный
заряд до распада равен нулю, и сумма
лептонных зарядов возникших частиц то-
же равна нулю.
При распаде ядра углерода эти три
заряда элементарных частиц, разумеется,
сохраняются. В этом легко убедиться:
в левой части соотношения одиннадцать
барионных зарядов, шесть положитель-
ных электрических зарядов и ни одного
лептонного. И после распада сохраняются
одиннадцать барионных зарядов (в ядре
бора), шесть положительных электричес-
ких зарядов (пять в ядре бора и один
в позитроне), а сумма лептонных зарядов
( — 1 в позитроне и +1 в нейтрино) равна
нулю.
Обратим внимание еще на одно обстоя-
тельство. В результате распада нейтрона
и протона возникли электрон и позитрон
и, что особенно важно, возникли элек-
тронное нейтрино и электронное анти-
нейтрино. При возникновении или ис-
чезновении электрона или позитрона
всегда учасгвуют электронное нейтрино
и электронное антинейтрино. И наобо-
рот, при возникновении и превращении
мюонов (V и р,+) появляется мюонное
нейтрино и мюонное антинейтрино (v„
и ч„). Приведем в качестве примера расцад
пионов: я ~р, +ч„
л+ —: р,++v„.
В процессе этих превращений лептонный
заряд сохраняется, в чем нетрудно убе-
диться. Мезоны zt и л+ обладают нуле-
вым лептонным зарядом. р, и ч имеют
лептонный заряд + 1, в то время как p,+ и v„
— антилептоны, и их лептонный заряд
равен — 1.
Еще интереснее выглядит распад мюо-
на. В процессе ero возникает мюонное
нейтрино и мюонное антинейтрино (v„
и v„). Так как в результате распада возни-
кает электрон или позитрон, то должны
появиться электронное нейтрино и элект-
ронное антинейтрино. То есть
р, — å +ч,+v„
р+ — »e++v,+ ч„.
И этот пример полностью подтверждает
действие закона сохранения лептонного
заряда при распаде мюона. Более того,
лептонный заряд сохраняется отдельно
в электронной группе (е, е+, ч„ч,) и,
независимо от этого, в группе мюонов (p,,
и' и)
Все четыре вида нейтрино рождаются
на Земле, в атмосфере Земли, при распаде
в космическом излучении л-ме зонов
и мюонов, при термоядерных реакциях на
Солнце и других звездах, в раскаленных
недрах тяжелых и сверхтяжелых звезд
стр. 118), а также в космическом про-
странстве при столкновении космическо-
го излучения с межзвездным газом.
Мы привели несколько примеров сла-
бого взаимодействия, при котором возни-
кает нейтрино. Нам еще предстоит встре-
титься с ним (стр. 118). По отношению
ко всем другим частицам нейтрино ведет
себя весьма апатично. В этом положении
кроются известные выгоды и невыгоды.
После своего появления на свет при сла-
бом взаимодействии, оно летит в косми-
ческом пространстве и его лихорадочный
полет почти никогда не кончается. Оно
пролетает звездами, планетами, галакти-
ками, не обращая на них внимания. Одна-
ко нейтрино — наша единственная надежда
наблюдать в будущем процессы, происхо-
дящие в самом центре Солнца и других
звезд.
Когда ученые смогут сконструировать
чувствительные детекторы нейтрино
и антинейтрино, тогда можно будет опре-
делить, сколько антивещесгва, антизвезд
и антигалактик в космосе. Звезды, состоя-
щие из обычных частиц (протонов, элек-
тронов и нейтронов), служат источником
электронных нейтрино, т.к. в них проис-
ходит распад протонов на нейтроны (рис.
38). И наоборот, антизвезды, состоящие
из антипротонов, антинейтронов и позит-
ронов, излучают электронные антиней-
трино, потому что отрицательные анти-
протоны (р) распадаются в них на анти-
нейтроны (й), электроны и антинейтрино:
р -~ й + е + v,.
Здесь мы снова встречаемся с подтверж-
дением закона сохранения электрическо-
го, барионного и лептонного зарядов.
Фотон никогда не в состоянии сообщить
нам, откуда он прилетел: со звезды или
антизвезды, потому что звезда излучает
такие же фотоны, как и антизвезда. Итак,
фотон и антифотон — абсолютно похожие
частицы. Только нейтрино и антинейтри-
но помогут нам определить, что представ-
ляет собой объект наблюдения: звезду
или антизвезду.
г) Сила гравитации действует между
всеми частицами и античастицами. Но
в условиях микромира эта сила притяже-
ния невероятно слаба (приблизительно
в 104о слабее ядерной силы). Поэтому она
не принимает участия в образовании ядер
атомов, молекул, пород, малых планет
и спутников. Она ярко проявляет себя
только при формировании планет, звезд
и вообще всех тел, состоящих из более
чем 1046 элементарных частиц. Диаметр
этих тел составляет приблизительно 500
км и больше. Сила гравитации притяги-
вает все частицы тела друг к другу (так
называемая сила собственного притяже-
ния). Она стремится придать телу круг-
лую форму. Y тел, диаметр которых всего
лишь несколько десятков километров,
собственное притяжение недостаточно
для нарушения кристаллической структу-
ры тела. В телах диаметром более 500 км,
сила собственного притяжения преодоле-
вает электрическую силу в кристаллах,
твердая материя становится податливой,
и тело приобретает шарообразную фор-
му. Поэтому Луна (ее диаметр 3476 км)

44 Действие силы
гравитации. Каждый
нуклон нашего тела
притягивается
нуклонами Земли
(рис. справа). Огонь,
дождь, строение
домов, направление
потока воды
в плотине, роста
деревьев-все это
результат действия
силы гравитации.
47 На плоскости
гравитации (зеленая
стрелка) от
направления силы
земного притяжения
(белая стрелка)
обусловлено
центробежной силой,
возникающей при
вращении Земли,
48 Небольшие тела
связаны между собой
электромагнитной
силой, большие
—. силой взаимного
тяготения.
Р=67.10"
г
46 Земля притягивает
яблоко с силой F,
и с той хсе силой
яблоко притягивает
Землю. Величина
этой силы
определяется законом
Ньютона.
35
34
имеет шарообразную форму, в то время
как малые планеты и малые спутники
(например, спутники Марса Фобос и Де-
ймос) представляют собой скалы неопре-
деленной формы (рис. 75, 77).
Гравитация является самой распростра-
ненной силой взаимодействия, т.к. дей-
''ствует между двумя любыми частицами.
На Земле мы называем ее земным тяготе-
иием, потому что благодаря ей все тела на
Земле обладают тяжестью. Эта сила
удерживает нас на поверхности Земли,
иначе мы улетели бы в космическое про-
странство. Каждый нуклон Земли а их
около 10", притягивает каждый нуклон
нашего тела (приблизительно 1029). В об-
щей сложносги это составляет 10'о очень
слабых сил, благодаря которым мы при-
тягиваемся к Земле (рис. 44).
Гравитация играет на Земле важную
роль. Когда воздух нагревается и подни-
мается вверх, его место занимает холод-
ный тяжелый воздух. Так возникает ве-
тер.
В поднимающемся воздухе водяные па-
ры конденсируются в капельки и обра-
зуют облака. Капельки растут и наконец
падают на Землю в виде дождя. Между
дождевой каплей и Землей действует сила
гравитации, поэтому капля падает на
Землю. Капли сливаются в ручьи, ру ~ьи
— в речки, те в свою очередь в многовод-
ные реки, которые устремляются к морю,
потому что их притягивает Земля.
Без гравитации не мог бы гореть огонь,
так как горячий воздух не поднимался бы
вверх от Земли, т.е. в противоположном
тяготению направлении. Вместо горяче-
го, поднимающегося вверх воздуха, в
огонь проникает тяжелый холодный во-
здух, и что особенно важно, насыщенный
кислородом, так что горение (окисление)
может продолжаться.
Вы, видимо, обращали внимание на то,
что каменщики строят дом, пользуясь
отвесом. Веревка, на конце которой при-
креплен груз, точно указывает направле-
ние притяжения. Природа давным давно
научила растения расти вертикально под
влиянием силы земного тяготения. Это
свойство растений называется геотро-
пизм. человека природа наделила орга-
ном, находящимся во внутреннем ухе
(улитка), в виде маленьких кристалликов,
который помогает нам ходить и стоять
вертикально, по направлению силы тяго-
тения.
Для точности заметим, что между зем-
ной гравитацией и земным притяжением
существует небольшое различие. Если бы
наша Земля не вращалась, то направления
земной гравитации и земного тяготения
абсолютно совпадали бы. Но в результате
вращения Земли возникает центробежная
сила, которая несколько отклоняет на-
правление гравитации. Мы не осознаем
это несущественное отклонение.
В космическом пространстве сила гра-
витации является самой главной. С ее
помощью из бесформенных облаков газа
возникли галактики, звезды, планеты
и большие спутники, она придала им
определенную форму (гл. Ш). Сила гра-
витации разогрела родившиеся звезды
(стр. 106), чтобы в них могли протекать
термоядерные реакции. Вращение планет
и комет вокруг Солнца, спутников — во-
круг планет, полет искусственных спутни-
ков и космических станций — все это
обусловлено гравитационным взаимодей-
ствием. Вращение Солнечной системы,
звезд, туманностей, межзвездного веще-
ства и звездных скоплений вокруг центра
Млечного Пути — результат силы грави-
тации, которая способствует притяжению
всех элементарных частиц (приблизи-
тельно 1069), из которых состоит Млеч-
ный Путь.
Первым, кто точно рассчитал силу тя-
готения, был Исаак Ньютон. Предсгавим
себе два тела массой m и m2 килограммов,
которые находятся на расстоянии r мет-
ров друг от друга (рис. 46). По закону
Ньютона оба тела притягиваются друг
к другу с силой F, выраженной в единицах
Н (ньютон), которая равна
По закону Ньютона сила тяготения про-
порциональна произведению масс тел
и обратно пропорциональна квадрату рас-
стояния между ними. Сила взаимодей-
ствия первого тела на второе равна силе
притяжения второго тела к первому. Обе
силы действуют в направлении, соединяю-
щем эти тела по прямой (рис. 46). Закон
Ньютона позволил нам определить массу
Солнца (гл. IV) и других небесных тел.
Общая теория относительности опреде-
ляет гравитацию как кривизну простран-
ства вокруг тел. Земля обладает сравни-
тельно небольшой массой, и кривизна
пространства вокруг нее незначительна.
Поэтому в данном случае вполне приме-
ним упомянутый закон всемирного тяго-
тения Ньютона.
Вокруг звезд, коллапсировавших в чрез-
выч айно малые объемы, искривление
пространства настолько велико, что вмес-
то закона Ньютона необходимо использо-
вать общую теорию относительности, т.е.
теорию тяготения Эйнштейна. Это слож-
ные соотношения, которые определяют
зависимость кривизны пространства
(пространство — время) от плотности кол-
лапсировавших звезд (рис. 47).
Гравитация имеет решающее значение
не только при формировании больших
тел и их систем, но и при их эволюции. Она
была важнейшей силой при рождении
сверхгалактик, галактик и звезд. В главе,
посвященной эволюции Вселенной мы
узнаем, что гравитация приводит и к смер-
ти звезд. От нее зависит судьба всей
Вселенной, ведь гравитация замедляет ее
расширение до тех пор, пока оно совсем не
прекратится. В результате гравитацион-
параллельно движутся
две двухмерные
фигуры — их
расстояние останется
одинаковым. На
поверхности шара они
также движутся
сначалапараллельно
(от экватора по
меридианам), а затем
все более сближаются,
как будто между нньси
действует сила
притяжения.
Подобным образом
момсно посредством
кривизны
пространства
объяснить, что такое
грани гация.

Энергия
4& t В состоя ии по
частица обладает
основной энергией
— энергией покоя.
Двигаясь, частица
приобретаетэнергию
кинетическую.
В системе же,
напротив, энергия
частицы уменьшается
на величину энергии
связи.
50 Масса ш
помноженная на
квадрат скорости
света с2, равняется
энергии покоя Е,.
ного взаимодействия между всеми галак-
тиками произойдет сжатие Вселенной,
которое приведет к Большому коллапсу,
в котором прекратится существование
всех галактик, звезд, планет, спутников,
всех молекул, атомов и атомных ядер.
В условиях высоких давлений и темпера-
тур должен произойти полный распад всех
тел во Вселенной на отдельные элемен-
тарные частицы (гл. Ш).
В заключение подытожим основное,
что нам известно о взаимодействии эле-
ментарных частиц. Слабое взаимодей-
ствие частиц происходит в их центре
и ответственно за их распад. При нем
возникают нейтрино четырех типов.
Ядерное или сильное взаимодействие,
связывающее адроны, образует из прото-
нов и нейтронов ядро атома. Оно дей-
ствует в малом радиусе вокруг адронов
(барионов и мезонов), но оно весьма
мощное.
Источником электромагнитного взаи-
модействия между частицами служит
электрический заряд. Электромагнитная
сила связывает ядро и электроны в атом,
атомы в молекулы, молекулы в кристал-
лы, скалы и малые небесные тела диамет-
ром меньше 500 км. Под ее действием из
молекул образуются органеллы, клетки,
ткани, органы и организмы. В то время
как радиус действя слабого взаимодей-
ствия ограничивается необыкновенно ма-
лыми расстояниями в центре частиц
(10 '~M), сильное взаимодействие рас-
пространяется на расстояние одного фер-
ми (10 "м) и участвует в образовании
ядра в несколько ферми, электромагнит-
ное взаимодействие обусловливает обра-
зование систем — начиная от атома и кон-
чая малыми планетами и спутниками — т.е.
от 10 '~м (десятимиллионная милиметра)
до пятисот километров. Другими словами,
от системы двух частиц (протона и элек-
трона в атоме водорода) до систем 1046
частиц в малых планетах и спутниках.
Для большего количества частиц пре-
обладающей силой взаимодействия ста-
новится гравитация. Структура больших
планет, напр. Земли (105' частиц), звезд
и других тел во Вселенной с количеством
частиц более чем 1046, обусловлена и под-
чинена исключительно гравитации.
Весьма важным свойством элементар-
ных частиц является энергия. Каждая
частица и античастица без исключения
обладает энергией, которую они могут
терять, передавая ее другим частицам. И,
наоборот, частицы могут обогащаться
энергией, получая ее от других частиц.
Этим энергия отличается от других
свойств частиц, которые остаются неиз-
менны. Энергия элементарной частицы
зависит от ее массы покоя m (энергия
покоя), от скорости движения частицы
относительно ее окружения (кинетичес-
кая энергия), а также от того, является ли
частица свободной или принадлежит к ка-
кой-либо системе (энергия связи).
В таблице 14 у каждой частицы приво-
дится ее енергия покоя (m.с2). Например,
масса покоя электрона m, равна 9 . 10 28г
(9 . 10 з'кг) и его енергия покоя m,ñ2
равняется 0,51 Мэв и т.д. К большим
открытиям нашего века принадлежит
открытие, что частица с массой покоя m,
обладает энергией m,ñ2. Так как m
— масса покоя частицы, то и энергию m,ñ2
мы называем энергией покоя частицы.
Величина с2 огромна, она означает ско-
рость света в квадрате. Скорость света
с (300 000 000 м/сек) — самая большая
скорость вообще. Ни одна частица, обла-
дающая какой-либо массой покоя, не мо-
жет двигаться с такой скоростью. Только
фотоны, не имеющие массы покоя, спо-
собны двигаться в вакууме с такой ско-
ростью. Скорость света, возведенная
в квадрат, т.е. помноженная на себя, озна-
чает:
сг 90 000 000 000 000 000 мг/секг
9 . 10'бм'/сек'
Иными словами, зависимость между мас-
сой частицы и ее энергией выглядит та-
ким образом, что энергия свободной час-
тицы в состоянии покоя равняется
E, = m,сг
1
где m, — масса покоя частицы, а с-
— 9. 10'бм2/сек2. Если мы выразим m,
частицы в килограммах, то получим ее
энергию покоя в джоулях. Если m, выра-
жена B граммах а сг = 9 102осмг/секг то
энергия частицы будет в эргах. Но чаще
всего энергия покоя частиц выражается
в электронвольтах (1 эв = 1,6 . 10 '2эрг)
или мегаэлектронвольтах (1 Мэв
1,6 . 10 бэрг). Джоули переводятся таким
образом: 1 эв = 1,6. 10 '9дж, 1 Мэв
= 1,6 . 10 'здж, 1 эрг = 10 'дж).
В качестве примера на соотношение Е
= m,ñ2 можно. рассчитать энергию покоя
электрона m,ñ2 и энергию покоя протона
mpc'. Их масса покоя m, = 9. 10 з' кг.
После умножения ее на скорость света
в квадрате получим 0,5 Мэв — энергию
покоя электрона и 938,26 Мэв — энергию
покоя протона. Энергия покоя фотона
равна нулю, так как равна нулю его масса
покоя. Что касается нейтрино, то пока
нам известно, что имеет оно незначи-
тельную энергию покоя, которую мы не
в состоянии определить. Возможно, что
его энергия покоя также равна нулю,
в таком случае нейтрино двигалось бы,
подобно фотону, со скоростью света. Но
пока это нам не известно. Энергия покоя
частицы всегда равна энергии покоя со-
ответствующей античастицы (см. табл.
14).
Частица может получать энергию от
окружающих частиц. Если она ускорен-
ная, то сверх m,ñ' она имеет и кинетичес-
кую энергию (рис. 49). Общая энергия
частицы складывается из энергии покоя
и кинетической энергии. Мы можем запи-
сать это следующим соотношением:
Е = m с2 + 1/2 m v2,
где ч — скорость, с которой частица дви-
жется относительно своего окружения.
Чем с большей скоростью она движется,
тем больше будет ее кинетическая энер-
гия, а, следовательно, и общая энергия.
С возрастанием скорости увеличивается
и масса частицы, можно сказать, она
„толстеет".
Частицы, скорость которых велика, т.е.
более 100 000 км/сек, называются реля-
тивистскими частицами. Общая энергия
релятивистской частицы больше, чем
определяет соотношение, приведенное
выше. Для определения общей энергии
частицы специальная теория относитель-
ности ввела более точное соотношение:
з
Последние два члена его указывают на то,
что масса частицы m зависит от ее скорос-
ти v. Самой малой массой обладает части-
ца, находящаяся в состоянии покоя, ее
скорость v = О, а масса m, — масса покоя.
Чем быстрее частица движется, тем боль-
ше ее масса m и общая энергия Е. Чем
г
больше величина ч, тем более дробь—
с2
приближается к единице. Таким образом,
ч2
разность (1 — ) и весь знаменатель
с'
приближаются к нулю. Но это означает,

52 Освобождение
энергиипокоя.
Слева в процентах
приводится
количество
освобожденной
энергии покоя справа
— неиспользованный
остаток. Химические
реакции (горение)
— электромагнитное
взаимодействие.
лотеря
сила ислользованив
1 миллиарфная
часть
О,ОДО 000 1%
51 В электрическом
поле напряженностью
1 вольт электрон
движется
с ускорением
и получает
кинетическую
энергиюравную
1 электронвольту(1
эв). Это наименьшая
единица энергии. Из
нее можно вывести
эрг и джоуль.
53 Превращение
химической энергии
бензина в движение (в
кинетическую
энергию),
электричество, свет
и тепло.
I&
53
39
38
что дробь возрастает, так как в ее числи-
теле присутствует постоянная величина
m,. Формула на стр. 37 влево внизу
наглядно показывает, как меняется масса
и общая энергия частицы с увеличением
ее скорости. Чем ближе скорость частиц
к скорости света, тем больше масса и об-
щая энергия частиц приближается к бес-
конечности. Для того, чтобы ускорить
частицы до скорости света, необходима
бесконечно большая энергия, которой
нет во всей познанной Вселенной. Поэто-
му частицы не могут двигаться со ско-
ростью света. Это относится ко всем
частицам, имеющим массу покоя.
Итак, кинетическая энергия подразуме-
вает „толстение" элементарных частиц.
Мы можем ее рассчитать так: из общей
энергии частицы вычтем ее энергию по-
коя m,ñ2 (рис. 50). В том случае, если
скорость частицы невелика, тогда ее ки-
нетическая энергия составляет 1/2 m v~.
Частицы получают энергию от других
частиц разными способами: при соударе-
.нии, посредством электрического поля
(напр. в рентгеновской лампе), в гравита-
ционном поле (напр. свободное падение),
в переменном электромагнитном поле,
в ускорителе частиц (рис. 16, 17), при
взрывах сверхновых (стр. 116), в пульса-
рах (гл. Ш), при столкновении частиц
с межзвездным облаком (механизм
Ферми), при радиоактивном распаде и т.д.
Энергия связи. До сих пор мы говорили
о том, как может частица увеличить свою
энергию. Энергию покоя частицы можно
также и уменьшить. При этом, конечно,
уменьшается масса частицы. Иными сло-
вами, частица „худеет", с потерей массы
уменьшается и энергия покоя. Этот про-
цесс „похудения" мы называем дефектом
массы, а потерю энергии покоя — енергией
связи частиц. Частица отдает ее своему
окружению. Это энергия, которую можно
получить от частицы — освобожденная
энергия.
Часть своей энергии покоя элементар-
ная частица освобождает в том случае,
если она образует систему с другими час-
тицами (напр. ядро атома, атом, молекулу
и т.д.). Свободная частица должна „запла-
тить" за место в системе, а „платить" она
может только своей энергией покоя, то
есть массой покоя. Это означает, что сила
взаимодействия между элементарными
частицами способна освободить часть их
энергии покоя. Как велика эта час1'.ь? Она
зависит от вида взаимодействия (ядерно-
го, электромагнитного или гравитацион-
ного).
Например, один килограмм таких ве-
ществ как уголь, нефть, уран обладает
энергией покоя, равной
Е = 1 кг . 9 . 1016 M~/сек~ = 9 . 1016 дж
= 25 000 000 000 квт-ч.
До сих пор человек не в состоянии высво-
бодить эту гигантскую энергию покоя,
содержащуюся в одном килограмме ве-
щества, из которого удается получить
с помощью электромагнитных, ядерных
и гравитационных сил лишь ее незначи-
тельную часть. А теперь посмотрим, ка-
ким образом эти силы освобождают энер-
гию покоя из вещества.
Каждая химическая реакция означает
перегруппировку атомов в молекулах.
Она осуществляется при участии электро-
магнитного взаимодействия между атома-
ми. Основной химической реакцией во
всех живых организмах является окисле-
ние. Организм человека в процессе дыха-
ния получает из воздуха кислород, в про-
цессе питания получает углерод и водо-
род, связанные в органических молекулах
(в сахаре, белках и т.д.). При окислении
углерода и водорода освобождается энер-
гия, необходимая для всех жизненно важ-
ных процессов в организме. Подобным
образом горение (окисление) угля, бензи-
на, дерева и других видов топлива пред-
ставляет собой главный способ получения
энергии из вещества. Однако, это весьма
неэффективный способ, потому что при
этом освобождается менее одной мил-
лиардной доли (10 9) энергии покоя ве-
щества. Например, из одного килограмма
угля освобождается около 5 000 ккал теп-
ла, что составляет приблизительно
5 квт-ч энергии. Мы знаем,что один кг
материи (вкл. и уголь) содержит энергию
25 миллиардов квт-ч. Таким образом, при
горении используется меньше чем одна
миллиардная доля энергии, а вся осталь-
ная энергия покоя остается в пепле и ды-
ме. Итак, мы видим, что горение, которое
является в настоящее время главным ис-
точником энергии для человечества, — не-
вероятно неэффективный способ получе-
ния ее из вещества. Электромагнитные
силы (напр. соединение электрона с ядром
или соединение молекул в кристаллы)
всегда очень неэффективны.
Ядерное взаимодействие гораздо силь-
нее электромагнитного. Оно способно
освобождать из материи энергию в не-
сколько миллионов раз большую, чем
электромагнитное взаимодействие. В
атомной электростанции с помощью
ядерных сил получают примерно тысяч-
ную долю энергии покоя урана. Звезды
способны сделать это еще лучше челове-
ка (стр. 130). При превращении водорода
в железо, которое происходит в недрах
тяжелых звезд, освобождается почти один
процент энергии покоя водорода.
Солнце освобождает энергию подоб-
ным образом, что и водородная бомба.
Различие состоит в том, что Солнце это
делает гораздо более совершенно, чисто,
исключительно ради сохранения жизни,
а не для ее уничтожения.
И гравитационная сила способна эф-
фективно освобождать энергию, но лишь
в космических телах, имеющих гигант-
скую массу, например, в массивных звез-
дах, компактных ядрах галактик и пр. Там
гравитация способна „выжать" из мате-
рии почти половину ее энергии покоя.
Земля — сравнительно малое тело, поэто-
му на ней невозможно получить большую
энергию с помощью гравитации.
На рис. 52 показан еще один способ
освобождения всей энергии покоя, имею-
щейся в веществе. Это аннигиляция частиц
с античастицами или вещества с антиве-
ществом. В больших масштабах анниги-
ляция имела место в начальной фазе
образования Вселенной. В следующей
главе мы подробно остановимся на анни-
гиляции и противоположном процессе
— материализации частиц и античастиц из
энергии.
До сих пор мы говорили об энергии
частиц, обладающих энергией покоя
и массой покоя. Фотон никогда не бывает
в состоянии покоя, ero энергия зависит
1
0 Vo

54 Энергии покоя,
которой обладает
точка, хватило бы для
работы
электрической
лампочки в 100 вт
в течение 100 часов.
55 Аннигиляция
электрона
с позитроном
в состоянии покоя.
Энергия возникпппс
гамма-фотонов равна
энергии покоя
электрона,
аследовательно,
и позитрона.
55
56 Аннигиляция
протона
с антипротоном.
Энергияпокоя
икинетическая
энергия обеих частиц
превращается
в энергию
гамма-частиц. Однако
она может
превратиться
в энергию покоя
разных частиц
и античастиц (см. рис.
57).
Аннигиляция
только от частоты колебаний. Чем она
больше, тем большей энергией он обла-
дает. Если мы обозначим частоту колеба-
ния фотона греческой буквой v „ни",
а его энергию Е, тогда соотношение
между ними выглядит так
Е = hv,
где знак h, называемый постоянной
Планка, равняется 6,6 . 10 З4 дж.сек = 6,6
10 27 epr.сек. Если частота колебаний
может быть различной, то величина
h — всегда постоянна. Она была названа
именем немецкого физика Макса Планка,
который открыл ее. Во всей Вселенной
она играет весьма важную роль. С ее
помощью рассчитывается энергия излу-
чения волн различной длины. Например,
энергия фотонов радиоизлучения с дли-
ной волны 2000 м равна 6 . 10 '~эв, в то
время как диапазон энергий фотонов
рентгеновских лучей — от нескольких со-
тен до нескольких тысяч электронвольт.
Самую большую энергию фотонов уче-
ные обнаружили у гамма-фотонов в кос-
мическом пространстве — 10'7 эв.
Во Вселенной гораздо больше (в два
миллиарда раз) фотонов, чем частиц
с энергией покоя (протонов, электронов
и нейтронов). Вместо названия „элемен-
тарная частица с энергией покоя" будем
употреблять слово „частица". Конечно,
фотон тоже относится к элементарным
частицам, но он не обладает энергией
покоя. Для упрощения будем в дальней-
шем использовать обозначения „фотон"
и „частица". На одну частицу приходится
примерно два миллиарда фотонов. Это
большей частью фотоны с энергией
10 4 эв до 10 ' эв, так называемые фос-
сильные фотоны. С расширением Вселен-
ной уменьшается частота, а, следователь-
но, и энергия каждого фотона. Когда-то
давно, на начальном этапе образования
Вселенной (так называемый Большой
взрыв) фотоны обладали несравнимо
большей энергией, исчисляемой многими
миллиардами и миллионами электрон-
вольт. Это преобладание фотонов дли-
лось приблизительно 300 000 лет.
Вселенная состоит из частиц и фотонов.
Мы говорим о них как о составных частях
Вселенной. Между ними беспрестанно
происходит обмен энергией. Например,
вещество постоянно излучает фотоны
и одновременно поглащает их. Другими
процессами обмена энергией между этими
составными Вселенной являются анниги-
ляция и материализация, о которых пой-
дет речь в следующей главе. Несмотря на
различные изменения энергии в косми-
ческом пространстве, энергия не может
исчезнуть или возникнуть из ничего.
Энергия лишь меняет свою форму, а ее
количество остается неизменным. Это
важное свойство называется законом со-
хранения энергии.
Энергия играет важную роль в любом
изменении Вселенной. Она постоянно из-
меняет свою форму. Например, при горе-
нии бензиновой смеси в автомобиле не-
значительная часть ее энергии покоя пре-
вращается в тепло, то есть в движение
частиц. С помощью поршней тепло пре-
вращается в кинетическую энергию дви-
жения автомобиля. В генераторе пере-
менного тока или динамомашине движе-
ние превращается в электрическую энер-
гию. В лампах рефлекторов электричес-
кая энергия трансформируется в энергию
фотонов, в свет, а тот, в свою очередь,
поглащается поверхносгью дороги и пре-
вращается в тепло, то есть в кинетичес-
кую энергию молекул. Эту цепочку пре-
вращений можно было бы продолжить.
Закон сохранения энергии говорит
о том, что любой вид энергии окружаю-
щего мира возникает из другого ее вида.
Например, тепло нашего тела и работа
мыпщ есть не что иное, как измененная
химическая энергия, которую мы приняли
в виде пищи (гл. Х). Это энергия солнеч-
ного происхождения, она была с по-
мощью фотосинтеза поглощена зелены-
ми растениями. Солнечное излучение по-
лучило ее из энергии покоя протонов
в недрах Солнца. Там она освобождается
в результате ядерного взаимодействия
протонов (стр. 130). Энергия покоя была
заложена в протонах на начальном этапе
образования Вселенной (рис. 163). Таким
образом мы могли бы написать историю
каждого вида энергии на Земле и вне ее.
В любом случае, эта история очень инте-
ресна и тесно связана со структурой
и эволюцией Вселенной.
и материализация частиц
Протон й электрон — стабильные части-
цы. Антипротон и позитрон (антиэлек-
трон) не распадаются, тогда как большин-
ство античастиц самопроизвольно распа-
даются через короткое время.
Протон и электрон могут исчезнуть
единственным способом: столкнувшись
с антипротоном или позитроном. При
этом происходит аннигиляция, в результа-
те которой обе частицы превращаются
в гамма-фотоны. По-латински „шЫ1"
означает „ничто", то есть аннигиляция
должна была бы означать „уничтоже-
ние". В действительности же, речь идет не
об уничтожении, а о превращении. части-
цы с энергией покоя (протон, антипротон,
электрон, позитрон) превращаются в фо-
тоны без массы покоя. Общее количество
энергии при этом остается неизменным.
Сохраняются также электрический, ба-
рионный и лептонный заряды и другие
характеристики. Приведем самые важные
примеры аннигиляции:
е + е+~2у,
где греческая буква у (гамма) обозначает
гамма-фотон с энергией 1/2 Мэв, что
составляет энергию покоя электрона или
позитрона. Таким же образом аннигили-
рует протон с антипротоном
Р+ р-~ 2у,
где — р — антипротон, а у — фотон с энер-
гией 938 Мэв. Это энергия покоя протона
или антипротона. Нейтрон аннигилирует
с антинейтроном й также на два гамма-
фотона
11+ й — э 2/.
Энергия гамма-фотонов здесь равна 939,5
Мэв. Если же частицы обладают большой
скоростью, то их общая энергия больше
энергии покоя, и энергия возникших гам-
ма-фотонов также будет больше.
Теперь нам понятно, почему антипро-
тон, позитрон или антинейтрон земного
илисолнечногопроисхождения †части
с коротким временем жизни. Солнце
и Земля состоят из вещества, то есть из
протонов, электронов и нейтронов. По-
этому античастицы при первой своей
встрече с частицами сразу же аннигили-
руют. Вещество является для античастиц
враждебной средой, поэтому антивещес-
тво и вещество не могут существовать
рядом, в непосредственной близости.
Пока нам неизвестно, где в космичес-
ком пространстве находится антивещес-
тво. Как мы уже говорили, луч света не
может нам это раскрыть, так как фотоны,
излучаемые веществом, абсолютно оди-
каковы с фотонами, излучаемыми анти-
веществом.
Материализация — процесс противопо-
ложный аннигиляции. Оба они играли
важную роль на начальном этапе образо-
вания Вселенной. На простом примере
рассмотрим, что такое материализация.
Если гамма-фотон с энергией хотя бы
в 1 Мэв пролетит в тесной близости
ядра атома, он превратится в электрон
и позитрон. Это самый известный пример
материализации, который можно запи-
сать следующим образом
у-+å++e .
Обратите внимание на то, что электри-
ческий заряд сохраняется, заряд фотона
равен нулю, а сумма зарядов обеих воз-
никших частиц тоже равна нулю. Подоб-
ным же образом сохраняется при мате-
риализации и лептонный заряд. Если
40
41

59 Быстрый протон
космического
излучения расщепляет
ядро азота или
кислорода в верхних
слоях атмосферы. При
этом рождается
большое количество
частиц и античастиц,
которые мы называем
вторичным
космическим
излучением.
57 Аннигиляция
протона р
с антипротоном р (в
точке А).
В результатеэтого
возникают 4 мезона:
К, К,я+ил .
Мезоны К ил'не
оставляют следа, так
как не имеют
60 Материализация
гамма-частиц вблизи
протона или другой
частицы. Фотон
должен иметь
энергию по крайней
мере 1 Мэв или 1876
Мэв, достаточную для
возникновения частиц
с данной массой покоя.
распадаются через
короткое время на два
гамма-фотона, не
оставляя никакого
следа. Пион л+
сталкивается
57
58 Аннигиляция
нейтрона (и)
с антинейтроном (й).
Ихэнергиюпокоя
и кинетическую
энергию несут
возникшие при
аннигиляции фотоны.
43
42
электрического
заряда. Каон К'
распадается в точке
Впал ил+;л+
распадается в точке
Снар+ит'„. p+
распадается на е+, v,
и v Отрицательный
каон сталкивается
с протоном в точке Е:
к +р л'+л',л'
распадается в точке
F на протон р и пион
и . Пионыл'
с протоном р в точке
Н, при этом протон
р направляетсявверх,
а пион л+ — вниз.
Снимок был сделан
в камере с жидким
водородом в ЦЕРН
(Женева). На рисунке
видно, что
отрицательный
антипротон прилетел
сверху к точке А.
Последний протон,
выбитый П'+ вточке
Н, летит вверх.
энергия фотона больше суммарной энер-
гии покоя обеих часгиц, избыток энергии
превращается в их кинетическую энер-
гию.
1
хХтобы возникли протон и антипротон
7 — +Р+Р
фотон должен также обладать энергией
порядка 1876 Мэв или еще большей, так
как энергия покоя протона и антипротона
равна 938 Мэв.
р+р — ь К+К +5г++5то
Иначе говоря, материализация озна-
чает превращение энергии в частицу
с массой покоя. Энергия может быть
в форме фотона, проходящего около ядра
атома. Материализоваться способна и ки-
нетическая энергия протона космическо-
го излучения. Протон, прилетевший из
космоса, может обладать кинетической
энергией в биллион раз большей, чем его
энергия покоя. И именно эта гигантская
кинетическая энергия рождает великое
множество частиц в земной атмосфере.
Такой высокоэнергичный протон из даль-
него космоса (его называют примарным
протоном) соударяется с ядром азота или
кислорода в земной атмосфере. При этом
столкновении ядро разбивается, и колос-
сальная кинетическая энергия протона
дает рождение многим миллионам частиц
и античастиц разных видов (барионам,
и антибарионам, лептонам и антилепто-
нам, мезонам и фотонам). Все вместе эти
частицы известны под названием ливень
космического излучения, который слу-
жит примером материализации в боль-
шом масштабе.
Однако и на земной поверхности в уско-
рителях частиц происходят разные виды
материализации. Например, в водородной
камере быстрый протон соударяется с яд-
ром водорода, то есть с протоном, и его
кинетическая энергия превращается
в нейтрон, антипротон и мезон
р+ р — э р+ р+и+ р+ л+
При этом электрический заряд равен
+ — 1++ — 1 =+ — 1++1+0+ — 1++1
а барионный заряд—
+ — 1+ + — 1 = +1+ +1+ +1+ — 1+ О.
Итак, мы видим, что при материализа-
ции электрический и барионный заряды
остались прежними. Кинетическая энер-
гия протона, прилетающего в водородную
камеру, должна быть такой же или боль-
ше, чем суммарная энергия покоя возник-
ших частиц (нейтрона, антипротона
и положительного пиона). Иначе говоря,
она должна быть равной или больше, чем
939,5 Мэв + 938,2 Мэв + 139,6 Мэв
2017,3 Мэв. Кинетическая энергия
в 2017,3 Мэв материализовалась, то есть
превратилась в энергию покоя нейтрона,
антипротона и пиона. Избыток энергии
протона из ускорителя распределяется
между возникшими частицами.
Материализация играла важную роль
на начальном этапе образования Вселен-
ной (Большой взрыв), то есть примерно
десять миллиардов лет назад. Сейчас она
присутствует везде, где появляются высо-
коэнергичные частицы, кинет1.чес' 1я
энергия которых может материализо-
ваться: при столкновениях космических
лучей в межзвездном пространстве, в лив-
нях космического излучения в атмосфере
Земли и других планет, в ускорителях
частиц и т. п.
61 Материализация
кинетической энергии
двух протонов
в нейтрон (и),
антипротон (р)
и положительный
пион. Суммарная
энергия(энергия
покоя икинетическая
энергия) обоих
протоновдо
столкновенияравна
суммарной энергии
всех частиц после
материализации.

62 Судьба протона
после Большого
взрыва (1).
Протон может
аннигилировать (5);
соединиться
с электроном в атом
нейтрального
водорода (2); стать
составной частью
глобулы (6) и звезды
(7-9), а потом
постепенно слиться
с другими протонами
в ядро гелия (9),
углерода, кислорода
и т. д. и, наконец,
железа (10). Эти
превращения
— источник звездного
излучения (11). Затем
звезда коллапсирует
и превращается
в нейтронную звезду
— пульсар (12), при
этом вьщеляется
огромное количество
энергии — вспышка
сверхновой звезды
(13). В этом процессе
протоны
превращаются
в нейтроны (12).
Нейтронная звезда
очень быстро
вращается н ускоряет
протоны,
космического
10
12
излучения,
попадающего позже
в атмосферу Земли
(14).
Жизнь
элементарных частиц
Не только живые существа и предметы
имеют свою историю, но и элементарные
частицы. Они рождаются, взаимодей-
ствуют с другими частицами и образуют
с ними системы, движутся и получают
кинетическую энергию или, наоборот,
отдают свою собственную энергию по-
коя. В конце концов, через некоторое
время (короткое или бесконечно долгое)
они умирают и передают свои свойства
(энергию, спин, электрический, барион-
ный и лептонный заряды) своим потом-
кам, на которые они распались.
Возникновение элементарных частиц.
Все частицы и античастицы могут возник-
нуть в результате материализации фото-
нов или кинетической энергии высоко-
энергичных частиц. Третий способ их
возникновения — распад тяжелых частиц.
В качестве примера приведем распад ней-
трона на протон, электрон и антинейтри-
но, далее распад пионов на мюоны, мюон-
ное нейтрино и мюонное антинейтрино и,
наконец, распад мюонов на электроны,
позитроны, нейтрино, антинейтрино,
мюонное нейтрино и мюонное антиней-
трино.
При всех распадах энергия покоя частиц
(нейтрона, пиона и мюона) дробится на
энергию покоя двух или трех рождающих-
ся частиц. Остаток этой энергии распа-
дающейся частицы возникшие частицы
получают в виде кинетической энергии.
История элементарных частиц. Во Все-
ленной каждое тело живет в своем време-
ни, и элементарные частицы тоже. Время
жизни большинства частиц очень корот-
кое. Сразу же после своего рождения они
распадаются, поэтому мы называем их
нестабильными частицами. Все эти части-
цы через короткое время распадаются на
частицы стабильные: протоны, электро-
ны, нейтрино и фотоны.
Самые важные частицы в нашем близ-
ком космосе — протоны и электроны.
Какие-нибудь из отдаленных частей Все-
ленной могут состоять из антивещества,
важнейшими частицами там будут анти-
протон и антиэлектрон (позитрон). В этой
книге мы сосредоточим свое внимание
только на частицах близкого космоса.
Наши заключения легко распространить
на область антивещества в отдаленных
частях Вселенной.
Появление протонов и электронов
относится ко времени Большого взрыва,
и их возраст насчитывает приблизительно
десять миллиардов лет. Третий вид час-
тиц, играющих существенную роль
в структуре близкого космоса, — нейтро-
ны. Сами по себе нейтроны — частицы
нестабильные, они распадаются пример-
но через десять минут после возникнове-
ния. Стабильными они могут быть только
в ядре атома. Громадное количество ней-
тронов беспрестанно возникает в глуби-
нах звезд, где из протонов рождаются ядра
атомов (стр. 108 и 109).
Во Вселенной также постоянно проис-
ходит рождение нейтрино и мюонных
нейтрино, которые возникают при пре-
вращении протонов в нейтроны, в недрах
сверхмассивных звезд (стр. 118) и при рас-
паде многих нестабильных частиц. Они
рождаются в космических ливнях в нашей
атмосфере, при столкновении космичес-
ких лучей в межзвездном пространстве.
Большой взрыв повлек за собой появле-
ние огромного количесгва нейтрино
и мюонных нейтрино (гл. Ш). Их число
в космосе постоянно увеличивается, пото-
му что они не поглощаются практически
никакой материей. Как и фотоны, ней-
трино и мюонное нейтрино заполняют все
космическое пространство. Это явление
называется „нейтринным морем".
Фотоны возникают при распаде некото-
рых нестабильных частиц, напр. ней-
тральных пионов л'. П' ~ 2у.
Со времени Большого взрыва осгалось
великое множество фотонов, которые мы
называем реликтовыми или фоссильны-
ми. Ими наполнено все космическое про-
странство, и их частота (а значит и энер-
гия) постоянно уменьшается, так как Все-
ленная расширяется. В настоящее время
все космические тела, прежде всего звез-
ды и туманности, участвуют в образова-
нии фотонной части Вселенной. Фотоны
рождаются на поверхности звезд из энер-
гии электронов (рис. 182).
В начальной стадии образования Все-
ленной все частицы были свободными.
Тогда не существовало ни ядер атомов, ни
планет, ни звезд. Эти системы образова-
лись позднее, когда прошло 300 000 лет
и раскаленная материя при расширении
в достаточной мере охладилась (гл. Ш).
Лишь нейтрино, мюонное нейтрино
и фотон не вошли ни в одну систему: их
взаимное притяжение слишком слабо.
Они так и остались свободными части-
цами.
Еще на начальном этапе образования
Вселенной (через 300 000 лет после ее
рождения) свободные протоны и электро-
ны соединились в атомы водорода (один
протон и один электрон, связанные элек-
трической силой). При этом энергия по-
коя частиц (938 2 Мэв + 0 5 Мэв
938,7 Мэв) уменьшилась на 13 эв.
В данном случае, как мы видим, электро-
магнитное взаимодействие „вычерпало"
из частиц приблизительно одну стомил-
лионную долю их энергии покоя.
Протоны, очутившиеся в массивной
звезде, постепенно превратились в железо
(гл. Ш). Каждый протон при этом освобо-
дил один процент своей массы покоя
(9 Мэв из 938 Мэв). В сверхмассивных
звездах, которые в конце своей жизни
в результате собственной гравитации
сжимаются в малые объемы, протон мо-
жет потерять почти пятую часть своей
энергии покоя (а значит, и пятую часть
своей массы покоя). Наконец, при встрече
протона и антипротона не возникает ни-
какой системы, но вся их энергия покоя
освобождается в виде фотонов (анниги-
ляция).
На предыдущих страницах мы узнали,
что элементарные частицы подвергаются
разнообразным превращениям. В резуль-
тате движения их энергия может увели-
читься, при объединении их в какую-либо
систему она, наоборот, уменьшается. Не-
стабильные частицы (напр., нейтрон, ги-
44

63
63 При нагревании
вещества возрастает
его температура
(слева — в кельвинах,
справа — в градусах
Цельсия). При этом
изменяется
организация частиц
в веществе (рисунки
в центре). Справа
— названия агрегатных
состояний, слева
— переходы между
состояниями.
перон) самопроизвольно распадаются на
более легкие, но в условиях большой
плотности и они становятся стабильными
(напр., нейтроны в ядре или в нейтронной
звезде, гипероны в гиперонной звезде
(рис. 64).И наоборот, стабильные части-
цы (протон, электрон) при соударении со
своей античастицей аннигилируют. При
большой плотности нестабильные ней-
троны превращаются в стабильные гипе-
роны. Таким образом, мы видим, что
в нашей Вселенной ничему не обеспечена
гарантия неизменного существования, ес-
ли ее лишены даже самые основные
структурные единицы, которыми являют-
ся стабильные элементарные частицы.
Вещество — группировка
элементарных частиц
Вещество представляет собой соедине-
ние множества электронов, нейтронов
и протонов. В ней не обязательно присут-
ствует упорядоченность, так что элемен-
тарные часгицы могут быть свободны
и двигаться на „свой страх и риск", неза-
висимо от других частиц. Например, силь-
но раскаленное и плотное вещество при
образовании Вселенной состояло лишь
из элементарных частиц (гл. Ш). При
низких температурах и плотности части-
цы, напротив, имеют тенденцию образо-
вывать простые системы: ядра, атомы,
молекулы и кристаллы.
Организация элементарных частиц
в простейшие системы является естес-
твенным результатом взаимодействия
ядерных и электрических сил между час-
тицами. Эти силы присущи им. Протоны
и нейтроны снабжены ядерной силой,
протоны и электроны — электрической.
Действие сил между отдельными часгица-
ми вещества, обусловлено расстоянием
между ними, то есть плотностью вещеста,
однако оно зависит и от скорости движе-
ния частиц в веществе или от ее темпера-
туры. Иными словами, наблюдаемые
свойства какого-либо вещества будут за-
висеть от ее плотности и температуры.
Наглядное представление об этом дается
на рис. 63 и 64.
Нагревание вещества
Нагревание вещества означает уве-
личение кинетической энергии ее частиц.
На нашем рисунке нагревание обозначено
движением вверх. Если мы нагреваем
кристаллики воды — снежинки, их крис-
таллическая структура разрушается, и из
твердого состояния вещество переходит
в жидкое. Расстояние между молекулами
воды очень небольшое, такое же, каким
оно было в кристалле. Молекулы притя-
гиваются друг к другу с достаточно боль-
шой силой, продолжают находиться ря-
дом, и жидкость не расширяется. Однако
тепловое движение молекул обусловли-
вает их взаимное движение. Они связаны
не так неподвижно, как в кристалле.
С последующим нагреванием скорость
движения молекул воды повышается. Они
довольно быстро преодолевают притяже-
ние соседних молекул в жидкости и поки-
дают ее. В результате испарения жид-
кость превращается в газ. Тепловое дви-
жение молекул целиком преобладает над
силой притяжения. Молекулы газа дви-
жутся независимо от других молекул, и их
движение носит абсолютно хаотический
характер. Поэтому газ имеет тенденцию
расширяться. Молекулы сталкиваются
друг с другом, при столкновении меняют
направление движейия и скорость.
Если мы продолжаем нагревать газ,
молекулы сталкиваются с большей силой.
При достаточно высокой температуре
столкновения становятся настолько стре-
мительными, что молекулы начинают
в результате столкновений распадаться на
отдельные атомы. Кинетическая энергия
молекул больше энергии связи между их
атомами. Этот распад молекул на атомы
называется термической диссоциацией.
Возьмем для примера воду. Разогретая
до температуры свыше двух тысяч граду-
сов она разлагается на водород и кисло-
род. Нарушается молекулярная структу-
ра, и вода превращается в смесь водорода
и кислорода.
При дальнейшем нагревании газа (до
температуры в тысячи кельвинов) атомы
движутся все быстрее и быстрее. Они
сталкиваются друг с другом своими элек-
тронными оболочками. При температуре
свыше десяти тысяч кельвинов эти соударе-
ния становятся все более резкими, так что
при этом из них начинают вылетать элек-
троны. У атомов, бывших до столкнове-
ний нейтральными (т. к. количество элек-
тронов в оболочке равняется количеству
протонов в ядре), электронная оболочка
становится неполной. Такой неполный
атом, в котором не хватает одного или
более электронов, называется ионом.
Ион заряжен положительно, так как ко-
личество протонов в ядре превышает ко-
личество электронов оболочки. В очень
горячем газе движется много положи-,
тельных ионов и свободных электронов.
Такой газ, частично или полностью иони-
зированный, называется плазмой. Солнце
и все звезды, которые мы видим на небо-
своде, состоят из плазмы. Звезды — это
огромные плазменные шары. В плазме
кинетическая энергия электронов больше
их энергии связи в атомах. Поэтому ато-
мы распадаются на ионы и электроны.
Если продолжать нагревать плазму,
атомы окончательно распадаются на
атомные ядра и свободные электроны.
При температуре много миллиардов кель-
винов в плазме происходят настолько
сильные соударения, что ядра атомов рас-
падаются на отдельные нуклоны. Кинети-
ческая энергия частиц при столь высоких
температурах выше энергии связи нукло-
нов в ядре атома. Такое вещество назы-
вается нуклонным газом или нугазом. Он
состоит из протонов, нейтронов и элек-
тронов, которые стремительно движутся.
Нугаз встречается в конечной стадии эво-
люции массивных звезд. Звезда коллап-
сирует под действием гравитации (грави-
тационный коллапс) и раскаляется до тем-
ператур много миллиардов кельвинов.
В заключение мы можем сказать, что
с повышением температуры материя ста-
новится все более простой. И в конце
концов, при очень высоких температурах
она сущеетвует в простейшей форме, со-
стоящей из свободных быстродвижущих-
ся элементарных частиц. Отсутствует ка-
кая-либо структура, нет ни ядер, ни ато-
мов, ни молекул.
Сжатие вещества
Если плотность вещества увеличивает-
ся, то в каждом кубическом сантиметре
повышается количество частиц, постоян-
но приближающихся друг к другу. В 1 смз
может быть и одна единственная частица,
как это наблюдается в межзвездном про-
странстве, и десять триллионов (10'9) час-
тиц, как, например, в воздухе, которым
мы дышим. В звездах, называемых белы-
ми карликами (гл. Ш) в 1 смз более чем
1027 частиц, а в необыкновенно плотных
нейтронных звездах в 1 смз насчитывает-
ся более чем 10З5 частиц. Но вернемся
к рис. 64 и посмотрим, как изменяются
свойства материи, если ее все более сжи-
мать в объеме. Сжатие (возрастание
плотности) на рисунке показано движе-
нием слева направо.
Если бы мы поместили ведро воды

вплоть до железа (рис.
151). При взрыве
сверхновой (рис. 152)
образуются ядра
элементов тяжелее
железа. Для
в разрезе(сечение
проходитмежду
железом (Fe)
и кобальтом (СО). Это
самое глубокое место
в „долине": эго
располагается на
террасах на глубине
4,8 Мэв. Через
некоторое время он
„падает" на более
низкую террасу.
нуклиды стремятся
попасть на дно
„долины
стабильности".
Поэтому в недрах
звезд из ядер водорода
64 Свойства материи
меняются
49
48
бЗА „Долина
стабильности"
представляет собой
структуру нуклидов,
включая энергию
связи нуклонов
в нуклиде (см. стр. 54,
55). ."Это своеобразные
многоступенчатые
террасы, глубина
которых отражает
количество энергии
связи одного нуклона
в нуклиде. Например,
бериллий Ве8 состоит
из 4 протонов
и 4 нейтронов,
а энергия связи одного
нуклона равна
7,3 Мэв. Ядру
бериллия Ве8 нужно
сообщить энергию
8 х 7,3Мэв=58,4
Мэв для того, чтобы
расщепить его на
в наперсток, молекулы воды были бы так
набиты в нем, что электроны не знали бы,
к какому атому они принадлежат, и беспо-
рядочно перелетали бы между атомами
кислорода и водорода. В условиях такой
большой плотности Р 1 см~ насчитывает-
ся во много тысяч раз больше электронов,
протонов и нейтронов, чем в обычной
воде. В этой „толкучке" атомы не могут
позволить себе иметь „накрахмаленную
и разутюженную" электронную оболоч-
ку. Поэтому электроны освобождаются
из нее, как и в условиях высоких темпера-
тур. Разумеется, это освобождение элек-
тронов, или ионизация, является резуль-
татом большой плотности, но никак не
температуры, а, следовательно, может
происходить и при очень низких темпера-
турах.
Свободные электроны уже не относят-
ся к определенным ядрам, так как являют-
ся общей собственностью всех ядер мате-
рии. Такая материя похожа на ионизиро-
ванную плазму, в которой находятся лишь
ядра атомов и свободные электроны, И-
менно свободные электроны представ-
ляют сейчас для нас интерес. Электроны
— это фермионы, а нам уже известно, что
„в купе поезда" их может быть только два
(рис. 18). Это называется принципом
Паули. В малом пространстве могут нахо-
диться лишь два электрона с одинаковой
скоростью, которые, однако, должны
вращаться в противоположных направле-
ниях (то есть иметь взаимо противопо-
ложный спин). Каждый следующий
электрон, втиснутый в это пространство,
должен отличаться от двух находящихся
там электронов большей скоростью
и большей энергией. (Ъ'помянутое нами
„малое пространство" с двумя электрона-
ми определяется с помощью постоянной
Планка так, что его величина равна h3).
С возрасганием плотности увеличивается
и скорость электронов. Даже при доволь-
но низкой температуре сверхплотного ве-
щества свободные электроны должны
двигаться весьма быстро. Такие быстро
летящие электроны вызывают давление.
Давление в сверхплотном веществе зави-
сит от его плотности. Подобное сверх-
плотное вещество называют вырожден-
ным. И наоборот, давление в плазме,
например, на Солнце, зависит не только
от ее плотности, но и от ее темпера-
туры.
Когда жизнь нашего Солнца подойдет
к концу, оно превратится в маленький
белый карлик, величина которого будет
равна Земле, а плотность — около миллио-
на граммов в 1 см3. Солнечная плазма при
в зависимости от ее
плотности. Вода,
взятая из ведра,
цистерны или
бассейна, сжатая до
объема наперстка,
превратится
в вырожденный или
нейтронный газ. Вода
бассейна, сжатая до
объемабулавочной
головки, превратится
в гиперонный газ.

этом превратится в вырожденное вещес-
тво. Белые карлики — это „звездные пен-
сионеры", которые живут за счет тепла,
накопленного в предыдущей жизни в ре-
зультате термоядерных реакций.
Если бы мы продолжали сжимать вы-
рожденное вещество, например, часть бе-
лого карлика, плотность будет увеличи-
ваться. При плотности порядка 10а г/смз
(сто тонн в 1 смз) кинетическая энергия
электронов достигает 0,8 Мэв, а суммар-
ная энергия — 1,3 Мэв. В этом случае
энергия протонов в ядре (938,2 Мэв)
и суммарная энергия электронов
(1,3 Мэв) равняются энергии нейтронов
(939,5 Мэв). Электроны соединяются
с протонами в нейтроны. С дальнейшим
нарастанием плотности возрастает и сум-
марная энергия электронов, так что при
соединении электрона с протоном в ней-
трон освобождается энергия. В подобных
условиях нейтроны становятся стабиль-
ными частицами, потому что для их распа-
да на протон и электрон потребовалась
бы энергия. Итак, в материи происходит
процесс соединения свободных электро-
нов и протонов ядра в нейтроны. Этот
процесс называется нейтронизация. При
плотности свыше 10а г/см' вещество пре-
вращается в нейтронный газ. В таких
условиях, разумеется, атомные ядра-пе-
рестают существовать, так как протоны
превращаются в нейтроны. Из нейтрон-
ного газа состоят пульсары (гл. Ш). Если
бы мы сжали цистерну воды до размеров
булавочной головки или воду бассейна
вместили бы в наперсток, мы получили
бы нейтронный газ без молекул, без ато-
мов, без атомных ядер. Для этого потре-
бовалась бы гигантская энергия.
Если бы мы могли и дальше сжимать
нейтронный газ, то при плотности около
10" г/см (миллиард тонн в 1 см'), а это
означало бы вместить воду бассейна в раз-
меры булавочной головки, мы получили
бы так называемый гиперонный газ, так
как кроме нейтронов в нем присутствова-
ли бы и гипероны.
При сжатии гиперонного газа до плот-
ности более 10'5 г/см' мы получили бы
вещество, о свойствах которого нам ниче-
го не известно. Такое вещество действи-
тельно существует во Вселенной, в так на-
зываемых черных дырах (стр. 118). Мы не
знаем, что оно представляет собой, пото-
му что ни одна частица, даже фотон, не
может вырваться из черных дыр, чтобы
рассказать нам о свойствах этого ве-
щества.
Итак, мы пришли к выводу: чем больше
плотность материи или выше ее темпера-
тура, тем проще материя. При большой
плотности или температуре она может
существовать лишь в виде свободных эле-
ментарных частиц. На Земле температура
и плотность низкие, поэтому элементар-
ные частицы здесь могут существовать
в упорядоченных системах. Лишь при низ-
кой температуре и плотности, такой как
на Земле, может существовать жизнь.
65 Строительным материалом Вселенной служат три вида
элементарных частиц: протоны, электроны и нейтроны. Из
протонов и нейтронов состоят ядра, из ядер и электронов
— атомы (1), из атомов состоят молекулы (2), из молекул
— кристаллы (3), кристаллы образуют горные породы, из
которых состоят малые планеты и спутники (4). Звезды (5)
50
тоже являются системами большого количества протонов,
нейтронов и электронов. В недрах звезд из водорода возникли
все элементы тяжелее водорода. Из них позднее образовались
сложные молекулы (б) и живые клетки (7), а также все живые
организмы, то есть биосфера (8).

Нуклон
66 В атомном ядре
нуклоны (1)
(в нижней части рис.
нейтрон, протон)
связаны сильным
взаимодействием (1).
Между обьектаьпг
Вселенной, от атомов
до небольших тел
планетной системы,
действуют силы
электромагнитного
От «варков к сверхтлактвкам
В этой главе мы поговорим о разных
объектах Вселенной, начиная с кварков
и кончая сверхгалактиками. Для более
наглядного представления об их величине
мы приводим рисунок 66, на котором одно
деление вверх означает десятикратное
увеличение числа элементарных частиц,
два деления — стократное и т. д.
— система кварков?
Из предыдущих глав нам известно, что
все тела во Вселенной вокруг нас состоят
из нуклонов и электронов. До сих пор мы
предполагали, что это и есть самые прос-
тые элементарные частицы, более не
делимые. Ведь действительно, до сих пор
никому не удалось расщепить протон,
Кварки должны иметь дробный заряд
( — 1/3 и 2/3) и могут существовать лишь
внутри адронов. Но необходимо помнить
о том, что кварки остаются лишь гипоте-
тическими частицами, существование ко-
торых не доказано до сих пор ни одним
экспериментом. В то же время, ни элек-
трон, ни любой другой лептон нельзя
объяснить в виде системы кварков.
Такие ядра не могут существовать, так
как этому препятствуют ядерные силы,
связующие ядро в одно целое.
Ядро — это сердце атома. Поэтому его
обозначают химическим символом атома
(элемента). Символу предшествуют две
цифры: нижняя обозначает количество
протонов в ядре (Z) над ней — массовое
число (А). Например ',Н представляет
ядро водорода (протон), 4Не — ядро гелия
69 Ядро гелия
(альфа-частица)
состоит из двух
протонов (X) и двух
нейтронов (N) то есп
,Не
из четырех нуклонов
(А).
70 ~ðî
радиоактивного
углерода с шестью
протонами и восьмью
нейтронами
нестабильно
(6+ 8 = 14).
Приблизительно за
5000 лет в нем
произойдет распад
одного нейтрона
и возникает ядро азота
14)~(
7
14 С
6
7О
71 Ядро кислорода
с восьмью протонами
(X) и восьмью
нейтронами (N).
".О
По вертикали дан
перечень
элементарных частиц,
из которых
взаимодействия (2-4).
Планеты, звезды и их
системы связаны
силой гравитации (5).
складываются
системы. Слева
73
направо возрастает
организация систем.
53
5г
67 Так могла бы выглядеть структура протонов
и нейтронов,построенная из гипотетическихкварков
а ( — ) ц u (+ ) Протон состоял бы из и и Й, нейтрон из
! 2
3 3
кварков ddu.
68 Структура антипротона н антннейтрона, построенная
изгипотетическихантикварков. u( — †) u d(+ †).
2 - !
3 3
Антипротон состоял бы из и и д, антинейтрон d Й u ..
нейтрон или электрон на более простые
составные.
Незыблемость этой точки зрения о не-
делимости частиц в последнее время не-
сколько пошатнулась. Многие специалис-
ты склоняются к предположению, что
даже элементарные частицы должны сос-
тоять из более простых, так называемых
субэлементарных частиц. В таком случае
не только протон и нейтрон, но и все
адроны состоят из кварков. Барионы
состоят из трех кварков, мезоны лишь из
двух (рис. 67, 68).
Атомное ядро
— система нуклонов
Самой малой системой элементарных
частиц является атомное ядро. Оно со-
стоит из нуклонов, взаимосвязанных
между собой мощной ядерной силой. Ядро
атома имеет в диаметре всего лишь не-
сколько ферми, но плотность его огромна
(10'4 кг/см3). В зависимости от количес-
тва нуклонов различаются разные виды
атомных ядер, т. е. нуклидов. Каждый
нуклид определяется двумя величинами:
количеством протонов Z и количеством
нейтронов N. Таким образом, количество
нуклонов в нуклиде равно Z + N, оно
обозначается символом А и называется
массовое (нуклонное) число, ибо опреде-
ляет массу нуклида.
В настоящее время известно более 1400
нуклидов. Количество протонов внукли-
дах колеблется от 1 до 105. Количество
нейтронов в нуклидах от 0 до 157. Боль-
шинство нуклидов радиоактивно, т. е. со
временем распадаются. Постоянных нук-
лидов насчитывается немногим больше
280. Множество нуклидов создано искус-
ственно, но они нестабильны и распа-
даются.
Специалисты пользуются так называе-
мой картой нуклидов. Это сеть квадрати-
ков, где на горизонтальной оси дано коли-
чество нейтронов N, а на вертикальной
— количество протонов Z.Каждому нук-
лиду соответствуют две величины (N, Z),
то есть один квадрат на карте нуклидов.
В то же время каждому квадрату не
обязательно соответствует реальный ну-
клид. Возьмем для примера квадратик
10,2 на нашей карте. Известно, что со-
ответствующий нуклид с десятью нейтро-
нами и двумя протонами в природе не
существует. Не существует также ядро
углерода, которое состояло бы из двадца-
ти нейтронов — квадрат 20,6 не заполнен.

72 Кольца Сатурна
состоят из множества
камней, кусков льда
и мельчайшей пыли.
72
73 Самый большой
спутник Сатурна
— Титан. Его диаметр
(5800 км) превышает
диаметр Меркурия
(4850 км).
Поверхность Титана
для нас невидима, так
как он окутан
непрозрачной
атмосферой, в состав
которой входят азот,
водород, метан,
аммиак и разные
органические
молекулы.
74
74 Комета
представляет собой
скалу диаметром
около 1 км, покрытую
толстым слоем льда
и снега. Когда она
приближается
к Солнцу на
расстояние 200-300
миллионов км,
происходит
сублимация
поверхности,
возникает обширная
газовая оболочка
(кома) и длинный
7З
с двумя протонами и двумя нейтронами,
т. е. в сумме с четырьмя нуклонами.
Нуклон связан со своим нуклидом зна-
чительной энергией связи. Эту энергию
связи передал нуклон, вступая в систему.
Кем больше энергия связи нукл онов
в нуклиде, тем стабильнее нуклид. Чтобы
сравнить энергию связи разных нуклидов,
воспользуемся следующей моделью.
Представьте себе, что карта нуклидов
нарисована на верхней плоскости прямо-
угольного параллелепипеда. Параллеле-
пипед изготовлен из мягкого вещества,
так что в него можно вдавить любой
квадрат из карты нуклидов. Определим
для каждого нуклида энергию связи, отно-
сящуюся к одному из его нуклонов (физи-
ки разработали соответствующие табли-
цы нуклидов). Нуклид с энергией связи
3 Мэв на 1 нуклон вдавим на глубину 3 см,
нуклид с энергией связи 7 Мэв — на глуби-
ну 7 см. Таким образом карта нуклидов
превратится в террасы. Каждой ступеньке
террасы соответствуют три величины:
количество нейтронов, количество про-
тонов и энергия связи. Эту модель мы
назовем „долиной" стабильности (стр.
48). В ней должно находиться свыше 1400
постепенно понижающихся квадратов,
ибо столько нуклидов нам известно. Тер-
расы стабильности функционируют как
наглядная модель, позволяющая понять
все ядерные реакции, которые имеют
место во Вселенной. При помощи террас
стабильности легко понять процесс во-
зникновения химических элементов из во-
дорода, протекающий в звездах (см. главу
Ш). Нуклид, попавший на более низкую
ступеньку террасы, освобождает энер-
гию. Соединение четырех протонов в яд-
ро гелия, например, или расщепление
ядра урана с 235 нуклонами (~92Б) на два
более легких нуклида означает, что их
нуклоны освобождают энергию связи, так
как возникшие нуклиды ниже.
В самом начале Вселенной существова-
ли лишь протоны и электроны. Свобод-
ные протоны не обладают энергией связи
и в нашей модели занимают самое высо-
кое положение. Они готовы скатиться
с верхней плоскости вниз. Случай для
этого им представился при рождении
звезд. В раскаленных недрах звезд прото-
ны двигались столь стремительно, что при
столкновениях преодолевали силы взаим-
ного отталкивания и сближались на рас-
стояние одного ферми. Ядерные силы их
привлекли и соединили, создав единое
ядро — иначе говоря, протоны попали
в „долину" стабильности на террасу 4Не,
и каждый отдал энергию связи 7 Мэв. Это
произошло в тот момент, когда ядерная
сила соединила их в ядро.
Чем старше Вселенная, тем больше
протонов попадает в ядра. Поэтому со
временем понижается количество прото-
нов вверху и растет количество ядер на
террасах внизу. Звезды живут за счет
освобожденной энергии связи. Электро-
ны не имеют при этих превращениях
большого значения, ведь речь идет о ядер-
ных реакциях. Вместо того, чтобы гово-
рить, что ядра водорода соединяются в яд-
ра тяжелых элементов, проще сказать,
что водород превращается в тяжелые
элементы.
Астрономам удалось определить, сколь-
ко атомов, точнее говоря, ядер различных
элементов во Вселенной возникло из во-
дорода.
Больше всего атомов водорода, так как
они еще не превратились в тяжелые ато-
мы (то есть не упали на нижние террасы
„долины" стабильности). Относительно
мало лития, берилия и бора, так как эти
элементы превратились в гелий еще в на-
чале звездной эволюции. И наоборот,
элементов, располагающихся в периоди-
ческой системе вокруг железа, во Вселен-
ной относительно много. Их ядра самые
стабильные, то есть находятся на самых
нижних ступенях „долины" стабиль-
ности.
Несмотря на большую разнородность
атомных ядер, или нуклидов, эти системы
состоят лишь из двух видов элементарных
частиц — из протонов и нейтронов. Они
связаны ядерной силой, радиус действия
которой только один ферми. Наоборот,
электрическая силапротонов существен-
но превышает радиус действия ядерных
сил. Она притягивает электроны и в то же
время отталкивает остальные нуклиды.
Таким образом, более сложная система
— атом — построена из нуклидов и электро-
нов при помощи электрической силы.
Атом — система
нуклидов и электронов
Нуклид (ядро) с положительным заря-
дом при помощи электрического притя-
жения притягивает столько электронов,
сколько протонов в нем содержится. Если
увеличить атом в биллион раз (10'2), то
в центре его мы увидим тяжелое ядро
с диаметром несколько миллиметров. Во-
круг ядра на расстоянии нескольких сотен
метров будут вращаться легкие электро-
ны с диаметром около одного миллиметра
(в нап1ей модели они обозначены синим
цветом). Ядро в несколько тысяч раз
тяжелее всех электронов вместе взятых.
Как было уже сказано, электроны вра-
щаются вокруг ядра на довольно отдален-
ном расстоянии. В пространстве между
ядром и электронами действуют электри-
ческие силы. Электроны организованы
вокруг ядра в соответствии с определен-
ными правилами. Все вместе они состав-
ляют так называемую электронную обо-
лочку. Основным правилом в организа-
ции электронов в електронной оболочке
атома является запрет Паули: в той же
самой орбите могут находится только два
электрона, спины которых противопо-
ложны. По своим размерам электронная
оболочка атома примерно в 100 000 раз
превышает ядро. Энергия связи электро-
нов составляет несколько электронвольт.
Электроны внутри оболочки, около ядра,
могут обладать энергией связи до тысячи
электронвольт. Даже эта величина очень
мала по сравнению с энергией связи нук-
лона в ядре (примерно 8 миллионов элек-
тронвольт). Именно в этом и кроется
причина, почему атом далеко не так ста-
билен и усгойчив к ударам извне и прочим
влияниям, как его ядро. Поэтому ядро
разлагается на нуклоны при гораздо боль-
шей температуре, чем ионизация атома
(рис. 63).
Большая часть вещества во Вселенной
сосредоточена в недрах звезд. Атомы
в них полностью разрушены (ионизирова-
ны) резкими столкновениями. Плотность
некоторых звезд (напр., белых карликов)
55

75 Фобос
— ближайший
и больший спутник
Марса. По форме он
напоминает
картофелину. Его
величина
19 км . 22 км . 28 км.
Ось спутника
расположена по
направлению к Марсу.
Диаметр кратеров
достигает от 10 м до
1,2
78 Сравните
спутники Юпитера (1)
Ио (ЗбОО км), (2)
Европа (3100 км), (3)
Ганимед (5270 км), (4)
Каллисто (5000 км).
Они называются
Галилеевы по имени
их открывателя.
7б Поверхность
Фобоса покрыта
множеством кратеров,
которые возникли
в результате падения
метеоритов, так же
как и на Луне. До сих
пор не удалось
установить, что
представляют собой
длинные узкие
складки на
поверхности Фобоса,
ширина которых
100-200 м.
77
77 Предполагаемая
форма малой планеты
Географ, длина
которой составляет
менее 100 км.
7В
79 Большие тела
(планеты, звезды)
в результате
собственного
притяжения
приобрели
шарообразную
форму. При быстром
вращении
центробежная сила
сплющивает их.
Примером этому
может служить
Юпитер.
7Э
7В
столь велика, что их вещество выроди-
лось (рис. 64). Во Вселенной мало мест,
температура и плотность которых доста-
точно низкие для того, чтобы ядра могли
сохранить полную электронную оболоч-
ку. К счастью, так обстоит дело и на
поверхности нашей планеты, благодаря
магнитосфере и атмосфере, которые за-
щищают все атомы, находящиеся на по-
верхности Земли, от влияния разруши-
75
тельных фотонов и быстрых частиц, при-
летающих из космического пространства.
Молекула
— система атомов
Атомы складываются в высшие систе-
мы — молекулы. Молекула — это самый
маленький образец вещества. Например,
мельчайшей частью воды является моле-
кула воды, состоящая из двух атомов
водорода и одного атома кислорода. Мо-
лекулы белков сосгоят из многих атомов
углерода, водорода, азота, кислорода,
фосфора и серы.
Приблизительно из ста разных атомов
можно построить неограниченное коли-
чество разных видов молекул. Химикам
известно более миллиона разных моле-
кул. Атомы в молекуле точно организова-
ны в пространстве. Так, например, в моле-
куле этилового спирта (С2Н5ОН) атом
углерода связан электрической силой
с тремя атомами водорода (С вЂ” Н) и со
вторым атомом углерода (С вЂ” С). Второй
атом углерода соединяется с двумя атома-
ми водорода и с одним атомом кислорода
(С вЂ” О). Атом кислорода соединяется еще
с одним атомом водорода (Π— Н).
При возникновении молекулы из ато-
мов ничтожная часть (примерно одна
миллиардная) энергии покоя атомов осво-
бождается. Эта энергия называется энер-
гией связи. В таблице приводится не-
сколько наиболее часто встречающихся
видов энергии связи.
N =N 6,8 эв (в молекуле Nz)
Π— О 1,52 эв (в перекиси водорода
Н2О2)
О = О 4,17 эв (в молекуле О )
Π— Н 4,78 эв (в молекуле воды Н2О)
Вследствие химических реакций ме-
няется строение молекул. Для того, чтобы
произошла реакция, мы должны исполь-
зовать энергию новых связей (реакция
экзотермии) или, наоборот, приходится
привносить энергию (реакция эндо-
термии).
Молекулы находятся во Вселенной по-
всюду, где температура или плотность не
слишком высоки, например, в земной ко-
ре и атмосфере, на других планетах
и спутниках, в кометах и пылевых облаках
в межзвездном пространстве. Простей-
шие молекулы можно с помощью спектра
обнаружить и в сравнительно холодных
звездах, но лишь на их более холодной
поверхности, так как в раскаленных не-
драх нет даже атомов. Примерно сорок
молекул было открыто при помощи ра-
диоволн в пылевых межзвездных обла-
ках. Молекулы в них защищены от фото-
нов ультрафиолетового и рентгеновского
излучения, а также от опасных частиц
космического излучения.
Кристалл и клетка
— системы молекул
До сих пор мы говорили об электричес-
кой силе, связующей электроны с ядром
атома или атомы в молекулах. Но притя-
жение электрических сил действует
и между молекулами, создавая из них
сложные системы. Из рисунка 66 мы
узнали, что все во Вселенной строится из
элементарных частиц при помощи трех
основных сил взаимодействия. Здесь
обратим внимание на переход от молекул
к их системам.
На протяжении более чем трех мил-
лиардов лет молекулы на поверхности
нашей Земли организовывались в более
сложные и совершенные системы: моле-
кулы — макромолекулы — клетки — коло-
нии клеток — многоклеточные организмы
(рис. 66). Эволюция жизни (филогенез)
проявлялась в том, что на Земле посте-
пенно появлялись все более совершенные
сисгемы молекул. Поскольку существо-
вание условий, необходимых для развития
живых организмов весьма вероятно
и в других планетных системах, можно
предположить, что жизнь существует и во
многих других местах Млечного Пути
и даже в других галактиках. Этими вопро-
сами занимается научная дисциплина
экзобиология.
Молекулы всякого вещества находятся
в состоянии постоянного неупорядочен-
ного движения. Их движение тем быстрее,
чем выше температура вещества. В про-
цессе охлаждения их движение замедляет-
ся. При определенной температуре сила
притяжения между молекулами начинает
преобладать над их движением и связы-
вает их в упорядоченную структуру. Так
возникает кристалл твердого вещества.
56
57

81 Цветной снимок
поверхности Марса,
сделанный
посадочным модулем
„Викинга-1".
Большая часть
в южном полушарии
была зима. Около
южного полюса
расположен большой
кратер, покрытый
инеем и туманом.
Белые длинные
полосы за вулканом
— облака кристаллов
льда.
В1
58
80 На снимке,
сделанном
„Викингом-2"
с расстояния
419 000 км, виден серп
Марса. „Викинг"
приближался
к планете с обратной,
неосвещенной
стороны. От центра
к востоку тянется
длинный каньон
„Valles Marineris".
Северный полюс
находится вверху,
южный,
расположенный
внизу, невидим, так
как в момент съемки
При наличии достаточно низкой темпера-
туры почти каждое вещество превра-
щается в кристаллы.
Кристалл — это сисгема многих моле-
кул. В отличие от газов и жидкостей
молекулы в крисгалле организованы
в определенном порядке. Они составляют
правильную пространственную структу-
ру, которую принято называть кристал-
лической решеткой. Кристаллы разных
молекул отличаются друг от друга фор-
мой и цветом. Разнообразие в мире крис-
таллов является следствием электричес-
ких сил, действующих между молекулами
и их атомами (рис. 66). Кристаллы намно-
го проще самой простой клетки — живой
системы молекул. В то же время они
встречаются в гораздо большем количес-
тве во Вселенной, они всюду, где вещес-
тво находится в твердом состоянии (зем-
ная кора, межзвездная пыль, кометы,
спутники и т.д.).
Кристаллы в значительной мере отли-
чаются от живой клетки. Лишь одно важ-
ное свойство у них общее — рост. Кристал-
лы вырастают в растворе, упорядоченно
увеличивая свой объем. Так, например,
в соленой воде возникают мелкие крис-
таллики соли, которые увеличиваются по
мере испарения воды. Когда кристалл рас-
тет, он прибавляет к своим стенкам все
новые и новые молекулы, создавая про-
должение своей решетки. Прирастая к
стенке кристалла, молекула освобождает
ничтожную часть своей энергии покоя.
Электрическая сила упорядочивает моле-
кулы в пространстве таким образом, что-
бы освободившаяся энергия была как
можно больше. Этим и объясняется то,
что разные вещества, отличающиеся друг
от друга молекулами, создают кристаллы
разных форм. Энергия, которая освобож-
дается при возникновении кристалла, на-
зывается и в данном случае энергией
связи. Чем она больше, тем система моле-
кул, крисгалл, стабильнее и устойчивее по
отношению к вмешательству извне. И тем
больше нужно нагревать кристалл для
того, чтобы он растаял.
Порода
— система кристаллов
С самого начала этой главы мы стреми-
лись проследить, как из элементарных
частиц постепенно складываются все бо-
лее сложные системы. На рисунке 66 эта
постепенно возрастающая сложность
изображена, начиная с ядра, атома, моле-
кулы, кристалла и кончая породой и пла-
поверхности планеты
покрыта
оранжево-красным
слоем, цвет которому
придает лимонит
— окись железа. Под
этим слоем находится
более темный слой
породы. Вы видите его
в правом нижнем углу
снимка.

82 Песчаные дюны на
Марсе
свидетельствуют
о наличии сильных
ветровнапланете.
вг
83 Большой каньон
(„Valles Marineris"),
глубина которого
равна 6 км. Его
ширина — около
100 км, длина
— 5000 км. Причиной
его возникновения
была вода, которая
когда-то
присутствовала на
планете в большом
84 Среди вулканов
Марса самый большой
и „молодой"
— Олимпус Монс.
Диаметр основания
вулкана равен 600 км,
его высота — 25 км.
Вулканические
кратеры
представляют собой
отверстия, через
которые вытекала
лава. Диаметр самого
большого кратера
— 80 км. Облака
количестве.
вокругвулкана
скрывают его
основание.
нетным телом. Как правило, такое упоря-
дочение вещей (то есть структур) назы-
вается иерархией структур. Каждое тело
состоит из более простых частей, кото-
рые называются субсистемами. Кристалл,
например, есть система молекул, из чего
следует, что молекула является субсисге-
мой кристалла. Но в то же время сама
молекула является сисгемой атомов, то
есть атом — субсистема молекулы.
83
Порода — это группировка или система
разных кристаллов, связанных между со-
бой электромагнитными силами. Она мо-
жет быть громадной и составлять горный
хребет. Но породой следует считать так-
же обломок метеорита в музее, и он
состоит из ряда разных кристаллов (напр.,
троилит, тэнит, и т.д.).
Геологи различают породы скорее по
их происхождению, чем по кристаллам
(минералам), из которых порода состоит.
Породы, возникшие в процессе охлажде-
ния и кристаллизации горячей магмы,
называются вулканическими (извержен-
ными). Земная кора состоит прежде всего
из них, хотя они не всюду выходят на
поверхность. Меньшую часть представ-
ляют собой породы осадочные и метамор-
фические. Более подробно о породах, их
структуре и эволюции рассказывается
в гл. VII. Остается лишь добавить, что
породы земной коры, по которым мы
ходим, состоят преимущественно из крис-
таллов разных силикатов. В верхних
слоях преобладают силикаты алюминия,
в более глубоких — силикаты железа
и магния.
Планетное тело
— система пород
Самыми сложными системами, находя-
щимися в твердом состоянии, являются
астероид, спутник или планета. Это систе-
мы пород. Некоторые из планет (а также
Титан — спутник планеты Сатурн) окру-
жены газовой атмосферой, но централь-
ную их часть всегда образуют породы.
Так обстоит дело и с самой большой
планетой — Юпитером, центр (ядро) кото-
рого состоит, по всей вероятносги, из
силикатов железа. Ядро Юпитера и про-
чих планет-гигантов (Сатурн, Уран, Не-
птун) окружено толстым слоем газов
— прежде всего водорода (Н ), гелия (Не),
метана (СН4), аммиака (NH3). Между
газовой оболочкой и ядром находится
толстый слой металлического водорода.
Давление и плотность в этом слое на-
столько велики, что электроны свободно
передвигаются среди протонов. При дав-
лении, превышающем 2,5 миллиона атмо-
сфер, водород приобретает свойства жид-
кого металла (то есть похож на ртуть).
Недра Юпитера и прочих планет-гигантов
представляют собой металлический водо-
род. В самом центре, под металлическим
водородом находится небольшое ядро из
железа и пород (прежде всего силикатов).
Ядро, по всей вероятности, находится под
оболочкой из твердого металлического
водорода, а над этим слоем — жидкий
водород. Таким образом, даже водород
способен при необыкновенно высоком
давлении стать породой, покрывающей
ядро планет-гигантов.
Но не только водород, даже лед может
представлять собой породу и принимать
участие в строении тела планет. Титан,
например, полностью покрыт льдом и его
низкая плотность (всего в 1,6 раз больше
плотности воды) указывает на то, что
этот самый большой из спутников Сатур-
на имеет маленькое ядро из кремнекис-
лых пород, покрытое громадным покро-
вом льда. Кстати, толстый слой вечного
льда покрывает также полярные области
и нашей планеты.
Исследование колец планеты Сатурн
с близкого расстояния (при помощи аппа-
ратуры на космической станции Войад-
жер I) показало, что кольца представляют
собой громадное количество ледяных
глыб с диаметром несколько метров
и большое количество малых пылинок,
которые подобно маленьким спутникам
вращаются вокруг планеты-гиганта. Их
орбиты находятся в одной плоскости,
и поэтому образуют кольца.
Примерно такую же структуру пород,
как у Титана, мы можем найти и в коме-
тах, то есть в телах во много раз меньших.
Масса Титана 9 . 102' кг, в то время как
масса кометы Галлея равна 2,5 . 10'6 кг.
Кометы прилетают к нам, как известно,
из отдаленных частей Солнечной систе-
мы, где их насчитываются миллиарды.
Солнечное излучение там настолько ни-
чтожно, что в кометах нельзя различить
голову и хвост. Это всего лишь огромные
шары из снега и льда диаметром в десять
километров и более. В центре шара скры-
то скалистое ядро диаметром около кило-
метра. Если гигантский снежный шар I
приблизится к Солнцу, ближе чем планета ~
Марс, то при воздействии солнечного теп-
ла происходит сублимация льда, который
превращается в газ. За одну лишь секунду
из снежного шара могут выделиться де-
сятки тонн самых различных газов (СО,
СО2, ОН, NH, О и т.д.), что само по себе
уже является доказательством того, что
ядро кометы состоит не только из водяно-
го льда, но и из других твердых веществ
(метановый и аммиачный лед). Выделяю-
щийся газ создает вокруг ядра гигантскую
оболочку, так называемую кому. Кома
(по-гречески „волосы") — очень разре-
женная газовая среда, более разреженная,
чем воздух, которым мы дышим. В то же
время она намного больше Земли, а под-
час превышает и размеры Солнца. Сол-
нечный ветер отгоняет кому от Солнца
и этим создает хвост, длина которого
достигает десятков миллионов кило-',
метров.
1
Мелкие твердые тела, состоящие из
пород, например, метеороиды, ядро ко-
мет, маленькие спутники и преобладаю-
щее большинство астероидов не рассы-
паются благодаря электрическим силам.
Их масса невелика, по этой причине мала
и их сила гравитации. Так например, Дэй-
мос — спутник Марса имеет размеры
11 х 12 х 15 кмз, второй спутник Марса
— Фобос, похож на картофелину разме-
рами 19 х 21 х 27 кмз. Среди малыхпла-
нет выделяется своей неправильной фор-
мой астероид Географос, напоминающий
продолговатую сигару.
Чем больше и массивнее твердое тело,
тем большую роль играет его гравитация,
влияющая не только на другие тела, но
и на свое собственное (так называемое
собственное притяжение, при помощи ко-
торого отдельные части тела притяги-
ваются друг к другу). Внутри твердых тел

85 Так выглядит
Юпитер с расстояния
47 миллионов
километров. Яркие
белые полосы
— облака кристаллов
аммиака; газы там
поднимаются вверх
и охлаждаются.
Темные полосы
соответствуют местам
с более высокой
88
87 Юпитер и четыре
самых больших его
спутника: Ганимед,
Каллисто, Ио
и Европа.
температурой,
в которых газы
устремляются в недра
Юпитера, сжимаются
н нагреваются.
86 Большое красное
пятно — самый
интересный объект
в атмосфере Юпитера.
В его центре газы
почти неподвижны, по
краям они движутся
внаправленинпротив
часовой стрелке.
Период их оборота
составляет 6 дней.
87
с диаметром, превышающим 500 км, соб-
ственное притяжение уже столь велико,
что кристаллическая структура пород
разрушается. Твердая порода превра-
щается в податливое тестообразное ве-
щество, в котором уравновешиваются
давления разных направлений. Непра-
вильности формы тела также исчезают:
высокие пики слишком тяжелы, поэтому
они проваливаются вниз, ближе к центру,
и наоборот, легкие части тела — впадины
— выталкиваются тестообразным вещес-
твом вверх. Это выравнивание давления
!
' называется изостатическим равновесием.
Под действием собственного притяжения
тело стремится к шарообразной форме.
Шарообразная форма быстровращаю-
щихся тел (напр. Юпитера) приплюснута
вследствие действия центробежной силы
(рис. 79).
Солнечная система
Наше Солнце окружено большим коли-
чеством крупных и мелких тел, а также
частицами пыли. Их величина различна
— от мелких микроскопических микроме-
теороидов в одну тысячную миллиметра
до планеты-гиганта Юпитера. Все вместе
эти тела образуют Солнечную систему,
так как именно Солнце удерживает их
силой гравитации вблизи себя и вынуж-
дает вращаться по эллиптическим орби-
там.
Основные члены Солнечной системы
— Солнце и девять планет. Вокруг некото-
рых планет (Земля, Марс, Юпитер, Са-
турн, у ран и Нептун) вращаются спутни-
ки. В настоящее время в Солнечной систе-
ме насчитывается около сорока спутни-
ков. Благодаря полетам межпланетных
станций мы имеем возможность знако-
миться с новыми, более мелкими спутни-
ками. К естественным спутникам, кото-
рые родились вместе с планетами 4,6
миллиардов лет назад, человек в послед-
нее время прибавил спутники искусствен-
ные. На них помещена аппаратура, с по-
мощью которой получают новую инфор-
мацию о планетах и их спутниках.
Спутниками можно считать также
огромное количество мелких тел величи-
ной в несколько метров, которые вра-
щаются вокруг Юпитера, Сатурна и Ура-
на, образовывая кольца. Спутники и коль-
ца вращаются вблизи своих планет, то
есть в пространстве, где сила притяжения
планеты превышает силу притяжения
Солнца. Спутник, который вырвется из
так называемой гравитационной ямы пла-
неты, перестает быть ее спутником. Он
становится планетой, и его движение
определяется Солнцем (рис. 94).
Со времен Коперника известно, что
планеты вращаются вокруг Солнца на
орбитах, находящихся примерно в одной
плоскости — плоскости эклиптики.
Пражский астроном Йоганнес Кеплер на
основе наблюдений Тихо Браге пришел
к выводу, что орбиты планет являются
эллипсами, в одном из фокусов которых
находится Солнце. Чем ближе планета
(или другое тело) к Солнцу, тем быстрее
она движется. С Земли мы видим планеты
на фоне зодиакальных созвездий, распо-
ложенных вдоль эклиптики. Если прово-
дить наблюдение небосклона длительный
промежуток времени (несколько дней или
даже недель), то легко заметить, что
планеты передвигаются относительно от-
дельных звезд зодиакальных созвездий и,
как нам кажется, переходят из созвездия
в созвездие. По этой причине их и назы-
вают планетами „блуждающими", так
как греческое слово „planetein" означает
„блуждать" (рис. 105).
Малые планеты (астероиды) являются
небесными телами, намного меньшими
чем планета. Невооруженным глазом их
увидеть невозможно и поэтому приходит-
62
63

90 „Вояджер-2"
встретится с Ураном
в январе 1986 г. На
рисунке вы видите
Уран с девятью
кол1 цами. Ось
планеть~ находится
почти в эклиптике.
В то время она будет
направлена
приблизительно
к Земле, так же как
и антенна
„Вояджера-2". На
длинном решетчатом
крыле станции
размещен
магнетометр,
расположенный внизу
цилиндр
— электрический
генератор, наверху
находят&l
телевизионные
камеры и различные
приборы.
88 Сатурн него
спутники: впереди
Диона, справа — Тефия
и Мимас, слева от
колец — Энцелад и Рея.
Поверхность всех
спутников, кроме
Энцелада, покрыта
кратерами. Вдали (в
правой верхней части
снимка) виден самый
большой спутник
Сатурна — Титан.
89 Северная часть
Сатурна,
сфотографированная
с расстояния
9 миллионов
километров. На
среднем темном поясе
видны белые облака,
подобные нашим
грозовым. Величина
самых мелких деталей
— 175 км. Снимок был
передан на Землю
„Вояджером-1"
5. 11. 1980 г.
ся порой пользоваться самыми сильными
телескопами мира (рис. 113). В телеско-
пе астероиды похожи на звезды, но уже
несколько часов спустя наблюдатель мо-
жет убедиться, что они движутся относи-
тельно настоящих звезд (рис. 106). Коли-
чество всех астероидов равно приблизи-
тельно четыремстам тысячам, хотя на-
блюдения велись всего за несколькими
тысячами. Общая масса всех астероидов
вместе взятых представляет однутысяч-
ную массы Земли. Диаметр самой боль-
шой из малых планет, Цереры, равен 1000
км; Адонис с диаметром 300 м причис-
ляется к самым маленьким. Большинство
астероидов вращается вокруг Солнца
в пространстве между орбитами Марса
и Юпитера. Астероиды приближаются
к Земле очень редко (примером может
служить Адонис), так же редко они выхо-
дят за орбиту Юпитера (например, Идаль-
го). Названия некоторых из астероидов
происходят от имени их первооткрывате-
ля. Вполне вероятно, что малые планеты,
проникающие в пределы орбиты Марса,
являются потухшими кометами, которые
лишились своего ледяного и снежного
покрова. По сути, это состоящие из пород
ядра короткопериодических комет, кото-
рые, таким образом, уже никогда не смо-
гут создать кому и хвост.
Самыми мелкими телами Солнечной
системы являются метеороиды — обломки
и мелкие зерна породы. Они вращаются
вокруг Солнца по эллиптическим орби-
там, как и более крупные тела. Мельчай-
шие метеороиды состоят всего лишь из
нескольких сотен молекул, в то время как
самые большие достигают в диаметре
десятков и сотен метров и по размерам
приближаются к астероидам. Все мете-
ороиды вмесге взятые принято называть
метеороидным комплексом. Он имеет
форму линзы и простирается вдоль плос-
кости эклиптики. Рассеянный солнечный
свет, отражающийся от метеороидов ком-
плекса, можно увидеть осенью до восхода
Солнца, а весной после заката. Он пред-
ставлялется наблюдателю в виде светя-
щегося конуса в зодиакальных созвез-
диях. Именно по этой причине его и назы-
вают зодиакальным светом (рис. 112).
Самой далекой планетой Солнечной
системы является Плутон, который при-
мерно в 40 раз дальше от Солнца, чем
Земля. На языке специалистов, расстоя-
ние Плутона от Земли составляет 40
астрономических единиц. Запомним, что
астрономическая единица представляет
среднее расстояние от Земли до Солнца,
т.е. 150 миллионов километров (точнее
— 149,6 миллиона км). Плутон — самая
отдаленная из планет, но Солнечная си-
стема на нем не кончается. Сила притя-
жения Солнца распространяется намного
дальше. Лишь на расстоянии 100 астроно-
мических единиц полностью прекращает-
ся солнечный ветер (рис. 185). Там лежит
граница гелиосферы. И все же, на рас-
стоянии в несколько сот раз превышаю-
щем радиус гелиосферы, еще может поя-
виться комета. А это уже одна треть
расстояния к ближайшей звезде Прокси-
ма Центавра, которая находится на рас-
стоянии 4,25 световых лет или 269 000
астрономических единиц от Солнца. Та-
ким образом, внешнюю оболочку Сол-
нечной системы представляют кометы,
находящиеся на расстоянии от 30 000 до
100 000 астрономических единиц.
Не только наша звезда — Солнце — окру-
жена многочленной системой планет.
Весьма вероятно, что в Млечном Пути
сущЕствуют миллиарды звезд с планетны-
ми системами. Но даже с помощью самых
сильных телескопов их невозможно на-
блюдать, потому что их свет слишком
слабый.

93 Планеты
вращаются вокруг
Солнца подобно
велосипедисту,
движущемуся по
наклонному
велотреку. Если бы
ониперестали
вращаться,тоупали
бы на Солнце. Вокруг
Солнца (1) и вокруг
других планет (от
Меркурия (2) до
Юпитера (6)
существуют так
называемые
гравитационные ямы.
Чем больше масса
тела и меньше его
размеры, тем глубже
эти ямы. Самые
глубокие
гравитационные ямы
-черныедыры.
93
91 На рисунке
изображена
предстоящая встреча
„Вояджер а-2"
с Нептуном и его
спутником Тритоном,
которая произойдет
24 августа 1989 r.
92 Космический
аппарат „Вояджер",
внесший большой
вклад в исследования
Юпитера, Сатурна и их
спутников. Вверху
находится антенна
с зеркалом,
направленным на
Землю. Слева
— электрический
генератор, в котором
в результате распада
изотопов вьщеляется
тепло, которое
превращается
с помощью
термоэлементов
в электричество.
длинная антенна
предназначенадля
приемарадиоволн
планет. Направо
— измерительные
приборы для
исследования плазмы,
частиц, космического
излучения,
ультрафиолетового
и инфракрасного
спектров, а также
телекамеры.
67
Звезда — огромная,
но простая система
Звезда — это небесное тело, излучаю-
щее свет. Этим она отличается от планет,
комет, спутников и туманностей, которые
освещаются на небе Солнцем или близле-
жащими звездами. Вещество, из которого
состоят звезды, это раскаленный газ
— плазма. Самая высокая температура на
поверхности звезд достигает ста пятидеся-
ти тысяч кельвинов. (Речь идет о поверх-
ности образовавшегося белого карлика).
Температура измеряется с помощью ана-
лиза излучения, исходящего с поверхнос-
ти звезды. Из недр звезд не может вы-
рваться ни один фотон, поэтому с ними мы
никогда непосредственно не знакомимся.
И все же человек способен с завидной
точностью рассчитать температуру
в любой точке в глубинах звезды. Так,
например, в центре Солнца температура
достигает тринадцати миллионов кельви-
нов. Температура в центре звезд, количес-
тво нуклонов в которых больше, чем
в Солнце (то есть звезды с большой
массой), еще более высокая: десятки, да-
же сотни миллионов градусов. И более
трех миллиардов кельвинов достигает
температура в недрах звезд с самой боль-
шой массой.
Звезда — это огромная и в то же время
простая система элементарных частиц.
Звезда средней величины построена из
невероятно большого количества нукло-
нов, которое можно выразить цифрой
с пятьюдесятью семью нулями. Количес-
тво нуклонов нашего Солнца в триста
тысяч раз превышает количество нукло-
нов, из которого состоит Земля. Количес-
тво вещества в звезде, т.е. массу звезды,
выражает количество нуклонов, из кото-
рых оно складывается.
Несмотря на то, что Солнце как система
по размерам во много раз превышает
Землю, все же оно намного проще нашей
планеты. Это убедительно доказывает
рис. 66. Земля, как и остальные планет-
ные тела, состоит из пород, порода — из
кристаллов, кристаллы — из молекул, мо-
лекулы — из атомов, атомы — из ядра
и электронов. Но на рисунке мы видим,
что звезда состоит лишь из атомных ядер
(прежде всего из протонов и альфа-час-
тиц) и электронов. Молекулы и атомы
присутствуют на поверхности звезды в ни-
чтожном количестве, а более сложные
системы в них вообще отсутствуют. Они

95 Фотография асти
колец Сатурна.
Снимок сделан
с расстояния 8,9
миллиона
96 Кольца Юпитера
с расстояния 1 5
миллиона
километров. Так же,
как и у Сатурна,
кольцаЮпитера
состоят из множества
больших и малых
камней обломков
скал,пыли и кусков
льда Расстояние
между внешним краем
колец и центром
Юпитера
— 128 000 км, в то
95
время как внутреняя
темная часть колец
достигает атмосферы
планеты
97 Кольца Сатурна.
Снимок сделан 29
августа 1981 r., когда
„Вояджер-2"
находился
приблизительно на
расстоянии 3,4
миллиона километров
за планетой. Сквозь
кольца, на которые
мы смотрим снизу,
видна поверхность
Сатурна. Это
доказывает тот факт,
что кольца не
монолитны они
состоят из глыб,
камней, камешков,
пыли, кусочков льда.
69
94 Орбита самой
далекой от нас
планеть~ — Плутона
— частично проходит
между орбитами
Урана (б)
и Нептуна (3).
Существует мнение,
чтоэтобывший
спутник Нептуна (1),
который получил от
Тритона (4) такое
количество энергии,
что смог преодолеть
гравитационное
воздействие Нептуна,
удалился от него
и начал вращаться
вокруг Солнца (2).
Тритон стал
вращаться в обратном
направлении ($).
Точкамиобозначены
орбиты Плутона (1)
и Тритона (4) перед
столкновением,
сплошной линией
— после столкновения,
то есть в настоящее
время.
не могут существовать в раскаленных
недрах звезд, так как под влиянием резких
столкновений протонов и электронов они
бы распались. Именно по этой причине
звезды построены лишь из ядер и элек-
тронов. Весьма простым является также
определение температуры, массы, давле-
ния и химического состава в любой точке
внутри звезды. Но рассчитать те же самые
характеристики Земли мы пока не умеем.
Тем и объясняется тот факт, что астроно-
мы знакомы с недрами далеких звезд
лучше, чем с недрами планеты, на кото-
рой мы живем.
Каким образом астрономы знакомятся
с недрами звезд? При помощи наблюде-
ний они прежде всего определяют массу,
радиус и температуру на поверхности
звезды. Хотя недра звезд мы и не видим,
но нам известно, что они состоят из
плазмы. Свойства и поведение плазмы
в настоящее время достаточно хорошо
изучены: известно, например, что давле-
ние в плазме тем выше, чем она горячее
и плотнее. В то же время давление в опре-
деленной точке внутри звезды равно весу
всех слоев, находящихся над этой точкой.
Если давление плазмы повышается, то
звезда расширяется, в противном случае
она сжимается. Если же радиус звезды
неизменен, это означает, что ее собствен-
ная гравитация и давление находятся
в равновесии. Описанные выше взаимоот-
ношения можно выразить математически
и с помощью ЭВМ расчитать модель
звезды т.е., температуру, плотность, дав-
ление и химическое строение на любой
глубине под поверхностью звезды.
Основной силой, которая связывает все
ядра и электроны, чтобы образовали в со-
вокупности звезды, является гравитация.
Точнее говоря, собственное притяжение,
ибо любое ядро в звезде подвержено
действию силы притяжения к любому
другому ядру. Более слабая гравитацион-
ная сила действует также между ядром
и электроном. Между электронами в звез-
де также действуют силы гравитационно-
го притяжения, но очень слабые, так как
их масса намного меньше массы ядер.
Даже самые маленькие звезды обла-
дают массой, примерно в десять тысяч раз
превышающей массу Земли. Самые круп-
ные звезды обладают массой в миллионы
раз большей, чем масса Земли.
Размеры звезд могут быть самые раз-
ные. Белые карлики по своим размерам
равны Земле, в то же время их плотность
примерно в миллион раз превышает плот-
ность воды. Принято говорить, что ве-
щество таких звезд находится в вырож-
денном состоянии. Звезды-гиганты по
объему в миллионы раз больше Солнца.
Солнце же, в свою очередь, примерно
в миллион раз больше Земли.
Самые маленькие звезды, которые при-
ходилось наблюдать, — звезды нейтрон-
ные. По объему они в сто миллионов раз
меньше Земли. Чтобы в такой маленький
объем могла вместиться громадная звез-
километров таким
способом, чтобы
вьщелить различия
в ультрафиолетовом
излучении. Кольцо
С вЂ” голубого цвета,
внутренняя часть
кольца
 — коричневого,
внешняя — зеленого.
Кольцо А — серого
цвета. Цветовые
различия вызваны
различным
химическим составом
колец.

98 Поверхность
Ганимеда покрыта
кратерами
и бороздами. Ганимед,
превышающий
своими размерами
Меркурий, состоит из
горньгх пород и льда.
98
1ОО
102
100 Самой большой
101 Несколько
действующих
вулканов на Ио.
Скорость извергнутых
ими газов достигает
1 км/сек. Вулкан Этна
извергает газы со
скоростьюдо
50 м/сек.
102 ВулканнаИо.
В черном кратере
находится
расплавленная сера.
На Ио много
подобных вулканов,
которые извергают
серу, кислород
и натрий далеко
вкосмическое
пространство вокруг
Юпитера.
неожиданностью при
исследовании системы
спутников Юпитера
было открьггие
вулканической
деятельности на Ио,
которая вызвана
действием
гравитационной силы
Юпитера
и радиоактивностью.
1О1
71
70
99 Поверхность
спутника Европы
сравнительно гладкая.
Темные полосы на
ней,напоминают
трещины
в арктических льдах.
Европа закована
в ледяной панцирь,
толщинакоторого
несколько
километров. Под ним
находится океан
глубиной также
внесколько
километров. Вода из
океана просачивается
между трещинами
и замерзает.
дная масса, неуступающая массе обычных
звезд, нейтронные звезды должны обла-
дать фантастической плотностью. Вещес-
тво этих звезд состоит только из нейтро-
нов. Их наблюдают как пульсирующие
источники радиоизлучения и называют
пульсарами. Нейтронные звезды-пульса-
ры имеют массу несколько раз больше
массы Солнца (гл. III).
Расстояния до звезд
Звезды находятся от нас невообразимо
далеко. Исключением является лишь на-
ша звезда — Солнце, которая расположена
ближе, чем остальные звезды в миллионы
раз. И все же весьма трудно представить
себе расстояние от Земли до Солнца, не
говоря уже о расстоянии до звезд. Тем не
менее, астрономы научились измерять
и рассчитывать эти расстояния. Измерен-
ные расстояния, с точки зрения человека,
столь огромны, что необходимо было
ввести совсем новую единицу измерения
— световой год. Представить себе свето-
вой год просто невозможно, ибо это за
пределами человеческого опыта. Свето-
вой год — расстояние, которое световой
луч преодолеет за один год. Свет „проле-
тает" за секунду триста тысяч километ-
ров. За время, которое вы потратите на
то, чтобы произнести слова „двадцать
один", свет способен обежать семь раз
вокруг Земли или пролететь расстояние
от Земли до Луны (космонавтам для тако-
го полета понадобится три дня). За одну
минуту свет преодолевает восемнадцать
миллионов километров. Иными словами,
межпланетная станция, находящаяся на
расстоянии восемнадцати миллионов ки-
лометров от Земли, получит сигнал с на-
шей планеты лишь спустя минуту после
того, как он послан. За год свет пролетит
десять биллионов километров — это рас-
стояние и называют световым годом. 3,26
светового года составляют единицу, на-
званную парсек. Одному парсеку соответ-
ствует 206265 астрономических единиц,
то есть 30,86 . 10'2 км. Нередко для изме-
рения недостаточно и парсеков, в таком
случае употребляется мегапарсек, кото-
рый в миллион раз больше парсека и ра-
вен, таким образом, 3260000 световых
лет.
Расстояния до звезд астрономы изме-
ряют примерно так ~е, как на Земле
определяют расстояния до недоступных
мест. Сперва измеряют расстояние между
двумя любыми точками А и В, а после
этого величины углов а и р. При псгмощи
несложного расчета определяется иско-
мое расстояние точки Х от точек А и В.
При измерении расстояния до звезды не-
обходимо избрать расстояние между
А и В как можно большее. Самым боль-
шим расстоянием связанным с Землей
является диаметр земной орбиты. Поэто-
му звезда и тот участок неба, в котором
она расположена, фотографируются два-
жды в течение года с полугодичным ин-
тервалом. Земля в это время находится
в противоположных, максимально отда-
ленных точках орбиты. Звезды на первой
фотографии несколько свинуты по отно-
шению к их расположению на второй
фотографии. Их сдвиг тем заметнее, чем
ближе эти звезды к нам. Именно этот
сдвиг (паралакс), хотя и небольшой, но
все же измеримый при помощи точной
аппаратуры, и дает возможность рассчи-
тать расстояние до звезды.
Существуют, конечно, и другие спосо-
бы измерения расстояния до звезд, но
основным является тот, который мы здесь
описали.
Движение звезд
Ничто во Вселенной не находится в не-
подвижном состоянии, все в постоянном
движении. Планеты, кометы, метеоры,
искусственные и естественные спутники
планет, космические корабли — все это
движется со скоростью до ста километров

103 Диаметр
Энцелада равен
500 км. Области
гладкой поверхности
слева сравнительно
„молоды" по своему
возрасту. Они были
залиты расплавленной
массой из недр
спутника. Это
произошло в течение
последнего миллиона
лет. Длина разломов
коры спутника
— несколько сотен
километров.
1ОЗ
104 Спутник Сатурна
Мимас. Его
Средняя
плотность
(кгlм~)
Количество
спутников
(1981)
Экватор.
радиус
(Земля = 1)
Период
обращения
(сутки)
Расстояние
(астр. ед.)
Период
обращения
(годы)
Масса
(Земля = 1)
поверхность покрыта
множеством кратеров,
по своему возрасту она
„старая". Диаметр
самого большого из
кратеров — 130 км.
Наибольшее
5600
0,06
0,38
0,39
0,24
58,6 дней
243 дня
23 ч. 56 мин.
24 ч. 37 мин.
9 ч. 50 мин.
10 ч. 14 мин.
10 ч. 49 мин.
15 ч. 48 мин.
6,4 дней
Меркурий
Венера
Земля
Марс
Юпитер
Сатурн
5200
0,95
0,82
0,62
0,72
5518
1,00
1,00
1,00
1,00
0,11
3950
0,53
1,88
1,52
количество их
возникло 4 миллиарда
лет назад.
16
1314
11,23
317,89
11,86
5,20
704
20
95,15
9,41
29,46
9,54
5
м
1210
4,06
14,54
19,18
84,01
Уран
3,88
17,23
30,06
Нептун
Плутон
164,79
247,70
]670
0,002
1470
0,2
39,44
6378 км
149,6 миллионов км
Радиус экватора Земли
Астрономическая единица
Масса Земли
Год (сидерический, 360'1
5 98 10м кг
365,26 дней
в секунду. Движение звезд мы определяем
двумя характеристиками. Ero можно
сравнить с движением скорого поезда,
который проезжает станцию и дает гудки.
Поезд движется относительно окружаю-
щего пространства, и нам приходится по-
ворачивать голову, чтобы следить за ним.
Звезды так же движутся относительно
других звезд, галактик и звездных скопле-
ний. Такое движение называется соб-
ственным движением звезды.
Хотя движение звезд в пространстве во
много раз превышает скорость движения
поезда, из-за громадного расстояния за
всю свою жизнь мы не заметим даже
малейшего их сдвига. Именно поэтому
наши предки их называли неподвижные
звезды. Им казалось, что звезды на не-
босклоне недвижимы. Понадобились
мощные телескопы, сне ктрографы
и сверхчувствительные фотопластинки,
чтобы астрономы, наконец, убедились
в том, что звезды на небе за время челове-
ческой жизни все-таки передвигаются,
хотя и незначительно. Астрономы фото-
графируют небо дважды на протяжении
нескольких десятков лет. В результате
точного сопоставления двух полученных
фотографий можно определить, на какое
расстояние звезда передвинулась. Естес-
твенно, что эти сдвиги ничтожны. Самым
быстродвигающимся звездам потребует-
ся несколько веков, чтобы земному на-
блюдателю казалось, что они перемести-
лись на небосклоне на расстояние, равное
диаметру Луны. За тысячелетия сдвиги
уже становятся более заметными. По-
скольку направление собственного дви-
жения звезд различно, то через десятки
тысяч лет знакомые нам созвездия будут
полностью „разбросаны" по небу (рис.
120).
На вокзале вы наверно не раз обращали
внимание, что звук гудка поезда выше,
когда он приближается, и ниже, когда
поезд удаляется от нас. Точно так же
обстоит дело и со звездами, разница лишь
в том, что мы измеряем не высоту тона,
а „высоту", точнее говоря, частоту коле-
баний света. Для таких измерений пред-
назначен спектрограф, прикрепленный
к концу телескопа вмесго окуляра. Ско-
ь
рость приближения или удаления звезды,
измеренная таким образом, называется
лучевой скоростью.
Излучение звезд
Звезды являются мощными источника-
ми света и других видов излучения: ин-
фракрасного, радиоизлучения, ультра-
фиолетовых и рентгеновских лучей. Пе-
речисленные виды излучения человечес-
кий глаз не может видеть, хотя некоторые
из них оказывают на глаз человека отри-
цательное влияние. Излучение звезды во-
зникает в результате термоядерных реак-
ций в глубинах ее недр. Оттуда оно прони-
кает к менее горячей поверхности звезды
и лишь после этого попадает в окружаю-
щее межзвездное пространство. Количес-
тво излучения, которое звезда испускает
за одну секунду (мощность звезды) назы-
вается светнмостью. Расстояние до Земли
на светимость звезды влияния не оказы-
вает.
Светимость нашего Солнца составляет
400 000 триллионов киловатт (точнее
3,8 . 102з киловатт). Из этого невероятно
большого количества энергии на Землю
попадает каждую секунду всего лишь одна
двухмиллиардная часть, то есть двести
биллионов киловатт (точнее 180 . 10" кв
или 180 000 Тв). С помощью солнечной
светимости выражается также свети-
мость других звезд. Существуют звезды-
гиганты и сверхгиганты, светимость ко-
72
73

105
107 Орбиты планет
Солнечной системы
находятся
приблизительно
в одной плоскости,
называемой
эклиптикой.
74
75
105 Зодиакальные
созвездияобразуют
поясвдольплоскости
земной орбиты
(эклиптики):
Близнецы (1), Рак (2),
Лев (3), Дева (4), Весы
(5), Скорпион (б),
Стрелец (7), Козерог
(8), Водолей (9), Рыбы
(10), Овен (11), Бык
(12). Солнечный луч
(напр. нейтринный),
проходящий сквозь
Землю, всегда
направлен
в какое-либо
зодиакальное
созвездие, которое
находится точно на
противоположной от
Солнца стороне
и которое лучше всего
наблюдается
в полночь. Созвездия,
в которых находится
Солнце, мы не можем
видеть из-за сильного
сияния голубого
небосклона. Начало
весны совпадает
с моментом, когда
Солнце находится,
в созвездии Рыб (рис.
вверху), начало зимы
— Солнце в созвездии
Стрельца (рис. внизу).
106 Малая планета,
на этой фотографии,
обозначенная 1981
VA, была открыта
вобсерваториимаунт
Паломар. Звезды на
снимке изображены
в виде ярких
кружочков, в то время
как планета — в виде
яркого отрезка
прямой,посколькуона
движется по небу. Это
одна из малых планет,
орбита которых
пересекается
с орбитой Земли.
Возможно, в будущем
она столкнется
с Землей или Луной.
торых во много тысяч раз превышает
светимость Солнца (напр., звезды Ригель
и Денеб). Р наоборот, светимость звез-
дных карликов в тысячи раз меньше све-
тимости Солнца. Светимость звездных
карликов отличается от светимости
сверхгигантов, как светлячки от мощных
рефлекторов противовоздушной обо-
роны.
Яркость звезды, какой мы видим ее
с Земли, зависит кроме светимости также
и от расстояния. Разумеется, что расстоя-
ние не оказывает влияния на светимость
звезды, хотя обитатели Земли и воспри-
нимают более близкую звезду как более
яркую по сравнению со звездой одинако-
вой светимости, но более отдаленной.
Переменные звезды
Все звезды в космическом пространстве
движутся. Любая из звезд в течение дли-
тельных периодов времени развивается,
меняет свои внешние и внутренние свой-
ства. Эти медленные эволюционные из-
менения, осущесгвляющиеся на протяже-
нии миллионов и даже миллиардов лет,
мы не можем наблюдать. Но все же
существует немало звезд, которые ме-

108 Соотношение
величин планет
Солнечной системы.
Количество спутников
планет не является
окончательно
установленным: чем
более совершенно
наблюдение, тем
больше спутников
возможно
обнаружить.
110 В недрах звезд
быстро движутся
свободные электроны
(обозначены синим
цветом), протоны
(красным цветом),
альфа-частицы
и множество фотонов
(желтым цветом).
В этом
столпотворении часто
происходят
столкновения, при
которых частицы
н фотоны
обмениваются
энергией.
111 Микроскопический
кратер, вырыть1й
в гладкой стальной
пластинке, которая
была укреплена на
внешнейоболочке
спутника. Такие
кратеры образовались
в результате падения
мелких метеороидов
(приблизительно
1/10~ад р ).
При падении
метеороида
поверхность металла
нагревается,
расплавляется,
выплескивается
и моментально
застывает. Ширина
кратера на
фотографии — 1/б мм,
глубина — 1/15 мм.
109 Диаметр звезд,
уменьшенный
в миллион раз.
Например, белый
карлик диаметром
в 10 000 км изображен
в виде шара
диаметром в 10 м,
диаметр Солнца
— 1,4 км, диаметр
красного гиганта
— 100 км, нейтронной
звезды — 3 см, черной
дыры-5 мм.
112 Зодиакальный
свет,
l
сфотографированный
на горе 'Чакалтайя
в Андах в Боливии
(5200 м над уровнем
моря). Благодаря
длителыюй
фотоэкспозиции, вы
видите на снимке
движение звезд на
небе в виде коротких
' светлых линий.
76
няют свою яркость довольно быстро. Они
называются переменными звездами. Не-
которые можно наблюдать невооружен-
ным глазом и, сравнивая их яркость с яр-
костью остальных звезд, легко опреде-
лить ее изменения.
Звезды меняют яркосгь по самым раз-
ным причинам. Некоторые пульсируют
как наше сердце. Период пульсации неко-
торых звезд (напр., RR Лиры) длится
несколько часов, других (о Цефея) не-
сколько дней, или даже несколько меся-
цев (Мира Кита).
Близкие двойные звезды являются не
шарами по форме, а вытянутыми эллип-
соидами, поворачивающимися к нам при
взаимном вращении светящей поверх-
ностью разной величины. Такие измене-
ния в яркости можно заметить, например,
у звезды Р Лиры. В процессе взаимного
вращения обе звезды могут закрывать
друг друга, что отражается в изменении
общей яркости. Это так называемые за-
тменные переменные звезды, примером
которых является Алголь в созвездии
Персея. Взрывающиеся звезды резко ме-
няют свою яркость. К ним принадлежат,
например, новые, сверхновые и т.п. Яр-
кость поверхности вращающихся пер-
еменных звезд бывает не везде одинакова.
На поверхности некоторых звезд, напри-
мер, можно найти места с низкой темпера-
турой (аналогичные солнечным пятнам)
или, наоборот, области высоких темпера-
тур. К этой группе принадлежат также
и пульсары — нейтронные звезды, кото-
рые вращаются с огромной скоростью.
Период пульсации таких звезд предельно
точен и длится примерно одну секунду.
Медленнее всех пульсируют звезды ти-
па Мира Кита и ей подобные. Представим
себе, что наше Солнце становится все
ярче и через пять месяцев яркость его
— в тысячу раз сильнее сегодняшнего,
а потом на протяжении последующих
шести месяцев яркость достигает нор-

»5
»з
116 Расстояние до
звезды определяется
с помощью угла, под
которым был бы
виден радиус земной
орбиты (150 миллионов
км).
Чем больше
115 Купол большого
телескопа
вобсерваторииМаунт
Паломар.
113 Обсерватория
Маунт Паломар
в Калифорнии.
Мощные телескопы
в состоянии
зарегистрировать
дажеоченьслабое
излучение звезд.
Диаметр зеркала
телескопа равен 5 м,
он улавливает
в миллион раз больше
света, чем глаз
человека.
расстояние до звезды,
тем меньше будет этот
угол (параллакс).
Астрономы
определяют
параллакс,
фотографируя одну
и ту же часть
небосвода
с интервалом
в полгода. 3а это
время в положении
звезды происходит
сдвиг: как будто мы
смотрим на палец
вытянутой руки
попеременно то
левым, то правым
глазом.
Туманности
»4
в котором летят более
года (6). Там
кончается область
114 Путь солнечных
лучей. В течение
5 часов они летят
в межпланетном
пространстве (1, 3).
Следующие 10 часов
летят в области
солнечного ветра
(гелиосфера 2, 4).
Через три (5) месяца
они попадают
в облако комет,
солнечного
притяжения (9)
и начинается зона
притяжения (10)
ближайших звезд (8).
Далее простирается
бесконечноехолодное
межзвездное
пространство (7).
мального уровня. Жизнь на Земле, в таких
условиях, конечно, не могла бы существо-
вать. Поэтому планеты вокруг подобных
переменных звезд не могут стать носите-
лями жизни.
В межзвездном пространстве летают
отдельные атомы химических элементов
и мелкие частицы пыли. Их плотность
невероятно мала. В одном кубическом
сантиметре межзвездного пространства
насчитывается всего несколько атомов,
в то время как в том же объеме воздуха,
которым мы дышим, содержится трил-
лион атомов. В некоторых местах меж-
звездного пространства плотность во сто
или даже тысячу раз больше, в таком
месте образуется межзведное облако.
Если облако светится, его называют
туманностью. Туманность не имеет соб-
ственный источник света, она лишь отра-
жает свет близкой горячей звезды, место-
нахождение которой вблизи облака впол-
не случайно. Примером этому могут слу-
жить туманности Трифид, Омега и Лагуна
в созвездии Стрельца. Некоторые свет-
лые туманности имеют неправильную
форму и называются диффузной туман-
ностью. Иные по форме напоминают
кольцо (кольцеобразная туманность) или
планету (планетарная туманность). Не-
светящееся межзвездное облако можно
видеть на фоне диффузной светящейся
туманности как темную туманность.
Межзвездное вещество и туманности
находятся прежде всего в спиральных
рукавах Галактики (рис. 129). По своему
происхождению межзведное вещество
представляет первичный водород,из ко-~
торого более чем девять миллиардов лет~
тому назад возникла Галактика. Большая
часть этого первичного водорода уплот-
нилась и образовала звезды, в которых
водород превратился в гелий и другие
элементы. При взрывах новых и сверхно-
вых звезд и в звездном ветре эти более
тяжелые элементы попадают в межзвед-
ное пространство и там смешиваются
с оставшимся первичным водородом.
В процессе сжатия туманностей и невиди-
мых межзвездных облаков и в наши дни
рождаются новые поколения звезд. Так
беспрестанно повторяется круговорот:
межзвездное вещество ~ звезда — + межз-
вездное вещество -~ звезда и т.д., причем
во Вселенной уменьшается количество
водорода и повышается количество тяже-
лых элементов.
Системы звезд
Одинокие звезды встречаются во Все-
ленной не часто. Большинсгво их обра-
зует двойные, тройные звезды и кратные
системы. Многие звезды окружены пла-
нетами. Большие системы звезд, в кото-
рые входит от нескольких десятков до
сотен тысяч звезд, называются звездными
скоплениями.
Система, состоящая от сотен миллио-
нов до биллионов звезд, называется га-
лактикой. Сила, объединяющая звезды
в системы разной величины, начиная
с двойных звезд и кончая гигантскими
галактиками, — сила гравитации. Чем
больше гравитационная энергия связи,
тем стабильнее звездная система. Но су-
ществуют звездные системы, называемые
звездными ассоциациями, в которых
энергия связи необычайно мала. В таких
системах насчитывается несколько десят-
ков, а иногда сотен звезд. Кинетическая
энергия отдельных звезд в таком случае
превышает их энергию связи, вследствие
чего звезды легко покидают систему. Та-
кая система звезд (ассоциация) разру-
шается вскоре после своего возникно-
вения (рис. 118).
Пары звезд, которые вращаются вокруг
друг друга, называются двойными звезда-
ми. Точнее говоря, они вращаются вокруг
общего центра масс. Если обе звезды
различимы в телескопе, то мы имеем дело
с визуальио-двойной звездой. В то же
время существует ряд двойных звезд, ком-
поненты которых столь близки, что даже
в самый мощный телескоп их можно
наблюдать лишь как одну светящуюся
точку. Только с помощью спектра можно
определить, что перед нами двойная звез-
да. Спектр — это искусственная радуга,
78
79

118 Звезды
рождаются группами.
На рис. вы видите
ассоциацию очень
молодых звезд,
возраст которых
приблизительно
миллион лет.
Движение звезд,
преобладает над
взаимным
120 Скорость
движения звезд
исчисляется мнопими
I
километрами
в секунду, поэтому их
положение на небе
безостановочно, хотя
и медленно, меняется,
как это показано на
примере Большой
Медведицы. Вверху
— современная форма
созвездия, в центре
— 200 000 лет тому
назад, внизу — через
200 000 лет.
117 Туманность,
называемая благодаря
своей форме Северной
Америкой.
Красноватый цвет
туманности
объясняется наличием
водорода в ее
химическом составе.
притяжением,
поэтому через
короткоевремя
звезды разлетятся
и ассоциация исчезнет.
12О
119
119 Двойная звезда,
которая состоит из
легкой (красной)
и тяжелой (синей)
звезд. Обе вращаются
вокруг общего центра
масс. В зависимости от
удаленности звезд от
центра масс можно
расчитать их
собственную массу.
119
81
которую образует свет звезды. Она на-
много богаче радуги солнечного света.
Темные линии, которыми прерывается
спектр, являются основным источником
наших знаний о звездах. Так, например,
тот факт, что звезда двойная, отражается
в спектре в виде чередующегося раздвое-
ния и соединения спектральных линий.
Такие системы называются сиектральио-
двойными звездами. Смещение линий
в спектрах звезд определяет их свойства.
Если звезда движется по направлению
к нам, то ее спектральные линии сдвинуты
к синей части спектра. И наоборот, если
она движется от нас, линии смещаются
к красной часити спектра. Это явление
называется доиилеровским смещением.
По величине смещения исследователи мо-
гут определить скорость движения обеих
звезд.
Некоторые из близких к нам двойных
звезд вращаются так, что плоскость их
орбит лежит по направлению к нам. Такие
двойные звезды поочередно закрывают
друг друга. При каждом из таких затмений
уменьшается светимость двойной звезды.
Поэтому двойные звезды этого типа на-
зываются затмеииыми переменными
звездами. Примерами таких звезд служат
Алголь в созвездии Персея и Р в созвездии
Лиры.
Особый вид двойных звезд представ-
ляют рентгеновские двойные звезды (Х-
звезды). Как правило, это тесные двой-
ные звезды, главным компонентом кото-
рых является обычная звезда с диаметром
в несколько миллионов километров,
а спутником — вырожденная звезда: белый
карлик, нейтронная звезда или даже чер-
ная дыра. С главной звезды раскаленный
газ перетекает на вырожденный спутник.
Падающие струи газа (плазмы) конденси-
руются и излучают при этом рентгенов-
ское излучение, подобно тому, как быс-
трые электроны попадают на металли-
ческий экран в медицинской рентгенов-
ской аппаратуре. Рентгеновские звезды
испускают во много тысяч раз больше
энергии, чем общее излучение нашего
Солнца. Источником энергии двойной
звезды является гравитационная энергия
горячих газов главной большой звезды,
притягиваемых мощной гравитацией ма-
ленького вырожденного компонента.
Примером рентгеновских двойных звезд
могут служить источники, обозначенные
Cyg Х вЂ” 1 (что означает первый рентге-
новский источник в созвездии Лебедя
— Cygnus), $со Х вЂ” 1 (в созвездии Скорпио-
на), Сеп Х вЂ” 3 (третий рентгеновский ис-
точник в созвездии Il;emaapa), Нег Х вЂ” 1
(в созвездии Геркулеса).
Значение двойных звезд для астроно-
мии состоит в том, что мы имеем возмож-
ность определить массу обоих компонен-
тов. Оба компонента двойной звезды при-
тягиваются гравитационной силой, кото-
рая стремится соединить их в единое тело.
Но силе гравитации противостоит цен-
тробежная сила, ибо оба компонента вра-
щаются вокруг общего центра масс.
В процессе наблюдения за двойной звез-
дой можно установить расстояние каждо-
го компонента от общего центра масс.
Эти расстояния определяют соотношение
масс обеих звезд. По периоду вращения
и скорости можно рассчитать величину
центробежной силы, равняющейся силе
гравитации. Однако сила гравитации за-
висит от массы обоих компонентов. В ре-
зультате полученных данных о двойной
звезде нетрудно установить массу каждо-
го компонента. Выражаясь фигурально,
звезды можно взвешивать.

121 Центр масс
двойной звезды
передвигается по небу
очень медленно (на
рис. — белая линия со
стрелкой). При этом
обе звезды описывают
эллиптические
орбиты, по которым
можно определить их
массу.
12т
122 Звезду Кастор
мы наблюдаем
в телескоп как две
голубые звезды,
которые вращаются
вокруг друг друга.
Несколько
126
в отдалении от них
находится третья,
слабая красноватая
звезда, период
обращения которой
вокруг этих двух звезд
составляет несколько
тысяч лет.
Спектрограф
показывает,что
каждая из трех звезд
-двойнаязвезда(так
называемая
спектрально-двойная
звезда). На планете,
относящейся к этой
системе, мы
наблюдали бы очень
интересный
небосклон.
124
123
S3
82
123 Затменно-
переменная двойная
звезда. Небольшая
красная и большая
белая звезды
вращаются вокруг
общего центра масс
и при этом
периодически
закрывают друг друга.
Мы видим эти две
звезды как одну звезду
переменной яркости
(внизу).
Звездные скопления делятся на ассо-
циации, о которых мы уже говорили вы-
ше, на рассеянные и шаровые звездные
скопления.
Рассеянные звездные скопления не
имеют определенной формы. Их размеры
тгг
124 Рентгеновская двойная звезда. С большой звезды
газы с гигантской скоростью падают на нейтронную
(малую) звезду или черную дыру, сжимаются, сильно
нагреваются и испускают поток рентгеновского
излучения.
— от двадцати до ста световых лет. Рас-
сеянные звездные скопления содержат
несколько десятков до несколько тысяч
звезд. Их можно обнаружить вблизи
Млечного Пути, и по этой причине их
нередко называют галактическими звез-
дными скоплениями. В настоящее время
известна приблизительно тысяча таких
скоплений, а в целой Галактике их сущес-
твует несколько тысяч. (Для того, чтобы
отличать нашу Галактику от остальных,
ее обозначают с прописной буквы). Рас-
сеянные звездные скопления наблюда-
125 Рассеянное звездное скопление Плеяды, состоящее более чем из 3000
молодых звезд, возраст которых составляет 50 миллионов лет. Вокруг звезд
сохранились остатки первичной туманности, из которой они родились.
126 Рассеянное звездное скопление в созвездии Рака.
В нем содержится около 80 звезд. Расстояние от нас до
скопления составляет 2500 световых лет.
тгг
127 Шаровое звездное скопление в созвездии Гончих
Псов. Оно состоит из 250 тысяч звезд и удалено от нас на
расстояние 40 000 световых лет. Его возраст — 10
миллиардов лет.
126
128 Если бы мы пролетели 300 000 световых лет по
направлению к созвездию Рака и оглянулись назад, то
увидели бы нашу Галактику такой, как показано на рис.
(А). Солнечная система находится в области Х. Звезды
Галактики расположены в большинстве своем в звездном
диске, особенно в спиральных рукавах внутри него (напр.
Y, Z). Диск окружен шарообразным гало (на рис.
обозначена лишь его правая половина 13). Галактическая
корона, окружающая гало, значительно более обширна
(она достигает Магеллановых Облаков) и на рисунке не
обозначена.
РукаваидискпростираютсявдольплоскостиГалактики
(прямоугольникА).ГалактикавращаетсявокругосиQno
направлениючасовойстрелки(14).Расстояния
в плоскости и по вертикали к ней (слева), а также
расстояния между галактиками даны в световых годах.
Под плоскостью нашей Галактики расположены три
галактики: туманность Андромеды (10), Большое
и Малое Магеллановы Облака (12, 11). Низкий цилиндр,
в который как бы заключена Солнечная система,
показывает часть диска, доступную приямому
наблюдению в свете (около 5000 световых лет). Внутри
цилиндра находится красный кубик, грань которого равна
1000 световых лет. Вверху, налево вы видите его
в увеличенном виде. В нем обозначены некоторые
наиболее яркие звезды: Полярная (1), Плеяды (2),

84

1зо
129
129 Спиральная
галактика под
названием
„Вихревая". По своей
форме н размерам она
похожа на нашу
Галактику, увиденную
сверху. Ей сопутствует
малая галактика,
подобнотому,как
Магеллановы Облака
сопутствуют нашей
Галактике.
„Вихревая" галактика
расположена от нас на
расстоянии 12
миллионов световых
лет.
130 Небольшой
участок Млечного
Пути, находящийся на
расстоянии
нескольких тысяч
световых лет от нас,
в который входят
миллионы звезд. Пояс
Млечного Пути
— звездный диск,
видимый из нашей
Солнечной системы,
тянется через весь
небосклон.
1з1
131 Спиральная
галактика в созвездии
Волос Вероники.
Такой мы наблюдали
бы нашу Галактику
сбоку с расстояния 10
миллионов световых
лет.
87
лись и в других галактиках. Это сравни-
тельно молодые образования, возраст их
колеблется от десятков до сотен миллио-
нов лет. Одним из наиболее известных
рассеянных звездных скоплений являются
Плеяды в созвездии Тельца. Их возраст не
превышает 50 миллионов лет.
В шаровых скоплениях количество
звезд гораздо больше: от ста тысяч до
нескольких миллионов. В той части Га-
лактики, которая доступна для нашего
непосредственного наблюдения, находит-
ся примерно сто двадцать шаровых звез-
дных скоплений, а в общей сложности их
в Галактике около трехсот. Звезды в ша-
ровых скоплениях обладают большой
энергией связи, поэтому шаровые скопле-
ния никогда не распадаются. Эти стабиль-
ные образования — самые древние в Га-
лактике. Они вращаются вокруг ее центра
Антарес (3), Спика (4), Мицар (5), Бетельгейзе (6).
Грань увеличенного красного кубика на рис. В равна 100
световым годам (С). В нем также обозначено положение
ближайших к нам звезд: Капелла (1), Кастор (2), Поллукс
(3), Вега (4), Арктур (5), Сириус (6), Проксима Центавра
(7).
Положение нашей Солнечной системы (то есть
эклиптики) в Галактике вы видите на рис. D (внизу,
справа). Орбита Земли вокруг Солнца, увиденная снизу,
то есть с южной стороньь В одном месте земного шара
начинается весна (1), в другом — лето (2), в третьем- осень
(4), в четвертом — зима (3). Плоскость Галактики (20)
наклонена к эклиптике под углом (25), а центр Галактики
расположен под эклиптикой и наклонен к ней под углом
(26). Ось Галактики (21), ось эклиптики (22), земная ось
(23) направлена к Полярной звезде, направление к центру
Галактики (24).
по орбитам, имеющим эллиптическую
форму. Шаровые скопления намного
старше рассеянных звездных скоплений.
Вполне вероятно, что конденсация всей
Галактики и шаровых скоплений проис-
ходила одновременно более девяти мил-
лиардов лет тому назад. В шаровых скоп-
лениях находятся самые старые звезды
— свидетели истории нашей Галактики.
Млечный Путь—
система звезд,
звездных скоплений
и туманностей
„...Ибо Млечный Путь есть не что
иное, как скопление неисчислимых звезд.
Куда не обуатим мы свой взор, всюду
распростираются облака звезд; многие из
них огромны и ярки, а количество малых
звезд нельзя даже определить..."
Эти слова принадлежат Галилею, кото-
рый более чем триста лет назад направил
свою несложную подзорную трубу на
Млечный Путь. Его слова полностью
подтвердили современные исследования.
Даже при помощи бинокля вам удастся
разложить серебристую полосу Млечного
Пути в бесконечное множество звезд.
От созвездия Скорпиона сербристый
пояс Млечного Пути простирается на се-
вер, проходит через созвездия Стрельца,
Щита, Орла, Стрелы, Лисички, Лебедя,
Ящерицы и приближается к созвездию
.Цефея. Далее он проходит через созвез-
дия Персея, Возничего, между Близнеца-
ми и Орионом, Единогором и Большим
Псом. На южном небосклоне Млечный
Путь проходит через созвездия Кормы,
Компаса, Паруса, Киля, через Южный
Крест, Муху, Центавра, Волка, Науголь-
ник, Жертвенник и возвращается обратно
в созвездие Скорпиона.
Млечный Путь представляет собой
огромную систему около трехсот шаро-
вых звездных скоплений, нескольких ты-
сяч рассеянных звездных скоплений, при-
близительно биллиона звезд, большого
количества туманностей и межзвездной
пыли, движущейся в пространстве меж-
ду звездами. Млечний Путь — это наша
Галактика, увиденная с планеты одной из
биллиона звезд — нашего Солнца (рис.
128).
Диаметр Галактики представляетсобой
сто тысяч световых лет. Солнце находит-
ся на расстоянии тридцати тысяч свето-
вых лет от центра Галактики. Между нами
и центром Галактики находятся спираль-
ные рукава или ветви. В них сосредоточе-
на большая часть звезд и межзвездного
вещества. Там же рождаются и новые
звезды. На расстоянии десяти тысяч све-
товых лет от центра Галактики (по на-
правлению к нам) находится рукав, кото-
рый отдаляетеся от центра со скоростью
35 км/сек. Это последствие давнего взры-
ва, происшедшего в самом центре Галак-
тики. На расстоянии двадцати тысяч све-
товых лет от центра (т.е. десяти тысяч
световых лет от нас) находится второй
рукав, названный рукавом Стрельца.
Солнце расположено во внутренней части
Орионова рукава. Огромное количество
звезд и межзведной материи в рукавах
скрывают от нас ядро Галактики, которое
как Луна освещало бы ночной пейзаж
Земли, если бы оно не было скрыто.
Свет галактического ядра на пути к нам
полностью поглощается. Но тем не менее,
в инфракрасном излучении и прежде все-
го при помощи радиоволн можно досга-
точно подробно рассмотреть строение яд-
ра Галактики и следить за теми бурными
процессами, которые в нем протекают.
Необходимо еще много наблюдать и мно-
го размышлять над наблюдениями, чтобы
лучше познакомиться со строением га-
лактического ядра и понять природу бур-
ных взрывов, которые в нем время от
времени происходят.
Наша Галактика — плоское образова-
ние. Преобладающее большинство звезд,
все рассеянные звездные скопления
и межзвездное вещество состредоточены
в относительно тонком диске. В этом
диске звезды и межзвездное вещество
сосредоточены в виде спиральных рука-
вов. В них рождаются новые звезды. Как
выглядят спиральные рукава, можно
предствить, взглянув на другие галактики
(рис. 129). Шаровые звездные скопления
и некоторые старые звезды (их называют
населением П типа) распределены в ги-
гантском сфероидальном пространстве
вокруг галактического диска (рис. 128),
в так называемом гало. Его радиус рав-
няется приблизительно 50 тысячам свето-
вых лет. Диск и гало окружены огромной
галактической короной, радиус которой
составляет около 200 тысяч световых
лет.
Галактическая плоскость — это вообра-
жаемая плоскость, разделяющая диск
вдоль на две одинаковые части. Наше
Солнце и планеты Солнечной системы
располагаются вблизи плоскости Галак-
тики. Именно поэтому Млечный Путь, то
есть диск Галактики, наблюдаемый от
Солнца, делит небосклон на две пол-
овины.
Галактика — это гигантская система
звезд, звездных скоплений, туманностей
и межзвездного вещества, связующей си-
лой которой является сила гравитации.
Гравитационная сила каждого члена сис-
темы направлена к центру (ядру) Галак-
тики. Поэтому все члены системы вра-
щаются вокруг центра Галактики по эл-
липтическим орбитам, подобно тому, как

132 Спиральные
галактики отличаются
формой, размерами
центральной части
и структурой рукавов.
Они
классифицируются
по разным типам.
нас г
нос um
133 Туманность
в созвездии М 31
Андромеды. Хотя она
расположена на
рассто~фтии
2 миллионов световых
лет от нас, осенью ее
можно видеть
невооруженным
глазом. Ей
сопутствуют две
карликовых
галактики.
Втуманность
Андромеды входят
свыше тысячи
.миллиардов звезд.
134 Спиральные
ветви туманности
Андромеды состоят из
сравнительно
молодых звезд, ~р~д~
которых можно
наблюдать отдельные
яркие звезды.
тзг
тзг
тзв
135 Некоторые
спиральные галактики
как бы соединены
перемычкой. Рукава
или спиральные ветви
отходят от центра
галактики сначала
в радиальном
направлении,
и только потом
развивается их
спиральная структура.
,136 Центральная
область туманности
Андромеды. Она
состоит из очень
старых звезд (их
возраст почти 10
миллиардов лет).
88
планеты вращаются вокруг Солнца. Звез-
ды в диске вращаются по приблизительно
круговым орбитам. Солнце движется во-
круг ядра Галактики со скоростью 230
км/сек. Объекты Галактики, находящие-
ся в гало, например, шаровые звездные
скопления, вращаются вокруг ядра по
вытянутой эллиптической орбите, при-
чем ядро Галактики составляет один из ее
фокусов. Гало представляет собой самую
старую часть Галактики, в то время как
плоский диск более позднего происхож-
дения.
Галактики — огромные
системы звезд
По внешней форме галактики делятся
на три группы: эллиптические (рис. 139),
спиральные (рис. 132, 135) и неправиль-
ные. Многочисленны эллиптические га-
лактики (примерно 60 процентов всех
галактик). Спиральные галактики, к ко-
торым принадлежит и наша Галактика,
представляют примерно 30 процентов.
Приблизительно каждая десятая галакти-
ка имеет неправильную форму.
Мы уже отметили, что ядро нашей
Галактики не видно. Но можно видеть
и фотографировать ядра многих других
галактик. Это компактное, плотное и, по
сравнению с размерами всей галактики,
весьма небольшое образование. Ero диа-
метр не превышает, как правило, не-
скольких световых лет. В то же время
плотность ядра в миллион раз больше
средней плотности галактики. Если изоб-
разить галактику в виде спирали с диамет-
ром 10 метров, то ядро будет иметь разме-
ры булавочной головки. И все же, несмот-
ря на свои столь малые размеры, ядро
играет в галактике основную роль. В спи-
ральных галактиках из него выходят спи-
ральные ветви, как правило, две. Кроме
того, из некоторых галактических ядер
происходит выброс огромных облаков
раскаленной плазмы со скоростью не-
сколько тысяч километров в секунду. Вы-
соко активные ядра галактик выбрасы-
вают облака релятивистСких электронов
вместе с магнитным полем, которые све-
тятся в виде обширных двойных облаков
радиогалактик.
Ядра высоко активных галактик похо-
жи на очень яркие звездочки. На их долю
приходится большая часть энергии (све-
тимости) галактики. До сих пор точно
неизвестно, в результате какого процесса
в маленьком объеме галактического ядра
выделяется такой невероятно большой
поток энергии. Это не термоядерные ре-
акции, протекающие в обычных звездах,
так как их силы было бы недостаточно
для столь бурного процесса. По-видимо-
му, это или гравитационные силы (напри-
мер, плазма, поглощаемая огромной чер-
ной дырой в самом центре ядра), или
аннигиляция материи с антиматерией, то
есть процесс, в результате которого при
освобождении энергии покоя достигается
стопроцентная эффективность (гл. I). Ак-
тивность ядер некоторых галактик (так
называемые сейфертовские галактики,
N-галактики, некоторые радиогалактики
и квазары) можно считать, пожалуй, 'са-
мым драматическим явлением во Вселен-
ной. Некоторые специалисты предпола-
137 Вращение
галактики М 81,
определяемое по
доплеровским
смещениям
спектральных линий.
Нижняя часть ее
приближаеття к нам
(она обозначена синим
цветом), верхняя часть
удаляется от нас
(красный цвет).
Скорость вращения
определяетсяпо
цветовомуспектру,
который расположен
внизу.
138 Галактики
окутаны большим
количеством
нейтрального
водорода Это остатки
того водорода, из
которого
приблизительно 10
миллиардов лет назад
галактики возникли.
В галактике М 81,
которую вы видите на
рисунке, обозначено
цветом количество
нейтрального
водорода (зеленый
цвет — большое
количество, синий
цвет — малое
количество).

139 Вскопление
, галактик в созвездии
Волос Вероники
входит
приблизительно
восемьсот галактик.
Скопление находится
от нас на расстоянии
350миллионов
световых лет.
В результате процесса
расширения
Вселенной оно
140
140 Группа пяти
галактик в созвездии
Змеи. Галактики, как
и звезды, чаще всего
встречаются
группами.
139
удаляется от нас со
скоростью
6700 км/сек. В центре
снимка- гигантская
эллиптическая
галактика.
141 Местная группа
галактик. Плоскость
Галактики
расположена
вертикально, по
направлению от нас,
а ось ее направлена
слева направо. Под
плоскостью
Галактики находятся
лет.
90
гают, что это локальные остатки „боль-
шого взрыва," иными словами, как бы
маленькие запоздалые „большие взры-
вы" в галактических ядрах. Пока это
всего лишь гипотеза, ибо пока мы не
в состоянии объяснить источник свети-
мости невероятной силы и бурных взры-
вов активных галактических ядер.
Количество звезд в галактиках колеб-
лется от ста миллионов (карликовые га-
лактики) до биллионов (галактики-гиган-
ты). Расстояния между галактиками в не-
сколько раз превышают их диаметр (по-
рядка сотен тысяч световых лет). Бли-
жайшими соседями Млечного Пути яв-
ляются галактики Магеллановы Облака.
В Большом Магеллановом Облаке — де-
сять миллиардов звезд, а его диаметр
достигает примерно 40 тысяч световых
лет. Оно находится на расстоянии 180
тысяч световых лет от Земли. Малое
Магелланово Облако состоит из двух
миллиардов звезд, его диаметр — более 30
тысяч световых лет, и свыше двухсот
тысяч световых лет делит его от нас. Обе
галактики можно наблюдать невоору-
женным глазом в южном полушарии. Ев-
ропейцы впервые узнали о них в 1519 г.,
благодаря Фернану Магеллану. Магелла-
новы Облака — это небольшие неправиль-
ные галактики, которые принято считать
спутниками нашей Галактики.
Системы галактик
В иерархии Вселенной галактики рас-
сматриваются как единицы высших сис-
тем. Одинокие галактики малочисленны.
Гораздо чаще встречаются двойные,
тройные и кратные галактики. Они объе-
диняются по несколько десятков в так
называемые группы галактик, величина
которых измеряется от трех до десяти
миллионов световых лет. В нашем бли-
жайшем космическом окружении, то есть
на расстоянии приблизительно 50 мил-
лионов световых лет, находится 55 групп
галактик и всего лишь несколько одино-
ких звездных систем. Наша Местная груп-
па галактик невелика, она включает в се-
бя около 25 галактик. Диаметр ее дости-
гает трех миллионов световых лет. По-
следние исследования дают основания по-
лагать, что некоторые небольшие непра-
вильные галактики в Местной группе ве-
роятно отделились от большой галакти-
ки. Они или были оторваны от нее, или
в период своей активности большая га-
лактика выбросила их за ее пределы.
К Местной группе принадлежат и наша
Галактика, галактика М-31 в созвездии
Андромеды, спиральная галактика М-33
в созвездии Треугольника, большая га-
лактика, названная Маффеи-1, находя-
щаяся в созвездии Кассиопеи, оба Магел-
ланова Облака и другие.
Системы галактик, превышающие по
размерам группы, называются скопле-
ниями галактик (рис. 139). По своей вели-
чине они простираются от 5 до 15 миллио-
нов световых лет. В них входят сотни
и тысячи галактик. Богатые скопления
галактик имеют правильную сферичес-
кую структуру. В их центре обычно нахо-
дится гигантская эллиптическая галакти-
ка, которая состоит из более чем биллио-
на звезд. Скопления галактик — это систе-
мы, связанные гравитационной силой. Га-
лактики в скоплении вращаются вокруг
общего центра тяжести, притом чем боль-
ше общая масса скопления, тем быстрее
141
Магеллановы Облака
(слева, вблизи
Галактики).
Галактика находится
в точке пересечения
плоскостей. Слева,
вверху, под
плоскостью
Галактики — группа
галактик,
сосредоточенньпс
вокруг туманности
Андромеды. Она
расположена на
расстоянии
2 миллионов световых

в настоящее время.
142
92
142 Схематическое
изображение
Сверхгалактики. Она
состоит из миллионов
галактик, от
,карликовых (с
ьшллиардами звезд) до
колоссальных (с
несколькими
биллионами звезд). На
рис. обозначено
приблизительное
положение нашей
галактики (1), центр
Сверхгалактики (2),
который находится
в созвездии Девы, ось,
вокруг которой
вращается
Сверхгалактика (3),
экватор (4), южный
полюс (5),
направление
вращения (б). Самый
известный квазар
расположен далеко от
центра
Сверхгалактнки (7).
вращение. Таким образом, исходя из ско-
рости вращения отдельных галактик,
можно вычислить, общую массу скопле-
ния. Измерения показывают, что общая
масса скоплений намного превышает мас-
су всех светя1цихся галактик. Из этого
следует, что в скоплениях находится
огромное количество невидимого вещес-
тва. Действительное количество вещес-
тва, то есть видимое и невидимое вместе
взятые, можно определить по вращению
галактик вокруг центра скопления.
Вселенная
— система сверхгалактик
Наблюдения галактик свидетельствуют
о том, что существуют системы еще боль-
шие, нежели скопление галактик. Назы-
ваются они сверхгалактнкн или скопле-
ния скоплений. Сверхгалактики — самые
большие единицы структуры Вселенной
— являются системой большого количес-
тва скоплений и групп галактик, кратных
и одиночных галактик. Диаметр сверхга-
лактик представляет собой около 150
миллионов световых лет. Центр нашей
Сверхгалактики, к которой принадлежит
Местная группа, а вместе с ней и наша
Галактика, находится вблизи скопления
галактик в созвездии Девы. Наша Мест-
ная группа располагается на краю Сверх-
галактики, в ее южной части.
Таким образом, Вселенная есть система
сверхгалактик. Сами сверхгалактики вра-
щаются вокруг своей оси и центробежная
сила, влияющая на скопления и группы
галактик, направлена от ее центра, — то
есть противодействует гравитационной
силе всей этой системы. Сверхгалактики
движутся относительно друг друга: каж-
дая сверхгалактика удаляется от осталь-
ных подобных ей сисгем (как изюминки
на поднимающемся на дрожжах тесте).
Не только сверхгалактики, но и галак-
тики удаляются друг от друга. И чем
дальше они друг от друга, тем быстрее
увеличиваются расстояния между ними.
Э. Хаббл выразил этот факт простым
соотношением
v=H. r.
В формуле Хаббла v означает скорость,
с которой две галактики удаляются друг
от друга (в км/сек), r — расстояние, выра-
женное в мегапарсеках (Мпс), и Н вЂ” по-
стоянная Хаббла, равная 55 км/сек Мпс.
Это значит, что две галактики, расстояние
между которыми составляет один мега-
парсек, удаляются друг от друга со ско-
ростью 55 км/сек, то есть их расстояние
с каждой секундой увеличивается на
55 км. Приведем еще один пример: два
скопления галактик, расстояние между
которыми составляет 10 мегапарсеков,
удаляются друг от друга со скоростью
550 км/сек. Сверхгалактики, находящие-
ся на расстоянии 400 мегапарсеков друг от
друга (т. е. миллиард двести миллионов
световых лет), разбегаются со скоростью
22 000 км/сек. у величивание расстояния
между скоплениями галактик и сверхга-
лактиками называется расширением Все-
ленной.
Если бы не существовало гравитации,
которая является причиной взаимного
притяжения всех сверхгалактик, скопле-
ний, групп и отдельных галактик, то рас-
ширение Вселенной продолжалось бы
с постоянной скоростью согласно по-
стоянной Хаббла. Но именно в силу
взаимного притяжения расширение Все-
ленной постепенно замедляется. Это
означает, что постоянная Хаббла все вре-
мя понижается. Наблюдения показы-
вают, что постоянная Хаббла дойдет до
143 При расширении
Вселенной галактики
удаляются друг от
друга, н чем больше
расстояние между
ними, тем с большей
скоростью они
движутся. На рнс.
расстояние между
тремя галактиками
обозначено красными
стрелками. Малый
шар показывает
положение, в котором
галактики находились
ранее, большой шар
соответствует их
положению
нуля через тридцать миллиардов лет,
и расширение Вселенной приостановится.
(Этот процесс можно сравнить с тем, что
происходит с камнем, брошенным вверх:
камень и Земля взаимно притягивают
друг друга, вследствие чего его движение
вверх замедляется до тех пор, пока совсем
не остановится в самой высокой точке).
В прошлом процесс расширения Все-
ленной происходил быстрее, чем в настоя-
щее время. Можно даже определить,
насколько замедляется расширение, и ис-
ходя из этого рассчитать время макси-
мального удаления сверхгалактик и скоп-
ления галактик. Это и будет период, когда
расширение Вселенной полностью оста-
новится. Произойдет это приблизительно
через 30 миллиардов лет. Аналогичным
путем можно точно определить время
начала расширения Вселенной. В тот мо-
мент скорость расширения (постоянная
Хаббла) была высокой. Поэтому можно

говорить, пожалуй, скорее о „большом
взрыве", чем о расширении. Рассчеты
показывают, что взрыв произошел при-
мерно десять миллиардов лет тому назад
(гл. Ш).
.Возраст Вселенной, таким образом,
в настоящее время — десять миллиардов
лет. Когда эта цифра подойдет к 40
миллиардам лет, расширение остановит-
ся. Потом наступит время сжатия Вселен-
ной, то есть уменьшение расстояний меж-
ду сверхгалактиками и скоплениями. По-
стоянная Хаббла будет отрицательной
и станет постепенно понижаться. Сверх-
галактики и скопления начнут прибли-
жаться друг к другу все быстрее и быс-
трее, подобно камню, падающему на
Землю. Наконец, произойдет гигантское
столкновение, „большой коллапс" всех
сверхгалактик и скоплений галактик, оди-
ночных галактик и звезд. Возникнет рас-
каленный массивный шар, аналогичный
тому, который существовал на начальном
этапе Вселенной, это значит при „боль-
шом взрыве".
„Большой коллапс" — это обращенный
во времени „большой взрыв". Он про-
изойдет приблизительно через 70 мил-
лиардов лет, когда возрасг Вселенной
достигнет 80 миллиардов лет. В результа-
те „большого коллапса" перестанут су-
ществовать все системы, потому что энер-
гия связи намного меньше той невероят-
ной энергии масс, которые подвергнутся
колоссальному сжатию. Погибнут все
системы, начиная с атомного ядра и кон-
чая сверхгалактикой, и все тела во Все-
ленной распадутся на элементарные час-
тицы.
Что будет потом? Сначала мы погово-
рим о том, как рождались эти системы
после „большого взрыва".
144 За десять миллиардов лет эволюции из бесформенной
хаотической материи образовались галактические скопления,
в них — галактики, из протозвезд — звезды и планеты. Затем
эволюция материи на Земле достигла уровня разумной формы
94
существования и развития зрелой культуры. Потребовалось
около десяти миллиардов лет, чтобы из элементарных частиц
„большого взрыва" (слева, вверху) образовалась совершенная
система — человеческий мозг.

kT ~ 2mc2
Т ) 2moc2
k
то есть
hv = kT.
2 m,ñ'
k
1010
T= K.
От хаоса и ортянизании
;"'Строение Вселенной, с которой мы по-
знакомились на предыдущих ~aHHÀax,
является результатом давно минувших со-
бытий. Процесс эволюции Вселенной
происходит очень медленно. Ведь Вселен-
ная во много миллионов раз старше астро-
номии и вообще человеческой культуры.
Зарождение и эволюция жизни на Земле
является лишь ничтожным звеном эволю-
ции Вселенной. И все же исследования,
проведенные в нашем веке, приоткрыли
занавес, закрывающий от нас далекое
прошлое.
Напомним важнейшие события истории
Вселенной. Следующие главы можно бы-
ло бы назвать краткой, очень краткой,
историей Вселенной: от „большого взры-
ва" до наших дней. Эта история посвяще-
на исследованию вещества и энергии,
и настоящее „theatrum mundi" („ театр
мира"), в рамках которого любая другая
история (история отдельных народов, че-
ловечества, биосферы и т. д.) представ-
ляется лишь незаметным эпизодом.
Современные астрономические наблю-
дения свидетельствуют о том, что нача-
лом Вселенной, приблизительно десять
миллиардов лет назад, был гигантский
огненный шар, раскаленный и плотный.
Его состав был весьма прост. Этот огнен-
ный шар был настолько раскален, что
состоял лишь из свободных элементар-
ных частиц, которые стремительно двига-
лись, сталкиваясь друг с другом.
На протяжении десяти миллиардов лет
после „большого взрыва" простейшее
бесформенное вещество постепенно пре-
вращалось в атомы, молекулы, кристал-
лы, породы, планеты. Рождались звезды,
системы, состоящие из огромного коли-
чества элементарных частиц с весьма про-
стой организацией. На некоторых плане-
тах, подобных Земле, могли возникнуть
живые организмы, системы гораздо мень-
шие, чем звезды, но в то же время более
совершенно и целесообразно организо-
ванные.
В настоящее время последним звеном
эволюции Вселенной является человек.
Пока мы не знаем, продвинулась ли где-
нибудь во Вселенной эволюция еще даль-
ше и каков будет ее путь на Земле. Но
в любом случае мы, являемся частицей
Вселенной и звеном в цепи ее развитии.
Начало Вселенной
Рисунок 143 показывает, что Вселенная
расширяется. Тот момент, с которого Все-
ленная начала расширяться, принято счи-
тать ее началом (рис. 145). Тогда началась
первая и полная драматизма эра в истории
Вселенной. Ее называют „большим взры-
вом" или английским термином Big
Bang.
Под расширением Вселенной подразу-
мевается такой процесс, когда то же самое
количество элементарных частиц и фото-
нов занимает постоянно возрастающий
объем. Средняя плотность Вселенной
в результате расширения постепенно по-
нижается. Из этого следует, что в про-
шлом плотность Вселенной была больше,
чем в настоящее время. Можно предполо-
жить, что в глубокой древности (пример-
но десять миллиардов лет назад) плот-
ность Вселенной была очень большой.
Кроме того высокой должна была быть
и температура, настолько высокой, что
плотность излучения превышала плот-
ность вещества. Иначе говоря, энергия
всех фотонов, содержащихся в 1 смз была
больше суммы общей энергии (m . с~) всех
частиц, содержащихся в 1 см'. На самом
раннем этапе, в первые мгновения „боль-
шого взрыва" вся материя была сильно
раскаленной и густой смесью частиц, ан-
тичастиц и высокоэнергичных гамма-фо-
тонов. Энергия частиц в то время намного
превышала энергию быстрых частиц в са-
мых мощных ускорителях мира (Батавиа,
ЦЕРН, Серпухов). Частицы при столкно-
вении с соответствующими античастица-
ми аннигилировали, но возникающие гам-
ма-фотоны моментально материализиро-
вались в частицы и античастицы (стр. 43).
Это стремительное возникновение и пре-
кращение элементарных частиц можно
проиллюстрировать следующей схемой:
частица + античастица ~ ~гамма-фотоны,
причем стрелка вверху обозначает анни-
гиляцию, нижняя стрелка — материали-
зацию.
Подробный анализ показывает, что
температура вещества Т понижалась во
времени t в соответствии с простым соот-
ношением:
Зависимость температуры Т от времени
t дает нам возможность определить, что,
например, в момент, когда возраст Все-
ленной исчислялся всего одной десятиты-
сячной секунды (t = 10 4 сек), ее темпе-
ратура представляла 10'2 К, то есть один
биллион кельвинов. Это легко доказать,
если t = 10-4 то g 10-4' = 10-2 Но де
лить на одну сотую значит умножать на
сто, (102). Таким образом получается:
Т = 1О" . 1О' К = 1О" К.
Следующим важным соотношением,
позволяющим нам заглянуть в тайну
эволюции Вселенной на самом раннем ее
этапе, является:
Левая часть соотношения выражает энер-
гию фотона, который колеблется v раз
в секунду. Буква h — это уже знакомая нам
постоянная Планка (h = 6 62 10 з4
Дж . сек. = 3,92 . 10 '5 эв . сек.). Выраже-
ние в правой части соотношения пред-
ставляет собой произведение постоянной
Больцмана k и температуры Т (k
= 1,38. 10 2З Дж/К = 8,17. 10 5 эв/К).
Оно определяет среднюю энергию части-
цы в веществе, температура которого
равна Т. Таким образом, соотношение
показывает, что энергия фотонов в раска-
ленном веществе приблизительно равна
энергии частиц и античастиц.
Температура раскаленной плотной ма-
терии на начальном этапе Вселенной со
временем понижалась, что и отражается
в соотношении (стр. 96). Это значит, что
понижалась средняя кинетическая энергия
частиц kT. Согласно соотношению пони-
жалась и энергия фотоновhv. Это возмож-
но лишь в том спучае, если уменьшится их
частота v. Понижение энергии фотонов во
времени имело для возникновения частиц
и античастиц путем материализации важ-
ные последствия. Рис. 60 показывает, что
фотон способен превратиться в частицу
и античастицу лишь в том случае, если он
обладает достаточной энергией. Для того,
чтобы фотон превратился (материализо-
вался) в частицу и античастицу с массой m
и энергией покоя m,ñ2, ему необходимо
обладать энергией 2m,ñ2 или большей. Эта
зависимость выражается так:
hv ~ 2т,с2.
Со временем энергия фотонов hv понижа-
лась, и как только она упала ниже произ-
ведения энергии покоя частицы и анти-
частицы (2m,ñ2), фотоны уже не способ-
ны были обеспечить возникновение час-
тиц и античастиц с массой m,. Так, напри-
мер, фотон, обладающий энергией мень-
шей, чем 2 . 938 Мэв = 1876 Мэв, не
способен материализоваться в протон
и антипротон, потому что энергия покоя
протона и антипротона равна 938 мэв.
В предыдущем соотношении можно за-
менить энергию фотонов hv кинетической
энергией частиц kT,
Знак неравенства, переведенный на язык
слов, означает следующее: частицы и со-
ответствующие им античастицы возника-
ли при материализации в раскаленном
веществе лишь до тех пор, пока темпера-
тура вещества Т не упала ниже значения.
Просмотрев таблицу элементарных
частиц сверху вниз, мы видим, как посте-
пенно переставали рождаться элементар-
ные частицы (имеется в виду понижение
m, или m,ñ2). Но в то же время без всяких
ограничений частицы могли умирать при
столкновении с античастицами.
На начальном этапе расширения Все-
ленной из фотонов рождались частицы
и античастицы. Этот процесс постепенно
оспабевал, что привело к вымиранию
частиц и античастиц. Поскольку анниги-
ляция может происходить при любой тем-
пературе, постоянно осуществлялся про-
цесс чатица + античастица-~ 2 гамма-фо-
тона при условии соприкосновения вещес-
тва с антивеществом. Процесс материали-
зации
гамма — фотон -~ частица + античастица
мог протекать лишь при достаточно высо-
кой температуре. Согласно тому, как ма-
териализация в результате понижающей-
ся температуры раскаленного вещества
приостановилась, эволюцию Вселенной
принято разделять на четыре эры: адрон-
ную, лептонную, фотонную и звездную.

98

а) Адронная эра. При очень высоких
температурах и плотности в самом начале
существования Вселенной материя сос-
тояла из всех частиц, представленных
, в таблице 14. Легко доказать и то, что все
частицы присутствовали в одинаковом
количестве. С первого взгляда на таблицу
становится ясно, что адронов намного
больше, чем лептонов. Поэтому вещество
на самом раннем этапе состояло прежде
всего из адронов, и ранняя эра эволюции
Вселенной называется адронной, несмот-
ря на то, что в то время существовали
и лептоны.
Через миллионную долю секунды с мо-
мента рождения Вселенной (то есть во-
зраст Вселенной составлял 10 ~ сек), тем-
пература Т упала на 10 биллионов кельви-
нов (10'ЗK). Средняя кинетическая энер-
гия частиц кТ и фотонов hv составляла
около миллиарда эв (10З Мэв), что со-
ответствует энергии покоя барионов.
В первую миллионную долю секунды
эволюции Вселенной происходила мате-
риализация всех барионов неограничен-
но, так же, как и аннигиляция. Но по
прошествии этого времени материализа-
ция барионов прекратилась, так как при
температуре ниже 10'з К фотоны не об-
ладали уже достаточной энергией для ее
осуществления. Процесс аннигиляции ба-
рионов и антибарионов продолжался до
тех пор, пока давление излучения не отде-
лило вещество от антивещества. Неста-
бильные гипероны (самые тяжелые из
барионов) в процессе самопроизвольного
распада превратились в самые легкие из
барионов (протоны и нейтроны). Так во
Вселенной исчезла самая большая группа
барионов — гипероны. Нейтроны могли
дальше распадаться в протоны, которые
далее не распадались, иначе бы нарушил-
ся закон сохранения барионного заряда
(стр. 20). Распад гиперонов происходил на
этапе с 10 6 до 10~ секунды.
К моменту, когда возраст Вселенной
достиг одной десятитысячной секунды
(10 4 сек), температура ее понизилась до
10'2 К, а энергия частиц и фотонов пред-
ставляла лишь 100 Мэв. Ее не хватало
уже для возникновения самых легких ад-
ронов — пионов. Пионы, существовавшие
ранее, распадались, а новые не могли
возникнуть. Это означает, что к тому
моменту, когда возраст Вселенной достиг
10 4 сек, в ней исчезли все мезоны. На
этом и кончается адронная эра, потому
что пионы являются не только самыми
легкими мезонами, но также и легчайши-
ми адронами. Никогда после этого силь-
ное взаимодействие (ядерная сила) не
проявлялась во Вселенной в такой мере,
как в адронную эру, длившуюся всего
лишь одну десятитысячную долю се-
кунды.
б) Лентонная эра. Когда энергия час-
тиц и фотонов понизилась в пределах от
100 Мэв до 1 Мэв в веществе было много
лептонов. Температура была достаточно
высокой, чтобы обеспечить интенсивное
возникновение электронов, позитронов
и нейтрино. Барионы (протоны и нейтро-
ны), пережившие адронную эру, стали по
сравнению с лептонами и фотонами
встречаться гораздо реже.
Лептонная эра начинается с распада
последних адронов — пионов — в мюоны
и мюонное нейтрино, а кончается через
несколько секунд при температуре 10'о К,
когда энергия фотонов уменьшилась до
1 Мэв и материализация электронов и по-
зитронов прекратилась. Во время этого
этапа начинается независимое существо-
вание электронного и мюонного нейтри-
но, которые мы называем „реликтовы-
ми". Все пространство Вселенной напол-
нилось огромным количеством реликто-
вых электронных и мюонных нейтрино.
Возникает нейтринное море, о котором
мы говорили выше. Наша аппаратура все
еще недостаточно чувствительна, и вслед-
ствие этого реликтовое нейтринное море
пока не удалось обнаружить.
в) Фотонная эра или эра излучения. На
смену лептонной эры пришла эра излуче-
ния. Как только температура раскален-
ной Вселенной понизилась до 10'о К,
а энергия гамма-фотонов достигла 1 Мэв,
произошла только аннигиляция электро-
нов и позитронов. Новые электронно-по-
зитронные пары не могли возникать
вследствие материализации, потому что
фотоны не обладали достаточной энер-
гией. Но аннигиляция электронов и по-
зитронов продолжалась дальше, пока дав-
ление излучения полностью не отделило
вещество от антивещества. Со времени
адронной и лептонной эры Вселенная,
была заполнена фотонами. К концу леп-
тонной эры фотонов было в два миллиар-
да раз больше, чем протонов и электро-
нов. Важнейшей составной Вселенной по-
сле лептонной эры становятся фотоны,
причем не только по количеству, но и по
энергии.
Для того, чтобы можно было сравнить
роль частиц и фотонов во Вселенной,
была введена величина плотности энер-
гии. Это количество энергии в 1 смз, точ-
нее, среднее количество (исходя из пред-
посылки, что вещество во Вселенной
распределено равномерно). Если сложить
вмесге энергию hv всех фотонов, присут-
ствующих в 1 смз, то мы получим плот-
ность энергии излучения Е,. Сумма энер-
гии покоя всех частиц в 1 смз является
средней энергией вещества Е во Все-
ленной.
Вследствие расширения Вселенной по-
нижалась плотность энергии фотонов
и частиц. С увеличением расстояния во
Вселенной в два раза, объем увеличивался
в восемь раз: частицы и фотоны размеща-
лись в пространстве, в восемь раз боль-
шем. Иными словами, плотность частиц
и фотонов понизилась в восемь раз. Но
фотоны в процессе расширения ведут себя
иначе, чем частицы. В то время, как
энергия покоя частиц во время расшире-
ния Вселенной не меняется, энергия фо-
тонов при расширении уменьшается. Фо-
тоны понижают свою частоту колебания,
словно „устают" со временем. Вследствие
этого плотность энергии фотонов (Е,)
падает быстрее, чем плотность энергии
частиц (Е ). Преобладание во Вселенной
фотонной составной над составной частиц
(имеется в виду плотность энергии) на
протяжение эры излучения уменьшалось
до тех пор, пока не исчезло полностью.
K этому моменту обе составные пришли
в равновесие (то есть Е, = Е )'. Кончается
эра излучения и вместе с этим период
„большого взрыва". Так выглядела Все-
ленная в возрасте примерно 300 000 лет.
Расстояния в тот период были в тысячу
раз короче, чем в настоящее время (рис.
157).
„Большой взрыв" продолжался сравни-
тельно недолго, всего лишь одну тридца-
титысячную теперешнего возраста Все-
ленной. Несмотря на краткость срока, это
все же была самая славная эра Вселенной.
Никогда после этого эволюция не проте-
кала уже столь драматично и стремитель-
но, как в самом ее начале, во время
„большого взрыва". Все события во Все-
ленной в тот период касались свободных
элементарных частиц, их превращений,
рождения, распада, аннигиляции. Не сле-
дует забывать, что в столь короткое вре-
мя (всего лишь несколько секунд) из
богатого разнообразия видов элементар-
ных частиц исчезли почти все: одни путем
аннигиляции (превращением в гамма-фо-
тоны), иные путем распада на самые
легкие барионы (протоны) и на самые
легкие заряженные лептоны (электро-
ны). Такое существенное упрощение в ми-
ре элементарных частиц, касающееся их
количества и видов, является отличитель-
ной чертой раннего этапа эволюции Все-
ленной. Все частицы и античастицы изоб-
раженные на рис. 14, которые сегодня
удается получить лишь как редкие экзем-
пляры в самых мощных ускорителях
мира, встречались в то время в изобилии.
После „большого взрыва" наступила
продолжительная эра вещества, эпоха
преобладания частиц. Мы называем ее
звездной эрой. Она продолжается со вре-
мени завершения „большого взрыва"
(приблизительно 300 000 лет) до наших
дней. Эволюция Вселенной в звездную
эру развивается не столь драматично
и стремительно, как в начальном этапе ее
образования. По сравнению с периодом
„большого взрыва" ее развитие нам пред-
ставляется как будто слишком замедлен-
ным. Это происходит по причине низкой
плотности и температуры. Таким обра-
зом, эволюцию Вселенной мы можем
сравнить с фейерверком, который окон-
чился. Остались горящие искры, пепел
и дым. Мы стоим на остывшем пепле,
вглядываемся в стареющие звезды и вспо-
минаем красоту и блеск возникновения
Вселенной. Взрыв суперновой или гигант-
ский взрыв галактики — ничтожные явле-
ния в сравнении с большим взрывом.
Рождение сверхгалактик
и скоплений галактик
Эры эволюции Вселенной характери-
зуются тем, что каждый последующий
этап длиннее предыдущего — от одной
десятитысячной секунды в адронную эру
до десяти милиардов лет в звездную эру,
которая продолжается и ныне. Чем коро-
че этап, тем драматичнее события, проис-
ходившие в нем.
100

гравитации
образовывала
звездные скопления,
в которых рождались
звезды (9).
Во время эры излучения продолжалось
стремительное расширение космической
материи, состоящей из фотонов, среди
которых встречались свободные протоны
или электроны и крайне редко — альфа-
частицы. (Не надо забывать, что фотонов
было в миллиард раз больше чем прото-
нов и электронов). В процессе расшире-
ния увеличивается объем и понижается
плотность. В период эры излучения про-
тоны и электроны в основном осгавались
без изменений, уменьшалась только их
скорость. В начале эры протоны двига-
лись со скоростью примерно 10 тысяч
километров в секунду, а в конце ее их
скорость была уже только около 10 кило-
метров в секунду. С фотонами дело об-
стояло намного сложнее. Хотя скорость
их осталась прежней, в течение эры излу-
чения гамма-фотоны постепенно превра-
щались в фотоны рентгеновские, ультра-
фиолетовые и фотоны света. Вещество
и фотоны к концу эры остыли уже на-
столько, что к каждому из протонов мог
присоединиться один электрон. При этом
происходило излучение одного ультра-
фиолетового фотона (или же нескольких
фотонов света) и, таким образом, возник
атом водорода. Это была первая система
частиц во Вселенной.
С возникновением атомов водорода на-
чинается звездная эра — эра частиц, точ-
нее говоря, эра протонов и электронов.
Все показаные частицы и античастицы,
погибли уже в адронной и лептонной эрах,
т. е. триста тысяч лет тому назад. Прото-
ны же и электроны не могли исчезнуть,
потому что это противоречило бы закону
сохранения барионногоиэлектрического
зарядов. Все фотоны пережили эру излу-
чения, более того, в конце этого периода
к ним добавилось много фотонов света
и ультрафиолетовых, возникающих
в процессе образования атомов водорода
из протонов и электронов. Но при расши-
рении фотоны потеряли много своей
энергии. Из гамма-фотонов адронной эры
постепенно, к концу эры излучения, оста-
лись только фотоны света.
Вселенная вступает в звездную эру
в форме водородного газа с огромным
количеством световых и ультрафиолето-
вых фотонов. Водородный газ расширял-
ся в отдельных частях Вселенной с раз-
личной скоростью. Неодинаковой была
также и его плотность. Он образовывал
огромные сгустки, в много миллионов
световых лет. Масса таких космических
водородных сгустков была в сотни тысяч,
а то и в миллионы раз больше, чем масса
нашей теперешней Галактики. Расшире-
ние газа внутри сгустков шло медленнее,
чем расширение разреженного водорода
между самими сгущениями. Позднее из
отдельных сгустков с помощью собствен-
ного притяжения образовались сверхга-
лактики и скопления галактик. Итак,
крупнейшие структурные единицы Все-
ленной — сверхгалактики — являются ре-
зультатом неравномерного распределе-
ния водорода, которое происходило на
первых этапах исгории Вселенной.
Рождение галактик
Колоссальные водородные сгущения
— зародыши сверхгалактик и скоплений
галактик — медленно вращались. Внутри
их образовывались вихри, похожие на
водовороты или воздушные завихрения.
Их диаметр достигал примерно ста тысяч
световых лет. Мы называем эти системы
протогалактиками, т. е. зародышами га-
лактик. Несмотря на свои невероятные
размеры, вихри протогалактик были все-
го лишь ничтожной частью сверхгалак-
тик и по диаметру не превышали одну
тысячную сверхгалактики. Сила гравита-
ции образовывала из этих вихрей системы
звезд, которые мы называем галактика-
ми. Некоторые из галактик до сих пор
напоминают нам гигантское завих-
рение (рис. 129, 132, 135, 137).
Астрономические исследования пока-
зывают, что скорость вращения завихре-
ния предопределила форму галактики,
родившейся из этого вихря. Выражаясь
научным языком, скорость осевого вра-
щения определяет тип будущей галакти-
ки. Из медленно вращающихся вихрей
возникли эллиптические галактики, в то
время как из быстро вращающихся роди-
лись сплющенные галактики спиральные
(рис. 137, 147).
В результате силы тяготения очень мед-
ленно вращающийся вихрь сжимался
в шар или несколько сплюснутый эллип-
соид. Размеры такого правильного ги-
гантского водородного облака были от
нескольких десятков до нескольких сотен
тысяч световых лет. Не трудно опреде-
лить, какие из водородных атомов вошли
в состав рождающейся эллиптической,
точнее говоря, эллипсоидальной галакти-
ки, а какие остались в космическом про-
странстве вне ее. Если энергия связи сил
гравитации атома на периферии превы-
шала ero кинетическую энергию, атом
становился составной частью галактики.
Это условие называется критерием Джин-
са. С его помощью можно определить,
в какой степени зависела масса и величина
протогалактики от плотности и темпера-
туры водородного газа.
Протогалактика, которая вообще не
вращалась, становилась родоначальницей
шарообразной галактики. Сплющенные
эллиптические галактики рождались из
медленно вращающихся протогалактик.
Из-за недостаточной центрообежной си-
лы преобладала сила гравитационная.
Протогалактика сжималась и плотность
водорода в ней возрастала. Как только
плотность достигала определенного уров-
ня, начали выделяться и сжиматься сгуст-
146 Звездная эра,
которую также
называют эрой
вещества, начинается
в тот момент, когда
возраствселенной
достиг 300 000 лет
и возник нейтральный
водород. Оставшиеся
свободные протоны
еще продолжают
соединяться со
свободными
электронами (1).
Колоссальные массы
горячего водородного
re — (104K)
насыщены световым
излучением, они
расширяются
и охлаждаются (2).
Большие сгустки
расширялись более
медленно. Из них,
благодаря силе
гравитации,
рождались
сверхгалактики (3, 4).
В образовавшейся
сверхгалактике
начинали
обозначаться
скоплениягалактик
(6,7), а в них
зарождались
галактики (8, 16).
В галактиках
лихорадочным
темпом сила

147
11 111 11!
11 111 111
105
147 Из огромного,
быстро
вращающегося облака
(11), гравитация
создавала Галактику.
Из сгустков прежде
всего образовывались
гало (12), а в них
— шаровые звездные
скопления (13). На
оставшийся
неиспользованный газ
в гало действовали две
силы: сила
собственного
тяготения Галактики
(зеленые стрелки)
и центробежная сила
(красно-белые
стрелки) (14). Они
сдавили газ всей
Галактики в тонкий
диск (15), в котором
затем рождались и до
сих пор рождаются
позднейшие
поколениязвезд(так
называемые звезды
1 поколения) (16).
ки водорода, имеющие массу порядка
0,006 М~~ — 100 М~~. Рождались протоз-
везды, которые позже эволюционирова-
ли в звезды (рис. 151). Рождение всех
звезд в шаровой или слегка сплющенной
протогалактике происходило почти од-
новременно. Процесс этот продолжался
относительно недолго, примерно сто мил-
лионов лет. Это значит, что в эллиптичес-
ких галактиках все звезды приблизитель-
но одинакового возраста, т. е. очень ста-
рые. В эллиптических галактиках весь
водород был исчерпан сразу же в самом
начале, примерно в первую сотую време-
ни сущестования галактики. На протяже-
нии последующих 99 сотых этого периода
звезды уже не могли возникать: для этого
не было „строительного материала".
В эллиптических галактиках, таким обра-
зом, количество межзвездного вещества
либо ничтожно, либо оно вовсе отсут-
ствует.
Спиральные галактики, в том числе
и наша Галактика, состоят из очень ста-
рой сферической составляющей (в этом
они похожи на эллиптические галактики)
и из более молодой плоской составляю-
щей, находящейся в спиральных рукавах.
Между этими составляющими существует
несколько переходных компонентов раз-
ного уровня сплюснутости, разного во-
зраста и скорости вращения. Строение
спиральных галактик, таким образом,
сложнее и разнообразнее, чем строение
эллиптических. Спиральные галактики
кроме этого вращаются значительно
быстрее, чем галактики эллиптические.
Не следует забывать, что они образова-
лись из бы стровращающихся вихрей
сверхгалактики. Поэтому в создании спи-
ральных галактик участвовали и гравита-
ционная и центробежная силы.
Облако, из которого родилась спираль-
ная галактика, было очень большое
и имело шарообразную форму (рис. 147).
В начале оно вращалось медленно, и не
существовало значительной разницы
между протогалактикой, из которой
позже возникла эллиптическая галакти-
ка,и протогалактикой,из которой роди-
лась галактика спиральная. Поэтому
звезды начального этапа в нашей Галак-
тике, как и в других спиральных галакти-
ках, распределены в шарообразном объе-
ме. Они называются сферической состав-
ляющей или населением второго типа.
Эти звезды вращаются вокруг центра спи-
ральной галактики по вытянутым эллип-
тическим орбитам. Их спектры и возраст
те же, что и у звезд эллиптических галак-
тик. Если бы из нашей Галактики через
сто миллионов лет после ее возникнове-
ния (это время формирования сферичес-
кой составляющей) улетучился весь
межзвездный водород, новые звезды не
смогли бы рождаться, и наша Галактика
стала бы эллиптической. Разумеется, не
существовало бы ни нашего Солнца, ни
планет Солнечной системы, ни Млечного
Пу.
Но межзвездный газ в те далекие време-
на не улетучился, и, таким образом, грави-
тация и вращение могли продолжать
строительство нашей и других спираль-
ных галактик. На рис. 147 мы видим, что
вращение межзвездного газа, который
остался после образования сферической
составляющей, должно было ускориться.
Чем больше он сжимался под действием
силы тяготения, тем быстрее вынужден
был вращаться согласно закону о сохра-
нении момента количества движения или
углового момента. Это явление нам хоро-
шо известно из фигурного катания: фигу-
рист, прижимающий руки к телу, вра-
щается гораздо быстрее. Более быстрое
вращение означает большую центробеж-
ную силу (рис. 147).
На каждый атом межзвездного газа
действовали две силы — гравитация, при-
тягивающая его к центру галактики,
и центробежная сила, выталкивающая
его по направлению от оси вращения. Как
показано на рис. 147, в конечном итоге
межзвездный газ сжимается по направле-
нию к галактической плоскости (т. е.
плоскости, которая проходит через центр
Галактики и перпендикулярна оси враще-
ния). В настоящее время межзвездный газ
сконцентрирован к галактической плос-
кости в весьма тонкий слой. Он сосредо-
точен прежде всего в спиральных рукавах
и представляет собой плоскую или проме-
жуточную составляющую, названную
звездным населением второго типа.
На каждом этапе сплющивания меж-
звездного газа во все более утончающий-
ся диск рождались звезды. Поэтому мож-
но найти в нашей Галактике и других
спиральных галактиках звезды, как ста-
рые, возникшие примерно десять мил-
лиардов лет назад (напр., звезды в шаро-
вых скоплениях), так и звезды, родившие-
ся недавно в спиральных рукавах, в так
называемых ассоциациях и рассеянных
скоплениях. Можно сказать, что чем бо-
лее сплющена система, в которой роди-
лись звезды, тем они моложе (рис. 147).
Самые молодые звезды — это те, кото-
рые рождаются в настоящее время из
облаков межзвездного газа, концентри-
руемого в галактической плоскости. Эти
газы частично являются остатками водо-
рода, из которого состояла протогалакти-
ка. К межзвездному водороду примеши-
ваются газы и пыль, выброшенные ста-
рыми звездами. С точки зрения химичес-
кого состава современный межзвездный
материал обогащен всеми элементами,
которые известны нам из периодической
таблицы Менделеева. Напротив, самые
старые звезды сферической составляю-
щей рождались из водорода. По этой
причине самые молодые звезды содержат
в отличие от самых старых множество
тяжелых элементов, например, металлов.

148 Газовая
туманность
в созвездии Ориона
представляет собой
гигантские облака
светящегося водорода.
Она находится от нас
на расстоянии 1500
световых лет. Ее
можно видеть
невооруженным
глазом в виде
облачка вцентре меча
Ориона. В нее входит
много молодых
и заромсдающихся
звезд, которые можно
наблюдать пока
только
в инфракрасном свете.
150 Диаграмма
Герцшпрунга-Рессела.
На горизонтальной
оси отложена
Каждой реальной
звезде соответствует
определенная точка
диаграммы,
характеризующая
температуру на ее
поверхности
и светимость.
Но наоборот,
произвольно
избранная точка на
диаграмме не
всегда
соответствует
реальной звезде во
Вселенной.
Подавляющее
большинство звезд
образуют так
называемую главную
последовательность,
которая представляет
собой диагональ на
диаграмме, идущую из
левого верхнего
в правый нижний угол.
температура звезд
(точнее говоря,
температура на их
поверхности), которая
растет справа налево.
Справа расположены
звезды более
холодные,
темно-красные. Цвет
звезд справа налево
постепенно меняется:
от красного к белому
и голубому. На
вертикальной оси
откладывается
светимость звезд.
В нижней части
149 Часть
туманности „Розетка"
в созвездии
Единорога. Находится
от нас на расстоянии
4000 световых лет. Ее
диаметр равен 50
световым годам.
Миллион лет назад
в этой туманности
возникла группа ярких
звезд, за счет которых
туманность излучает
свет и тепло. Темные
сгустки туманности
— глобулы — зародьппи
новых звезд
и планетных систем.
диаграммы находятся
нейтронные звезды,
в верхней части
— гиганты
и сверхгиганты.
Вот мы и подошли к вопросу о рождении
и эволюции звезд и химических элемен-
тов, из которых они состоят.
Рождение звезд
Судьбы звезд во многом напоминают
человеческие судьбы. Они рождаются,
в них происходят превращения энергии,
они влияют на окружающую среду и,
в конце концов, умирают. Материал, из
которого они возникают, называется
межзвездным веществом. Оно находится
в беспредельном пространстве между
звездами. Вещество это состоит из атомов
(прежде всего из водорода, хотя присут-
ствуют и более тяжелые элементы) и из
мельчайших пылевых частиц. Если меж-
звездное вещество освещается близкими
звездами, его скопления предстают перед
нами в виде светлых туманностей (рис.
148). И.наоборот, когда большие скопле-
ния межзвездного вещества, содержа1цие
множество пылевых частиц поглощают
излучение отдаленных звезд, мы наблю-
даем темные пылевые туманности (рис.
149). Иногда можно увидеть оченьмалень-
кие темные туманности на фоне туман-
ностей светлых. Они называются глобу-
лами. Размеры этих шарообразных сгуст-
ков межзвездной пыли и газа могут быть
приблизительно в пределах от Солнца до
кометного облака Оорта (рис. 149). Это
зародыши звезд и планетных систем.
Глобулы содержат большое количество
потенциальной энергии, которая способ-
на освободиться и превратиться в тепло
или излучение. Речь идет об энергии гра-
витационной и ядерной. Гравитация стре-
мится сжать довольно крупную глобулу
в как можно меньший Объем. При этом
освобождается гравитационная энергия.
Второй потенциальной энергией глобулы
является ядерная энергия водорода — ос-
новного компонента глобулы. В процессе
термоядерных реакций протоны могут
соединиться в более тяжелые ядра, и при
этом освобождается их потенциальная
энергия.
Протозвезда, пользуясь запасами своей
гравитационной энергии, превращает ее
в тепло. Ее ядро нагревается до тех пор,
пока не вспыхнет термоядерная реакция.
Процесс сжатия протозвезды в этот мо-
мент останавливается, и в ее недрах начи-
нает освобождаться ядерная энергия во-
дорода, приходящая на смену энергии
гравитационной. При этом температура
в ядре превышает 7 миллионов градусов
по Кельвину, то есть достигает того уров-
ня, при котором водород начинает пре-
вращаться в гелий. Протозвезда, таким
образом, трансформируется в нормаль-
ную звезду с термоядерными реак-
циямие
До того, как возгорится водород, в про-
тозвезде в очень короткие сроки происхо-
дят термоядерные реакции, в процессе
которых при температурах около мил-
лиона градусов по Кельвину литий и бери-
лий превращаются в гелий, а при темпера-
турах около 5 миллионов градусов по
Кельвину ядра бора превращаются в ядра
гелия. Если рассматривать их как источ-
ник энергии, то эти реакции не имеют
никакого значения. Они представляют
собой всего лишь ничтожный эпизод

800 000 000 К
(я~яф
108
151 Эволюция звезд.
Дольше всех живут те
звезды главной
последовательности
(А), в ядре которых
(белый шар) водород
превращается в гелий
(1). Когда в недрах
звезды образуется
гелий,
гравитация сжимает
ядро звезды до
меньшего объема
и при этом
разогревает его до 100
миллионов кельвинов
(В). Гелий при этой
температуре
превращаезхж
в углерод (2). В то
время как ядро
сжимается, внешние
оболочки
расширяются
и охлаждаются: звезда
превращается
в красный холодный
Дальнейшая
эволюция звезд
происходит поэтапно
(С): из углерода
образуется кислород,
потом неон и т. д., при
освобождении
энергии чередуются
ядерные реакции
(голубые
прямоугольники)
и процессы, связанные
с действием
гравитации (то есть
возрастание
температуры
и плотности в недрах
звезды). При
температуре 3,5
миллиарда кельвинов
возникает железо.
в эволюции протозвезды. Но именно они
уничтожают литий, берилий и бор. По
этой причине во Вселенной встречается
так мало этих легких элементов.
На протяжении всей своей долгой жиз-
ни звезда существует за счет ядерной
энергии, причем протоны перемещаются
по „террасам стабильности" все ниже
(стр. 48). При этом освобождается энергия
покоя нуклонов и возрастает их энергия
связи в атомном ядре. Стремление изба-
виться от потенциальной энергии, полу-
ченной из глобулы, определяет весь ход
эволюции звезды и является причиной
всех ее превращений. После того, как
исчерпана ядерная энергия, снова начи-
нает освобождаться гравитационная
энергия, и на этом жизнь звезды заканчи-
вается. Все тепло и излучение звезды,
таким образом, содержится уже в ее заро-
дыше, то есть в глобуле.
Глобулы имеют разную величину (от
2 до 5 световых месяцев) и разную массу.
Звезда может возникнуть только из гло-
булы, в которой содержится от 1055 до 1059
нуклонов, что представляет собой массу
от 0,08 М~~ до 100 Мо. Глобула, с массой
во 100 раз превышающей солнечную мас-
су, не способна дать жизнь звезде, ибо в ее
недрах давление излучения настолько вы-
соко, что оно разбрасывает ее обратно
в космическое пространство. Слишком
малая глобула не обладает собственным
притяжением, достаточнымдлятого,что-
бы достичь температуры, необходимой
для термоядерных реакций. По этой при-
чине она и не способна превратиться
в нормальную звезду.
Глобула, которая начинает сжиматься
и нагреваться при помощи собственного
притяжения, называется прото звездой,
пока она не достигнет главной последова-
тельности на диаграмме Герцшпрунга-
Рассела (рис. 193). Эта диаграмма имеет
особое значение для наблюдения за
эволюцией звезд. На горизонтальной оси
обозначена температура на поверхности
звезды, на вертикальной оси — ее свети-
мость (мощность). На диаграмме каждая
звезда изображена точкой, соответствую-
щей температуре на ее поверхности и све-
тимости. Но обе эти величины меняются
во времени, вследствие чего точка, изоб-
ражающая на диаграмме звезду, посте-
пенно передвигается. На рис. 193 изобра-
жено развитие протозвезды от стадии
глобулы до звезды в главной последова-
тельности.
Сколько времени длится гравитацион-
ное сжатие глобулы, пока она не превра-
тится в нормальную звезду? Это зависит
от ее массы. Протозвезда, обладающая
массой около 100 М~~ существует пример-
но сто тысяч лет и, следовательно, сжи-
мается довольно быстро. И наоборот,
легкой протозвезде, с массой порядка
примерно 0,08 Мс,, потребуется примерно
сто миллионов лет, чтобы она стала
„взрослой" звездой. Ее масса слишком
мала, а поэтому медленно осуществляется
и сжатие. За время существования на
Земле человечества на небосклоне приба-
вилось всего лишь несколько звезд, кото-
рые можно наблюдать невооруженным
глазом. Преобладающее большинство ви-
димых звезд появилось на небе еще до
того, как на Земле появился человек. От
массы протозвезды зависит также ее мес-
тонахождение на диаграмме Герцшпрун-
га-Рассела уже в тот период, когда она
превратилась в нормальную звезду.
Очень массивные звезды характеризуют-
ся горячей поверхностью (около
30 000 К), синим цветом и светимостью,
почти в миллион раз превышающей све-
тимость Солнца (L&gt ). Лег ие звез ы,
оборот, имеют поверхносгь, температура
которой ниже 3000 К, сияют красным
цветом и излучают в десять тысяч раз
меньше энергии, чем Солнце.
Звезда имеет громадные запасы водо-

рода, из которого она извлекает энергию,
необходимую для ее светимости. Это объ-
ясняет тот факт, почему преобладаю-
щее большинство звезд подолгу остается
в главной последовательности. Наше
Солнце будет жить, используя свой водо-
род, в общей сложности пятнадцать мил-
лиардов лет. Менее массивные звезды
имеют меньшую светимость и поэтому
живут за счет водорода намного дольше.
Звезды, масса которых превышает массу
Солнца, имеют более короткий период
жизни, так как более высокая светимость
означает, естественно, повышенное ис-
пользование водорода.
Превращение водорода в гелий проис-
ходит лишь в ядре звезды, то есть в цен-
тральной области, в которой сосредото-
чена одна восьмая массы звезды. Даже
если запасы водорода в ядре огромны, все
же когда-то они будут исчерпаны, и на
этом закончится самый длительный и са-
мый спокойный этап в жизни звезды.
Старение звезд
и образование
химических элементов
В процессе превращения водорода в ге-
лий в горячем ядре звезды возникают
альфа-частицы (ядра гелия). Из восьми
частиц (четыре протона и четыре элек-
трона), однако, остаются после превра-
щения лишь три, так как два электрона
аннигилируют с двумя позитронами (рис.
163). В ядре звезды происходит огромное
количество подобных реакций: например,
в Солнце за одну единственную секунду
— 10зв(стр 130) Вовремякаждойреакции
количество частиц понижается с восьми
до трех. Это вызывает понижение давле-
ния в ядре звезды, так как давление
пропорционально количеству частиц. По-
этому давление в гелиевом ядре звезды не
способно сдерживать тяжесть верхних
слоев. Внешняя оболочка звезды сдавли-
вает гелиевое ядро, которое нагревается,
подобно тому, как нагревается сдавливае-
мый воздух в воздушном насосе. Но в то
время, как тепло воздушного насоса во-
зникает за счет энергии наших мускулов,
тепло в ядре звезды возникает за счет
гравитационной энергии. Это та часть
гравитационной энергии, которую звезда,
будучи еще глобулой, не успела исчер-
I
пать. После продолжительного этапа пре-
вращения водорода в гелий, когда дей-
ствовала ядерная сила, источником энер-
гии звезды снова становится грави-
тация.
Горячее ядро нагревает слой водорода,
покрывающий ero. При температуре свы-
ше 7 миллионов градусов по Кельвину
водород начинает превращаться в гелий.
На этом этапе звезда, следовательно, об-
ладает двумя источниками энергии: энер-
гией гравитационного сжатия выгорев-
шего гелиевого ядра и энергией термоя-
дерных реакций в слое, окружающем
ядро.
Y звезды с двумя источниками энергии
повышается ее светимость. В то время как
ядро звезды вследствие сил гравитации
сжимается, горение водорода переходит
постепенно в высшие слои. Результатом
этого является расширение внешних
слоев. Звезда увеличивает свой объем
и превращается в звезду-гигант. Поверх-
ность же звезды в процессе расширения
охлаждается (приобретает красный цвет).
Так рождается красный гигант. На диа-
грамме Герцшпрунга-Рассела красные ги-
ганты изображены в правой верхней
части.
Нагревание гелия в ядре красного ги-
ганта продолжается до тех пор, пока
температура не достигнет ста миллионов
градусов по Кельвину. При этой темпера-
туре альфа-частицы сталкиваются с та-
кой скоростью, что преодолевают силу
взаимного электрического отталкивания
и вследствие этого могут приблизиться на
расстояние 1 ферми (10 'з см). Между
альфа-частицами начинает действовать
мощная ядерная сила, которая соединяет
их в более сложное атомное ядро. Из трех
альфа-частиц при этом возникает ядро
углерода '6C. Это превращение гелия
в углерод можно выразить следующим
образом:
З4с, 1гС
Как только нуклоны становятся состав-
ной частью углеродного ядра, освобож-
дается часть их энергии покоя. Не следует
забывать, что ядро углерода "С на „тер-
расах стабильности" располЬжено ниже
альфа-частицы 4а (4Не). Энергия, осво-
бождившаяся за счет превращения гелия
в углерод, становится источником свети-
мости красных гигантов (стр. 50).
Прежде чем прослеживать далее жизнь
стареющих звезд, давайте поразмышляем
над реакцией превращения гелия в угле-
род. Каждый атом углерода, находящийся
на Земле и во Вселенной, возник в ядре
красных гигантов при температуре около
100 миллионов кельвинов. Атомы угле-
рода являются основой любого живого
организма, ибо обладают способностью
соединяться в длинные цепочки и созда-
вать сложные органические молекулы.
Углеродные атомы, из которых построен
человеческий оганизм и биосфера в це-
лом, возникали в те далекие времена,
когда еще не существовали Солнце и Сол-
нечная система, когда не было еще даже
глобулы, из которой позднее родилось
Солнце и все его семейство. Именно
в звездах-гигантах возникали тогда из
атомов гелия атомы углерода. Это про-
изошло более семи миллиардов лет тому
назад. Из звезд атомы углерода потом
попали в межзвездное пространство. Там
они смешались с межзвездным вещес-
твом, из которого позднее возникли гло-
булы, включая и глобулу нашей Солнеч-
ной системы. Таким образом, атомы угле-
рода переместились из недр старых крас-
ных гигантов на нашу планету, а отсюда
в земные растения и, наконец, вместе
с пищей — в человеческий организм. Мож-
но сказать, что без красных гигантов,
существовавших семь миллиардов лет на-
зад, на Земле не было бы углерода, а,
следовательно, и жизни. Итак, с точки
зрения астрономии нашими далекими
предками являются именно красные ги-
ганты.
Жизнь звезды, однако, не заканчивает-
ся на стадии красного гиганта, в недрах
которого гелий превращается в углерод.
С энергетической точки зрения превра-
щение гелия в углерод не столь эффек-
тивно, как превращение водорода в гелий.
По этой причине сгорание гелия продол-
жается относительно короткое время.
Звезда снова начинает черпать из запасов
своей гравитационной энергии. Ядро звез-
ды, в котором большинство альфа-частиц
превратилось в ядра углерода, сжимается
и нагревается. Оставшиеся альфа-части-
цы вступают в реакцию с ядрами углерода
и превращаются в кислород. Рождение
ядер кислорода можно выразить следую-
щим образом:
'2C +4a — '80 + гамма-фотон.
Этим исчерпывается большая часть ге-
лия, поэтому последующая реакция при
более высокой температуре, результатом
которой является ядро неона, происходит
менее часто, чем те, при которых возни-
кает углерод и кислород:
'60 + 4а — 21ООХе + гамма-фотон.
Как уже было сказано, рождение,
жизнь и старение звезды являются по-
следствием ее упорного стремления изба-
виться от энергии. Когда температура
в ядре звезды достаточно высока, проис-
ходят ядерные реакции. Это продолжает-
ся до тех пор, пока не исчерпывается
химический элемент предыдущего этапа.
После этого звезда начинает использо-
вать собственные запасы гравитационной
энергии, сжимая и нагревая ядро до тех
пор, пока не произойдет очередная тер-
моядерная реакция. Звезда излучает
в космическое пространство громадные
потоки лучистой энергии, почерпнутой из
своей энергии покоя. В этом процессе
чередуются ядерная сила и сила гравита-
ции. Температура в недрах звезды по-
стоянно растет. Поочередное „соревнова-
ние" сил — ядерной и гравитационной
— принимает драматическое направление,.
как будто речь идет о грандиозной ставке,
решающей, которая из этих сил будет
последней, то есть завершающей жизнь
звезды. Легкие звезды с небольшой мас-
сой обладают, естественно, малой силой
гравитации и не могут нагреть свое ядро
до температуры (рис. 153), на которой
может начаться соответствующая тер-
моядерная реакция. Звезды легкие
и очень мелкие завершают свою жизнь|
в виде инфракрасных или белых вырож-
денных карликов (рис. 153).
И наоборот, гравитации массивных~
и сверхмассивных звезд ядерным силам
хватает до конца, то есть до тех пор, пока
полностью не исчерпаются термоядерные
реакции. Зто происходит при температу-
ре около трех с половиной миллиардов
кельвинов, когда в ядре звезды присут-
ствует большое количество железа и хи-
мических элементов, располагающихся
в периодической таблице Менделеева
около железа. Это естественно, так как
железо и окружающие его элементы на-
ходятся в самом низу „терасс стабильнос-
ти", и не способны вообще освобождать
энергию (стр. 48). Массивные и сверхмас-
сивные звезды в такой ситуации по-

16p + 16p
12С + 12С
152 Сверхновая
— смерть массивной
звезды. Когда в недрах
массивной звезды
водород в конечном
итоге превратится
в железо (7),
происходит
гравитационный
коллапс.
Освободившаяся
энергия излучается
в виде нейтрино (8).
На сжатое ядро
— нейтронную звезду
- падает оболочка (9).
при этом невероятно
возрастает
температура (около
200 миллиардов К)
и давление в оболочке,
вследствие этого
происходит
колоссальный взрыв
-супернова.
162
лностью предоставлены влиянию сил гра-
витации. Происходит гравитационный
коллапс (рис. 152).
Но вернемся к температурам от 100 до
200 миллионов кельвинов, при которых
возникали атомы углерода, кислорода
и неона. Не сразу температура в ядре
повышается до трех с половиной мил-
лиардов кельвинов, и три вышеназванных
элемента не превращаются в железо вне-
запно. Возрастание температуры проис-
ходит постепенно, по этапам. Когда тем-
пература в ядре звезды доходит примерно
до восьмисот миллионов кельвинов, начи-
нает сгорать углерод и в процессе сгора-
ния возникает неон, натрий и магний:
1о 1~е +
"Na + 1Н
гз
12~а + оп
1
24
12 Mg + гамма-фотон.
Только при температуре, почти дости-
гающей одного миллиарда кельв иков,
умирают легкие звезды, на которые во
многом похоже и наше Солнце.
Массивные и сверхмассивные звезды
обладают досгаточной гравитационной
силой, чтобы продолжать сжатие звез-
дного ядра и повышать его температуру.
После этого происходят самые различные
ядерные реакции, вследствие которых во-
зникают очередные химические элемен-
ты. Так, например, при температуре
2 миллиарда кельвинов кислород превра-
щается в кремний (Я), фосфор (P) и серу
28~ + 4Н
3&gt & t 1
16~ + ОП
зг
16 $ + гамма-фотон.
Одним из процессов, происходящих
в стареющей звезде, является сгорание
углерода и кислорода, в результате кото-
рого появляются свободные нейтроны и,
легко проникающие в ядра тяжелых эле-
ментов, поскольку они лишены электри-
ческого заряда. Ядра захватывают их,
и вследствие этого появляется ядро, на
один нуклон тяжелее. В этом процессе,
названном медленным захватом иейтро«
иов, образуется ряд элементов. Но так как
нейтронов не слишком много, то у ядра
достаточно времени для изменения в про-
цессе бета-распада, прежде чем оно захва-
тит очередной нейтрон. Так в стареющей
звезде возникают ядра, имеющие 60, а ин-
огда и 210 нуклонов. Существует ряд
атомов (технеций, ртуть, барий, редкозе-
мельные элементы и т. д.), рождение
которых можно объяснить лишь медлен-
ным захватом нейтронов в стареющей
звезде.
Аналогичный процесс, то есть создание
ядер путем захвата нейтронов, протекает
с большой скоростью при смерти массив-
ных звезд, то есть при взрыве сверхновых
(рис. 152). Но существует значительная
разница между захватом нейтронов, про-
исходящим в стареющей звезде и в звезде,
которая умирает при взрыве сверхновой.
Во втором случае температуры дости-
гают 200 миллиардов кельвинов, атомные
ядра расщеплеются и в мощном потоке
нейтронов рождаются новые ядра. В обо-
лочке сверхновой атомное ядро быстро
захватывает один за другим ряд нейтро-
нов, причем прежде чем произойдет бета-
распад. Такие тяжелые ядра с большим
количеством нейтронов переходят на пра-
вый (т. е. нейтронный) склон „долины
стабильности" (стр. 48) и оттуда каскадом
падают вниз в результате Р -распа-
да). В этом и заключается разница между
медленным и быстрым захватом нейтро-
нов. При медленном захвате у ядра
остается достаточно времени для того,
чтобы выслать электрон прежде, чем
будет захвачен очередной нейтрон. По-
этому при медленном захвате нейтронов
возникающие ядра постоянно находятся на
„террасах стабильности" внизу „долины".
Коснувшись быстрого захвата нейтро-
нов мы забежали несколько вперед. Мас-
сивные и сверхмассивные звезды завер-
шают свою ядерную эволюцию лишь тог-
да, когда в них при температуре около
трех с половиной миллиардов кельвинов
рождается ядро, состоящее из атомов же-
В результате высоких
температур
образовавшиеся ранее
ядра атомов отчасти
разбиваются,
освободившиеся
нейтроны проникают
в тяжелые ядра и,
такимобразом,
в расширяющейся
оболочке (12)
рождаются все
элементы, тяжелее
железа. Оболочка
расширяется со
скоростью в несколько
тысяч км/сек и уносит
с собой все ядра
в межзвездное
пространство (18, 11).
7,

153 Смерть звезд.
В этом процессе
большую роль играет
масса звезды. Самые
легкие из них красные
карлики (1) не
обладают
достаточной
гравитацией для того,
чтобы повысить
в то время как
внешние оболочки
разлетаются. При
этом освобождается
огромное количество
энергии (сверхновая
звезда рис. 152).
Энергия ядра
приобретает форму
нейтрино (10)
и покидает пределы
звезды.
Очень массивные
звезды (8)
эволюционируют
подобно массивным
звездам. Но их
гравитационный
коллапс
Смерть звезд
заканчивается
образованием черной
дыры (11). Энергия
утекает из
короблящейся звезды
в форме нейтрина
и антинейтрина (10).
вырожденное ядро
становится белым
карликом. Массивные
звезды заканчивают
свою жизнь быстро
н драматично (6).
После выгорания
водородатемпература
их недр возрастает до
3,5 миллиардов К
и при этом
возникают тяжелые
элементы вплоть до
железа. Под
действием силы
гравитации ядро
звезды коробится
(гравитационный
коллапс) и возникает
нейтронная звезда (7),
154 Планетарная
туманность
в созвездии Лиры.
В центре ее находится
белый карлик
— обнаженное ядро
бывшего красного
гиганта.
Расширяющаяся
туманность
представляет собой
его внешнюю
оболочку. Подобное
будущее ожидает
и наше Солнце.
температуру своих
недр до необходимой
термоядерных
реакций. Они живут,
за счет своей
гравитационной
энергии, постепенно
охлаждаясь
и превращаясь
в инфракрасный
карлик (2)
и в холодный черный
шар (3). Легкие звезды
(4), например, Солнце,
после того, как
исчерпан весь
водород,
превращаются
в красные гиганты
с вырожденным
ядром. Оболочка
такой звезды
отделяется в виде
планетарной
туманности (5),
а обнаженное
леза и близких к нему элементов. Ядерная
энергия в таком ядре полностью исчерпа-
на и эволюция звезды зависит далее от
силы гравитации. Происходит. гравита-
ционный коллапс ядра и звезда умирает.
Мы уже знаем, что эволюция звезды
представляет собой постепенное повыше-
ние температуры в ее недрах. Эволюция
начинается с глобулы, температура кото-
рой составляет примерно 5 кельвинов,
и со временем может дойти до ядра,
состоящего из железа, с температурой три
с половиной миллиарда кельвинов. Судь-
ба звезды определена еще прежде, чем
гравитация начнет сжимать глобулу
в протозвезду. В зависимости от массы
глобулы эволюция и смерть звезд показа-
ны на рисунке 153.
а) Инфракрасные и черные карлики.
Если масса звезды меньше 0,08 М,з, тем-
пература в ее недрах не достигает уровня,
необходимого для сгорания водорода.
Так, например, звезда с массой 0,06 МС,
нагревается при помощи сил гравитации
до температуры всего лишь 2,5 миллио-
нов кельвинов, что недостаточно для пре-
вращения водорода в гелий. Такая звезда
способна жить лишь за счет сил гравита-
ции. Спектр ее излучения — преимущес-
твенно инфракрасный. Когда сила грави-
тации перестанет сжимать звезду (звезда
становится полностью вырожденной),
она теряет источник энергии. Вследствие
этого звезда остывает и превращается
в черного карлика.
б) Белый карлик и планетарная туман-
ность. Если масса глобулы находится
в пределах от 0,08 Мо до 4,0 МО, глобула
превращается в легкую звезду. К группе
легких звезд принадлежит и наше Солнце.
Температура в недрах легких звезд может
достигать нескольких сотен миллионов
кельвинов. Это означает, что в них не
происходят все термоядерные реакции,
о которых говорилось выше. Более тяже-
лые звезды этой группы (от 1,4 Мз до
4,0 МО) в продолжении своей жизни
и прежде всего в преклонном возрасте
избавляются от большей части своей
плазмы, выбрасывая ее в межзвездное
пространство. Результатом последнего
выброса плазмы является планетарная
туманность (рис. 154).
Красный гигант состоит из массивного
вырожденного ядра земного диаметра
и огромной редкой плазменной оболочки
конвективной зоны. Плазменная оболоч-
ка расширяется и отделяется от вырож-
денного ядра. Расширяющуюся оболочку
мы наблюдаем в виде планетарной туман-
ности, в центре которой осталась малень-
кая, но плотная вырожденная звездочка
115

156 Остатки
суперновой звезды,
которая взорвалась
около двадцати тысяч
лет назад в созвездии
Лебедя. Мы называем
ее „Волокнистой
туманностью". Она
продолжает
расширяться со
скоростью несколько
сотен километров
в секунду. Ее
столкновение
с межзвездным газом
вызывает свечение.
отдаленность- шесть
с половиной тысяч
световых лет.
155 Крабовидная
туманность — остатки
вспышки сверхновой
в 1054 г. В ее центре
вращается пульсар
(нейтронная звезда)
с периодом 30
оборотов в секунду.
Его колоссальная
кинетическая энергия
превращается
в излучение
туманности. Она
продолжает
расширяться
с большой скоростью.
Ее диаметр
превышает десять
световых лет. Ее
— белый карлик (рис. 154). В течение
нескольких десятков тысяч лет планетар-
ная туманность развеется в межзвездном
пространстве. Белый карлик не обладает
собственными источниками энергии (ни
ядерной, ни гравитационной). Он излу-
чает тепло, оставшееся еще с тех пор,
когда он был красным гигантом. В про-
цессе излучения тепла он постепенно
остывает и превращается сначала в жел-
того, потом в красного и, наконец, много
миллиардов лет спустя, в черного карли-
ка. Такое будущее ожидает и наше
Солнце.
в) Нейтроииая звезда и сверхновая.
ГЛобула, масса которой составляет
4,0 М~& t; Ђ” ,0 ~, эволюционир е в м
сивную звезду, ядро которой нагревается
до температуры свыше трех миллиардов
кельвинов. После того как полностью
исчерпаны ядерные реакции, она под
влиянием гравитации коллапсирует в шар
диаметром примерно 20 — 30 километров.
В результате этого плотность коллапси-
ровавшего ядра огромна: 10'5 — 10'7
кг/мз, то eer1, 1012 1014 г/cM5. При столь
большой плотности вещество способно
существовать лишь в виде нейтронов,
потому что все протоны в ядрах, соеди-
нившись с электронами, превратились
в нейтроны (рис. 64). При гравитацион-
ном коллапсе ядро звезды уносит с собой
также и магнитные силовые линии. По-
скольку их количесгво не изменилось,
а они были всего лишь сжаты на малень-
кой поверхности нейтронной звезды, ин-
тенсивность магнитного поля на поверх-
ности нейтронной звезды резко возрас-
тает при коллапсе ядра и достигает 10'0
и даже 10'2 гаусс (рис. 153).
Нейтронная звезда при коллапсе начи-
нает быстро вращаться. Здесь уместно
снова напомнить закон сохранения угло-
вого момента, который мы раньше про-
иллюстрировали на примере фигуриста,
прижимающего руки к телу. Магнитное
поле нейтронной звезды уносит с собой
множество электронов, которые светятся
всякий раз, когда двигаются по направле-
нию к нам. Излучение нейтронной звезды
(прежде всего в диапазоне радиоволн)
напоминает мигающий свет на машине
скорой помощи. Излучение нейтронных
звезд пульсирует, и по этой причине их
называют также пульсарами. Согласно
исследованиям, которые провели австра-
лийские астрономы, в нашей Галактике
должно находиться свыше миллиона
пульсаров.
go сих пор мы говорили только о ядре,
которое вследствие коллапса превра-
щается в нейтронную звезду (пульсар).
Слои оболочки, потерявшие опору, нахо-
дятся на высоте сто тысяч километров над
нейтронной звездой, но это продолжается
всего лишь несколько секунд. В мощном
гравитационном поле нейтронной звезды
слои оболочки красного гиганта рушатся,
подобно гигантскому стремительному во-
допаду, на поверхность нейтронной звез-
ды, родившейся в самом центре около
минуты назад. При падении на нейтрон-
ную звезду богатая водородом плазма
оболочки гиганта сильно нагревается„
в результате чего в ней в ничтожно корот-
кое время происходят различные термо-
ядерные реакции. Собственно, речь
идет о невероятно большой „водородной
бомбе", разбросавшей всю плазму в
окружающее межзведное пространство.
Взрыв — его называют сверхновой — столь
грандиозен, что разбросанные вокруг
нейтронной звезды (пульсара) слои обо-
лочки можно наблюдать спустя столетия.
116
117

Черные дыры
Примером может послужить сверхновая
в созвездии Тельца, вспыхнувшая в 1054
году. Ее нейтронная звезда пульсирует не
только в диапазоне радиоволн, но также
в видимом инфракрасном спектре, в диа-
пазоне рентгеновском и гамма-излучения.
Расширяющаяся плазма этой сверхновой
— туманносгь, которая названа Крабовид-
ной (рис. 155).
Нам уже известно, что гравитацион-
ные силы сжимают умирающую звезду
с силой прямо пропорциональной ее мас-
се. Можно, таким образом, предполо-
жить, что более всего пострадает от гра-
витации самая массивная группа звезд
(8,0 MO — 100 Mo) Действительно, легкие
инфракрасные карлики имеют диаметр
около ста тысяч километров, белые кар-
лики достигают в диаметре около десяти
тысяч км, нейтронные звезды — от 20 до
30 км, а диаметр черных дыр, то есть
остатков сверхмассивных звезд, представ-
ляет собой всего лишь несколько кило-
метров. Все же точности ради следует
заметить, что эти несколько километров
не только диаметр небольшого и в то
же время невероятно плотного остатка
звезды, масса которой превышала 8 М~.
Это диаметр так называемой сферы
Шварцшильда, в самом центре которой
находится таинственный, ничтожно ма-
лый и невероятно плотный остаток звез-
ды. Пространство и время вокруг него
в результате невероятно сильной гравита-
ции настолько искривлены и замкнуты,
что оттуда не может выскользнуть ни
одна частица и ни один фотон. Это про-
странство — время полностью отделено от
остальной Вселенной. Сфера Шварц-
шильда составляет поверхность этого
пространства и этим самым отделяет
таинственный объект от Вселенной.
Ядро тяжелого красного гиганта перед
коллапсом достигает к концу своей
эволюции температуры около 3,5 мил-
лиардов кельвинов. Оно содержит железо
и остальные элементы, находящиеся вни-
зу „террас стабильности". Железная печь
в ядре звезды завершила свою термоядер-
ную эволюцию. Никакая термоядерная
реакция не способна уже извлечь из желе-
за и близких к нему элементов никакой
энергии. Звезда полностью подвластна
гравитационной силе, которая огромна
прежде всего в раскаленном ядре гиганта.
В раскаленном ядре протекают самые
различные процессы. Для дальнейшего
развития наиболее важны те, при кото-
рых освобождаются мощные потоки ней-
трино и антинейтрино. Примером может
служить следующая материализация гам-
ма квантов:
Y~+~+ ~е
или аннигиляция
е+ + е -+ v, + &gt
В недрах звезды при температуре 3,5
миллиарда кельвинов присутсгвует
огромное количество энергичных гамма-
фотонов. Они могут передать свою энер-
гию нейтрино непосредственно, или же
могут вначале материализоваться в паре
электрон — позитрон, и она передаст свою
энергию нейтрино и антике йтрино
(рис. 37 — 43). Существуют также другие
способы превращения энергии в нейтри-
но при высоких температурах. Но самой
важной, бесспорно, является способность
нейтрино и антинейтрино легко прохо-
дить даже сквозь толстые слои оболочки,
окружающей ядро. Энергия в ядре прини-
мает форму нейтрино и, таким образом,
свободно уходит в окружающее косми-
ческое пространство. Фотонам потребо-
вались бы тысячелетия, чтобы проделать
подобный путь.
Таким образом, ядро быстро остывает,
так как мощные потоки нейтрино и ан-
тинейтрино уносят тепло. Гравитацион-
ным силам ничто не мешает вдавить ядро
звезды в сферу Шварцшильда. Вслед за
ядром в сферу Шварцшильда падают
и слои оболочки гиганта или сверхгиган-
та. Не остается ничего, что могла бы
сфотографировать даже самая чувстви-
тельная аппаратура. Остается просто не-
видимая черная дыра.
В самом центре сферы Шварцшильда
находятся невероятно плотные остатки
красного гиганта или сверхгиганта, и ни-
кому до сих пор неизвесгно, что произош-
ло с элементарными частицами, из кото-
рых гигант сосгоял. Ученым известно
лишь то, что в них осталась гравитацио*-
ная сила, которая способна оказывать
влияние в радиусе нескольких световых
лет. Подобно гигантскому невидимому
пауку остатки гиганта втягивают в сферу
Шварцшильда межзвездный газ, пыль,
кометы... Bce падает в нее, как в боль-
шую дыру. Это необычная дыра: она
никогда не наполнится, так как чем боль-
ше в нее попадает, тем больше она стано-
вится. Чем больше масса М внутри сферы,
тем больше диаметр сферы Шварцшильда
R, так как
R = 2 QM/ñ2.
Наше Солнце образовало бы сферу
Шварцшильда с радиусом примерно 3 км.
Это значит, что если бы удалось помес-
тить наше небесное светило в шар с радиу-
сом 1 или 2 км, то воображаемый шар
радиусом 3 км и будет представлять сферу
Шварцшильда. Поскольку из нее не мо-
жет вырваться в результате сильной гра-
витации ни один фотон, мы никогда и не
узнали бы о том, что Солнце сдавлено.
Фотоны не могут покинуть пределы
сферы Шварцшильда, но проникают они
в нее без затруднений. Это значит, что
лучи, попавшие в сферу, полностью ею
поглощаются. Это свойство, однако, при-
суще всем черным телам. По этим двум
причинам остатки сверхмассивных звезд
называются чериыми дырами.
Странной судьбой наделены эти небес-
ные тела: от звездных великанов, увидеть
которых можно было даже в самых отда-
ленных галактиках, не остается после
коллапса следа. Наиболее драматичные
процессы во Вселенной — изчезновение
сверхгиганта проходит совсем незаметно.
Звездный сверхгигант полностью исчез из
видимой Вселенной.
Рождение
и смерть Вселенной
В главе П говорилось о расширении
Вселенной, которое закончится через 30
миллиардов лет. Потом наступит эра гра-
витационного сжатия Вселенной, которая
завершится через следующие 40 миллиар-
дов лет „большим коллапсом". Мы пред-
полагаем, что расширение Вселенной или
„большой взрыв" (Big Bang) началось
примерно 10 миллиардов лет назад.! Сле-
довательно, полный пульс Вселенной, то
есть цикл от „большого взрыва" до
„большого коллапса", должен продол-
жаться примерно 80 миллиардов лет. На
это указывают некоторые наблюдения
больших телескопов и в диапазоне радио-
волн. И все же необходимо заметить, что
наши наблюдения пока еще весьма несо-
вершенны, а измерение, особенно измере-
ние больших расстояний в пространстве
и времени, неточны. До сих пор мы не
знаем точно многие основные данные
о Вселенной, например, среднюю плот-
ность. По этой причине надо рассматри-
вать некоторые соображения, а это ка-
сается и данной главы, как возможное, но
не единественное мнение. Вероятно, нам
удастся в не столь отдаленном будущем
получить новые данные о Вселенной, ко-
торые смогут доказать несостоятельность
некоторых теорий и умозаключений, или,
подтвердят их справедливость.
В предыдущих главах мы показали,
какими были первые мгновения Вселен-
ной. Мы обошли стороной вопрос о том,
откуда происходит раскаленное расши-
ряющееся вещество только что родив-
шейся Вселенной. Мы познакомились
с адронной эрой, длившейся всего лишь
одну десятитысячную секунды, но пока
ничего не было сказано о том, что пред-
шествовало адронной эре. Мы аналогич-
но говорили о „большом коллапсе" и в то
же время не ставили вопрос, что будет
потом. Но вопросы эти представляют для
любого думающего человека значитель-
ный интерес. Ответ на них даст космоло-
гия вещества и антивещества или космо-
логия пульсирующей Вселенной.
Согласно нашему предположению во
Вселенной присутствует одинаковое ко-
личество вещества и антивещества. Из
этого следует, что всякому протону со-
ответствует один антипротон, всякому
электрону позитрон и т.д. Распределение
вещества и антивещества в определенных
областях пространства произошло в са-
мом начале. Не исключено даже, что
распределение уже существовало в самом
начале. Рис. 157 показывает, как будет
развиваться „большой коллапс". Вещес-
тво и антивещество под влиянием грави-
тационной силы будет сжато до состояния
плотной раскаленной плазмы. В областях
соприкосновения вещества и антивещес-
тва будет происходить интенсивный про-
цесс аннигиляции. Возникшие при этом
гамма-фотоны будут энергетически и ко-
личественно расти настолько, что затор-
мозят своим давлением следующий кол-
лапс и, наоборот, расбросают в простран-
ство вещество и антивещество, которое
еще не начало аннигилировать.

При аннигиляции
возникло
колоссальное
давление, которое не
только остановило
гравитационный
коллапс, но
и повернуло вспять
направление
движения
космических масс
— произошел
большой взрыв (0)
121
120
157 Два пульса
Вселенной. Слева
направо отражены
временные изменения.
Размеры Вселенной
показаны на
вертикальной оси.
В настоящее время
Вселенная
расширяется (2). Ее
расширение началось
с „большого взрыва"
около 10 миллиардов
лет назад (нуль
в середине рисунка).
Левая часть рисунка
изображает
Вселенную до
„большого взрыва"
(1). Врезультате
гравитационного
коллапса,
произошедшего перед
„большим взрывом",
невероятновозросли
температура
и плотность
Вселенной. При этом
в плоскостях
соприкосновения (6)
часть вещества (4)
аннигилировала
с антивеществом (5).
Конец „большого коллапса" станет на-
чалом „большого взрыва". Это и есть
нулевая точка на кривой расстояния
(рис. 157). Если наше предположение
правильно, то следовало бы искать во
Вселенной области с антивеществом, на-
пример, путем определения областей во
Вселенной, откуда к нам прибывают
большие потоки антинейтрино. В то вре-
мя как обычные звезды излучают из своих
недр нейтрино (рис. 163), антизвезды ана-
логично должны излучать антинейтрино.
Но измерительных приборов для этого
у нас пока нет. Также точно не известно,
разделена ли Вселенная на области, сос-
тоящие из вещества, и области, состоящие
из антивещества.
Если наше предположение окажется
правильным, то энергия расширения Все-
ленной происходит из аннигиляции ве-
щества и антивещества, то есть из наибо-
лее эффективной формы освобождения
энергии (рис. 53, 55, 56). В таком случае
вращение сверхгалактик, скоплений га-
лактик и даже отдельных галактик до-
лжно содержать энергию, освобожден-
ную в громадных масштабах десять мил-
лиардов лет назад в результате аннигиля-
ции. И, наконец, вращение планет вокруг
Солнца, вращение Солнца и остальных
звезд, вращение Луны вокруг Земли — все
эти движения обладают кинетической
энергией, сохранившейся со времени рож-
дения нашей Вселенной. Понятие „наша
Вселенная" означает пульс Вселенной,
в которой мы живем. Если гипотеза кос-
мологии вещества и антивещества ока-
жется правильной, то после „большого
коллапса", предшествовавшего рожде-
нию Вселенной, непосредственно насту-
пил,,большой взрыв" нашей Вселенной.
В свою очередь, „большой коллапс" че-
рез 70 миллиардов лет станет началом
„большого взрыва" следующей Вселен-
ной. Движущей энергией гигантских
взрывов в начале пульса („ большой
взрыв") является аннигиляция вещества
и антивещества. Движущей энергией
„большого коллапса" является гравита-
ционная энергия.
Человек вынужден примириться с неиз-
бежностью того, что никогда не сможет
ничего узнать о предыдущем пульсе или
пульсах. Все системы, построенные в про-
цессе эволюции Вселенной, в конце
„большого коллапса" полностью уничто-
жатся, то есть распадутся на элементар-
ные частицы. До следующего пульса не
доживет ни единое атомное ядро, даже все
фотоны предыдущего пульса подвергнут-
ся превращению в процессе аннигиляции
и материализации. Таким образом, не
может существовать ничего, что было бы
способно донести нам хотя бы ничтожную
долю информации о предыдущем пульсе
Вселенной.

Что такое Солнце?
Представим себе на минуту, что мы
живем в древнем Египте, в долине Нила,
где правит всемогущий фараон Эхнатон,
(что значит „блеск солнечного диска").
Эхнатон сложил великолепный гимн
в чЬсть бога Солнца, отрывок из которого
мы здесь приводим: „Ты сияешь прекрас-
но на склоне неба, диск живой, начало
жизни! Ты взошел на восточном склоне
неба и всю землю нисполнил своей красо-
тою. Ты прекрасен, велик, светозарен! Ты
высоко над всей землею! Лучи твои объе-
млют все страны, до пределов того, что
создано тобою... Лучи твои кормят все
пашни: ты восходишь — и они живут
и цветут. Ты установил ход времени,
чтобы вновь и вновь рождалось сотворен-
ное тобою..."
Индусы, месопотамцы, греки, инки, ац-
теки и многие другие народы тоже счита-
ли Солнце божеством, строили в честь
него храмы, высекали статуи, пели гим-
ны, прославляли в молитвах и танцах,
приносили ему жертвы, иногда и челове-
ческие.
Сегодня вместо храмов Солнца мы
строим солнечные обсерватории, кон-
струируем телескопы и другие приборы,
с помощью которых изучаем свойства
Солнца. Мы наблюдаем Солнце с поверх-
ности Земли, из глубоких подземных
шахт (так называемые нейтринные теле-
скопы), с искусственных спутников и кос-
мических кораблей. Только так мы смо-
жем узнать во всех подробностях, что
такое Солнце, как оно живет, что творит-
ся на его поверхности и в его раскаленных
недрах.
Солнце — это колоссальный раскален-
ный шар, в центре которого происходит
освобождение энергии из водорода. Водо-
род при этом превращается в гелий. Осво-
божденная энергия затем проникает на
поверхность и оттуда излучается в леденя-
щее космическое пространство. Лишь ни-
чтожная часть солнечных лучей попадает
на нашу планету, на поверхности которой
излучение превращается в тепло, в движе-
ние воздушных масс, морских течений,
рек, во всем поддерживая жизнь.
Солнце,по-гречески „helios", является
совершенным источником всей энергии
на Земле, для всего живого и неживого на
ее поверхности. Древние народы, разуме-
ется, ошибались, считая Солнце боже-
ством. Однако они были правы в том, что
любое проявление жизни совершенно не-
возможно без Солнца.
Расстояние до Солнца
Солнце находится от нас на расстоянии
150 миллионов километров. Это расстоя-
ние называется астрономической едини-
цей. Ее используют при измерении рас-
стояний в системе планет. В ракете, летя-
щей со скоростью 1000 км/час мы пре-
одолели бы астрономическую единицу за
17 лет. С точки зрения человеческой
жизни это гигантское расстояние, но в ас-
трономическом смысле оно очень невели-
ко, ведь расстояние до ближайших звезд
больше его в миллион раз.
Расстояние от Земли до Солнца изме-
ряется разными способами. Например,
с помощью мощных радаров измеряется
время, необходимое для того, чтобы сиг-
нал долетел до Солнца и обратно. Это
длится приблизительно 16 мин и 40 се-
кунд, то есть тысячу секунд. Так как
радарный сигнал летит со скоростью све-
та (300 000 км/сек), то он преодолевает
расстояние 300 миллионов километров.
Таким образом, расстояние до Солнца
равно половине этого пути, то есть 150
миллионов километров.
Более точное измерение показывает,
что расстояние от Земли до Солнца ме-
няется в течение года от 147 до 152
миллионов км. Земля вращается по эл-
липтической орбите, близкой к окруж-
ности. В одном из фокусов этого эллипса
находится Солнце. Астрономическая еди-
ница выражает среднее расстояние от
Земли до Солнца, точная величина кото-
рого составляет 149 597 870 км. Но чаще
всего его употребляют в округленном
виде, как мы и привели его выше.
123
ЦŠ— НАША 3В
158 Солнце — звезда нашей Галактики (1). Для нас, землян, она
является самой важной звездой, так как дает энергию всему
живому миру. Поэтому в древности Солнце чтили как божество
(2). Сегодня мы наблюдаем и исследуем его с помощью
хитроумных приборов (3). В недрах Солнца протоны (4)
превращаются в альфа-частицы (5). Освободившаяся энергия
излучается в виде света, инфракрасного и ультрафиолетового
излучения, частично в виде радиоволн и рентгеновского
излучения (б), Солнце — совершенный термоядерный реактор,
I
абсолютно чистый и неисчерпаемый источник колоссального
притока лучистой энергии.

160 Диаметр Солнца
на нашем рис.
составляет 1/107
расстояния or экрана
до отверстия. Таким
образом,
действительный
диаметр Солнца
должен равняться
1/107 расстояния от
Солнца до Земли, то
есть 1 400 000 км.
159 Расстояние до
Солнца можно
измерить с помощью
радара. Ero сигнал
летит от Земли до
Солнца 500 секунд,
отражается и столько
же времени
возвращается обратно
(1). Это время
соответствует 150
миллионам
километров (2).
Ракетапреодолелабы
это расстояние за 17
лет (3).
Масса Солнца
Человек измеряет Солнце
Солнце можно измерить в темном по-
мещении, в которое через маленькое
отверстие проникают солнечные лучи.
Возьмем плотную белую бумагу и поста-
вим ее перпендикулярно солнечным лу-
чам. На бумаге появится изображение
Солнца. Чем дальше будет бумага от
отверстия, тем больше будет на ней сол-
159
нечное изображение. Например, на рас-
стоянии 107 см диаметр его будет равен
1 см, на расстоянии 214 см — 2 см и т.д.
Диаметр изображения всегда будет в 107
раз меньше расстояния бумаги от отвер-
стия. Диаметр настоящего Солнца будет
также в 107 раз меньше расстояния от
него до Земли (точнее говоря, до нашего
отверстия).
Расстояние от Земли до Солнца равно
150 миллионам километров, так что его
диаметр в 107 раз меньше этой величины
и равен, таким образом, 1 400 000 км.
Если бы мы расположили в один ряд
шары величиной с нашу Землю, то в диа-
метре Солнца уместилось бы 109 таких
шаров. Если бы мы поместили Землю
в центр Солнца, то орбита Луны находи-
лась бы приблизительно в половине рас-
стояния от поверхности. Объем Солнца
более чем в миллион раз превышает об-
ъем Земли. А в свою очередь звезды-ги-
ганты в несколько сотен миллионов раз
больше самого Солнца. В то же время
нейтронные звезды-пульсары во много
биллионов раз меньше, чем Солнце.
Раз в год Земля проходит свой почти
круговой путь вокруг Солнца. Один год
длится примерно 31 миллион секунд, и за
это время Земля совершает путь в 6,28 раз
(в 2п раз) больший, чем расстояние от
Земли до Солнца. Отсюда легко подсчи-
тать, что за одну секунду Земля пролетает
расстояние в 30 км. Итак, Земля вращает-
ся вокруг Солнца по почти круговой орби-
те со скоростью 30 км/сек.
На любое тело, которое движется по
кругу, оказывает воздействие центробеж-
ная сила. Ее величину нетрудно рассчи-
тать: на тело массой m, которое вращает-
ся по кругу с радиусом R со скоростью
ч действует центробежная сила mv2/R.
Земля также испытывает влияние цен-
тробежной силы, стремящейся отторг-
нуть нашу планету от ее светила. Если бы
Землю не связывала с Солнцем гравита-
ционная сила, она улетела бы от него
в космическое пространство. По закону
Ньютона между Солнцем и Землей дей-
ствует сила GMm/R2 (G — гравитацион-
ная константа 6,67 . 10 " ньютон.
метр'/кг', М вЂ” масса Солнца, m — масса
Земли, R — расстояние между Солнцем
и Землей). Если бы на Землю оказывала
влияние только гравитационная сила,
а сила центробежная вообще не существо-
вала бы, через четверть года Земля упала
бы на Солнце. Но обе силы равны, что
можно выразить соотношением:
пт(/2/R = Сто/R2 или М = y2R/G.
Скорость ч известна: она равна 30 км/сек,
т.е. 30 000 м/сек, известны также рас-
стояние R и гравитационная константа G.
Отсюда можно вычислить массу Солнца:
М = 10зо кг. Астрономы обозначают ее
символом М(. Кружок с точкой — древний
символ Солнца. Точная величина массы
Солнца — 1,99 . 10зо кг. Масса его равна
сумме масс всех нуклонов, количество
которых составляет 1057. Электроны вно-
сят в солнечную массу гораздо меньший
вклад, так как их масса приблизительно
в 2000 раз меньше массы нуклонов.
Масса Солнца в 760 раз превышает
массу всех планет Солнечной системы
вместе взятых. Она в 333 тысячи раз
больше массы нашей Земли. Во Вселен-
ной есть звезды, масса которых в 100 раз
больше массы Солнца, но есть и такие,
масса которых во много раз меньше мас-
сы Солнца. Из этого можно заключить,
что Солнце — звезда самая обычная.
Химия Солнца
Солнце состоит из 92 % водорода, мень-
ше 8 % гелия, остающийся неполный про-
цент составляют все остальные элементы
вместе взятые. Таким образом, на 100 000
атомов водорода приходится 8500 атомов
гелия, 66 атомов кислорода, 33 атома
углерода, 9 атомов азота, 8 атомов неона,
4 атома железа, 2 атома серы и т.д. Все
остальные элементы представлены в еще
меньшем количестве.
На Солнце не существует химического
элемента, который не был бы известен на
Земле. Раньше ученые предполагали, что
таким элементом является гелий. При
помощи анализа спектра он был открыт
на Солнце и поэтому называется гелий, то
есть „солнечный элемент". Позже он был
открыт и на Земле, хотя в гораздо мень-
шем количестве, чем на Солнце.
В солнечном спектре (рис. 161) темные
линии поглощения. Каждая из них соот-
ветствует атомам определенного элемен-
та. Сила линий указывает на количество
данного элемента. Изучение спектра дру-
гих звезд позволило определить, что их
химический состав приблизительно со-
впадает с составом Солнца. То же самое
можно сказать о химическом составе всей
известной нам Вселенной.
Необходимо отметить тот факт, что
химический состав Земли был вначале
такой же, что и состав Солнца. Но еще
в начальном этапе эволюции Земли уле-
тучились водород и гелий, то есть самые
распространенные элементы. Тяжелые
элементы, наоборот, остались на Земле.
Земля, таким образом, представляет со-
бой „космическое загрязнение", так как
состоит из элементов, загрязняющих са-
мые распространенные космические ма-
териалы — водород и гелий. На Земле
сохранилась всего лишь ничтожная часть
первоначального водорода в соединении
с кислородом в виде воды. Гелий не мог
соединиться ни с каким элементом, пото-
му что это инертный газ, и по этой
причине почти полностью улетучился
в космическое пространство. Юпитер
в силу своего большого гравитационного
притяжения и отдаленности от Солнца
сумел удержать водород и гелий. Его
состав со времени рождения Солнечной
системы не изменился. В результате этого
на Юпитере химические элементы пред-
ставлены в том же виде, что и на Солнце,
так как оба тела, равно как и вся Солнеч-
ная система, возникли из одного и того же
облака (стр. 152).
Температура Солнца
Температура на поверхности Солнца
определяется с помощью солнечного
спектра. Интенсивность излучения в от-
дельных цветовых частях спектра со-
ответствует температуре 6000 К. Такова
температура поверхности Солнца или фо-
тосферы. Во внешних слоях солнечной
атмосферы — в хромосфере и в короне
— наблюдается более высокая температу-
ра. В короне она составляет примерно два
миллиона кельвинов. Над местами силь-
ных вспышек температура на короткое
время может достигать даже пятидесяти
милионов кельвинов. Из-за высокой тем-
пературы в короне над вспышкой очень
возрастает интенсивность рентгеновско-
го и радиоизлучений.
Несмотря на то, что из недр Солнца не
проникает ни один фотон, мы -можем
рассчитать температуру в любой точке
в недрах Солнца. Расчеты показывают,
что чем глубже в недра, тем выше темпе-
124
125

161 Спектр Солнца
в цвете. Чтобы спектр
полностью
162 Температура
в различных местах на
Солнце неодинакова.
Температура короны
(8) равна 2 миллионам
К, в области
корональных
конденсаций (1) над
вспышками (2) она
может достигать 50
миллионов К.
В хромосфере (3,7)
она достигает около
поместился на снимке,
он разделен на части,
расположенные одна
под другой. Каждая
темная линия спектра
соответсгвует
определенному
элементу. Спектры
Солнца, звезд и других
космических тел
-основнойисточник
информации
о Вселенной.
1B1
1В2
10 000 К, в фотосфере
(4) — 6000 К,
температура в пятне
(5) -4000 К. В недрах
Солнца температура
поднимается до 13
миллионов кельвинов
в самом центре (6).
ратура плазмы. Температура повышается
с 6000 К в фотосфере до 13 миллионов
кельвинов в центре Солнца.
Нам известно, что чем выше температу-
ра вещества, тем быстрее движутся его
частицы. Так, например, в фотосфере
протоны и атомы водорода движутся со
скоротью около 7 км/сек, а легкие элек-
троны — со скоростью 300 км/сек. В коро-
не и в раскаленном солнечном центре
скорость протонов составляет около 350
км/сек, а электронов — 15 000 км/сек.
Самая низкая температура на Солнце
наблюдается в области солнечных пятен.
В больших пятнах температура ниже 4000
К. Излучение 1 м2 окружающей пятно
белой фотосферы с температурой 6000 К
примерно в 5 раз интенсивнее излучения
1 м2 самого пятна. По этой причине пятна
на Солнце нам кажутся темными или даже
черными.
Любое тело, упавшее на Солнце, в са-
мый короткый срок разложится на от-
дельные атомы, из которых отделяются
электроны. На Солнце материя может
существовать исключительно в виде
плазмы.
Строение Солнца
Свойства солнечной плазмы — плот-
ность, температура, давление и химичес-
кий состав — зависят от расстояния от
центра Солнца. Например, центр Солнца
обладает плотностью, превышающей
в 9 раз плотнось олова. И наоборот,
плотность короны в биллион раз меньше
плотности воздуха, которым мы дышим.
Разница в плотности короны и центра
Солнца настолько велика, что кубический
сантиметр вещества в солнечных недрах
содержит то же количество материи (100
r), что и тысяча кубических километров
короны.
Большие различия наблюдаются также
и в температурах. В солнечных глубинах
температура очень высокая — она дости-
гает 13 миллионов кельвинов, в то время
как на видимой поверхности Солнца тем-
пература 6000 К. Температура в центре
более чем в 2000 раз выше чем на по-
верхности. Но по сравнению с температу-
рой межзвездого пространства вокруг
Солнечной системы (около 3 — 5 К) темпе-
ратура поверхности Солнца намного вы-
ше (примерно в 2000 раз). Природа не
любит больших различий в температурах,
она стремится устранить их. Разница меж-
ду температурами раскаленных недр
Солнца и леденящего космического про-
странства огромна, и природа старается
ликвидировать ее. Поэтому и распростра-
няется мощный поток энергии из недр
к поверхности Солнца, а оттуда — в косми-
ческое пространство.
Стремление природы переносить тепло
с горячего предмета в более холодную
окружающую среду было названо вто-
рым началом термодинамики. Иногда
его называют законом роста энтропии.
Представим себе небольшое количес-
тво тепла (т.е. быстрого движения ядер
и электронов) в центре Солнца (напр.
1 кал). Если разделить это тепло на
температуру, это и будет энтропия, то есть
1 кал/13 000 000 К. Эта энергия со време-
нем достигает поверхности Солнца, тем-
пература на которой всего лишь 6000 К.
Ее энтропия составляет 1 кал/6000 К, из
чего следует, что она более чем в 2000 раз
выше, нежели в центре Солнца. Таким
образом, при переносе энергии из недр на
поверхность энтропия возрастает более
чем в 2000 раз. Именно закон о росте
энтропии объясняет, почему светят Солн-
це и звезды. Внешняя часть Солнца (так-
же как и любой другой звезды) называет-
ся атмосферой, из которой фотоны выры-
ваются в космическое пространство.
В отличие от недр Солнца ее можно
видеть. Граница между видимой атмосфе-
рой и невидимым центром Солнца пред-
ставляет собой тонкий слой атмосферы,
так называемую фотосферу. По сравне-
нию с радиусом Солнца она действитель-
но тонкая — примерно 250 км. Фотосфера
излучает почти весь солнечный свет и ка-
жется нам поэтому поверхностью
Солнца (рис. 163).
В солнечных недрах различают три
слоя (рис. 163): а) ядро, по величине
равное Земле, где, освобождая солнечную
энергию, водород превращается в гелий;
б) обширную зону вокруг центра, толщи-
ной 650 000 км. Это зона переноса энер-
гии излучением (с помощью фотонов).
Она называется также зоной лучистого
равновесия; в) выше этого уровня вплоть
до самой поверхности распространяется
копвективпая зона. Ее толщина состав-
ляет приблизительно 50 000 км. Энергия
в ней переносится при помощи течения
или конвекции. Раскаленные облака под-
нимаются сквозь конвективную зону
в фотосферу где мы можем наблюдать их
в виде так называемых гранул.

и
У
',Г,
!«
129
128

Атмосфера Солнца также состоит из
трех слоев: а) фотосфера — белый тонкий
слой (толщина его всего около 250 км),
окружающий Солнце. Это самый холо-
дный, наиболее плотный и самый нижний
слой солнечной атмосферы. Ниже фото-
сферы находятся недра. Ксгати, на гре-
ческом языке фотосфера означает свето-
вой шар; б) менее плотная красноватая
хромосфера — слой толщиной приблизи-
тельно 10000 км, расположенный над
фотосферой; в) громадная, очень разре-
женная и раскаленная корона, прости-
рающаяся над поверхностью Солнца на
миллионы км. Яркосгь короны и хромо-
сферы настолько слаба, что их можно
наблюдать невооруженным глазом очень
короткое время только в момент полного
солнечного затмения.
Атмосфера занимает несравнимо боль-
шее пространство, чем недра Солнца. В то
же время в недрах содержится в десять
миллиардов раз больше вещества, чем
в атмосфере. Из этого следует, что мы
имеем возможность наблюдать всего
лишь ничтожную часть солнечного ве-
щества. Ведь почти все вещество Солнца
сосредоточено в его недрах. Мы можем
с помощью современных вычислитель-
ных машин рассчитать плотность, темпе-
ратуру, давление и химический состав
в любой части солнечных недр. Свойства
солнечной плазмы намного проще
свойств твердых или жидких пород, сос-
тавляющих недра Земли. Не удивительно,
что о недрах Солнца нам известно гораздо
больше, чем о недрах нашей планеты.
Превращение
водорода в гелий
Важнейшим процессом, протекающим
на Солнце, является превращение водоро-
да в гелий. Именно оно является источни-
ком всей энергии Солнца.
Солнечное ядро отличается большой
плотностью и очень высокой температу-
рой. Часто имеют месго резкие столкно-
вения электронов, протонов и других
ядер. Иногда сголкновения протонов на-
сголько стремительны, что они, преодо-
лев силу электрического отталкивания,
приближаются друг к другу на расстояние
своего диаметра (1 ферми = 10 '5 м). На
таком расстоянии начинает действовать
ядерная сила, вследствие которой прото-
ны соединяются. На рис. 163 мы видим
соединение четырех протонов в ядро ге-
лия. Четырехугольник обозначает пред-
ельно малое пространство (куб, сгорона
которого равна 0,02 нм) в центральной
части Солнца. В нем содержатся всего
лишь четыре протона, обозначенные
красными кружками, и четыре электрона,
обозначенные синими точками. Четыре
протона постепенно соединяются в ядро
гелия, причем два протона превращаются
в нейтроны, два положительных заряда
освобождаются в виде позитронов, обо-
значенных красными точками, и поя-
вляются две незаметные нейтральные
частицы — нейтрино. При встрече с элек-
тронами оба позитрона превращаются
в фотоны гамма-излучения (аннигиля-
ция). Энергия покоя атома гелия меньше
энергии покоя четырех атомов водорода.
Разница в массах превращается в гамма-
фотоны и нейтрино. Общая энергия всех
возникших гамма-фотонов и двух нейтри-
но составляет 28 Мэв.
В центре Солнца происходит огромное
количество подобных превращений (10ЗВ
за 1 сек.). При этом примерно полмил-
лиарда тонн (точнее 567 миллионов тонн)
водорода превращается в гелий. В то же
время гелия, возникшего при этом, насчи-
тывается всего лишь 562,8 миллионов
тонн, то есть на 4,2 миллиона тонн
(4,2. 109 кг) меньше. Именно этот убы-
ток массы за 1 секунду превращается
в солнечное излучение. Его энергия равна
4,2 . 10 кг . 9 . 10'6 м /сек = 3,8 . 10гб дж.
Именно такое количество энергии
Солнце излучает за одну секунду. Величи-
на эта предсгавляет собой мощность сол-
нечного излучения. Так как 1 джоуль
в 1 секунду равен 1 ватту, то, следователь-
но, мощность излучения Солнца
— 3,8 . 10гб вт. Эта величина называется
светимостью и обозначается Е „.
Возраст Солнца
Гелий поможет нам определить, сколь-
ко лет прошло со времени рождения
Солнца и сколько их осгается до его
конца. Под рождением Солнца мы пони-
маем мгновение, когда водород в его
недрах начал превращаться в гелий. Во
время рождения Солнца его химический
состав был одинаков как в атмосфере, так
и в центре.
С тех пор химический состав Солнца, за
исключением ядра, не изменялся. В ядре
же, напротив, с каждой секундой прибав-
лялось 562,8 миллионов тонн гелия. Чем
старше Солнце, тем больше гелия в его
недрах. Из этого следует, что количество
гелия в недрах Солнца является показате-
лем возраста светила.
Сейчас астрономы точно определяют
картину внутреннего строения Солнца.
Они могут рассчитать массу, температу-
ру, давление и химический состав на
любой глубине под его фотосферой, им
также известен избыток гелия в солнеч-
ном ядре. Расчеты показывают, что он
составляет 89 квадриллионов (89 . 10г4)
тонн гелия. Раньше в течение каждой
секунды возникало 563 . 106 тонн гелия.
А это значит, что для образования сущес-
твующего избытка гелия в солнечном
ядре понадобилось такое количество се-
кунд, которое мы получим, разделив
89 . 10г4 тонн на 563 . 106 1онн/сек..Ре-
зультат, то есть 1,58. 10" сек, и будет
представлять возраст Солнца. Сколько
же Солнцу лет? Известно, что в году
365,2422 . 24 . 60 . 60 сек, что составляет
31 556 926 секунд. Спомощьюделенияте-
перь нетрудно определить, что превраще-
ние водорода в гелий в солнечных не-
драх длится примерно 5 миллиардов лет.
Итак, наше Солнце в „расцвете лет".
Существуют, правда, звезды в сго и даже
в тысячу раз моложе (напр. возраст Плеяд
— 50 миллионов лет), но есгь звезды
и намного старше Солнца (напр., в шаро-
вых скоплениях можно отыскать звезды,
родившиеся 10 миллиардов лет назад).
Солнце пока исчерпало в своих недрах
лишь одну треть своего ядерного топлива
— водорода, остаются еще две трети. Сле-
довательно, превращение водорода в ге-
лий в недрах нашего светила будет про-
должаться еще примерно 10 миллиардов
лет. Но даже после этого Солнце не
погаснет. Напротив, оно засияет еще
больше, потому что в его глубинах гелий
начнет превращаться в углерод, углерод
в кислород и т.д. (рис 151). Таким обра-
зом, Солнце будет продолжать сиять еще
несколько миллиардов лет. Во всяком
случае, не надо опасаться того, что Солн-
це слишком скоро погаснет или погибнет
вследствие какого-либо взрыва. Если че-
ловеку и угрожает катастрофа, то, во
всяком случае не из космоса.
Сколько энергии
дает нам Солнце',
Ответ на этот вопрос нам дает следую-
щий эксперимент(рис. 164). В солнечный
полдень включим мощную электролампу,
светимость которой нам известна. Обо-
значим ее буквой л. Закрыв глаза, мы
поочередно „смотрим" то на Солнце, то
на лампу. Если нам кажется, что лампа
ярче, отодвинемся от нее. Если же нам
кажется, что ярче Солнце, приблизимся
к лампе. Когда же она покажется нам при
закрытых глазах столь же яркой, как
и Солнце, надо измерить расстояние от
нас до нее. Это расстояние (r метров)
зависит от светимости лампы. Расстояние
до Солнца известно: 150 000 000 000 мет-
ров. Мы уже знаем, что светимость Солн-
ца обозначается буквой L&l ;. Прос ое со
ношение
~/1 = (150 000 000 000/r)2 то есть
= 2 25 10гг 1/rã
показывает, во сколько раз светимость
Солнца превышает светимость нашей
лампы. Не следует, конечно, забывать,
что это приблизительное определение.
Для того, чтобы определить точное ко-
личество излучения, которое Солнце от-
дает каждую секунду, необходимо изме-
рить сначала солнечную постоянную. Это
количество солнечного излучения, попа-
дающее за 1 секунду на поставленную
перпендикулярно к солнечным лучам
площадку в 1 мг, расположенную на сред-
нем расстоянии Земли от Солнца (рис.
165).
Солнечную постоянную удалось опре-
делить с помощью большого количества
точных измерений. Она равна 1353 вт/мг.
Это средняя величина, так как расстояние
между Землей и Солнцем в течение года
изменяется. Земля вращается вокруг
Солнца по эллиптической орбите и поэто-
му зимой на нее попадает больше излуче-
ния (например, 1 января 1438 вт/мг), а ле-
том, наоборот, меньше (1 июля лишь
1345 вт/мг). Мы имеем в виду зиму и лето
в северном полушарии и площадь 1 мг над
атмосферой Земли. Земная атмосфера
поглощает и отражает значительную
часть солнечного излучения.
130

165 Солнечная
постоянная — величина
мощности солнечного
излучения, которое
проходит за 1 секунду
через площадку в 1 м',
расположенную
перпендикулярно
к солнечным лучам на
среднем расстоянии
Земли от Солнца. Эта
величина равна
1353 вт/м2. Так как
нам известен радиус
воображаемого шара
вокруг Солнца
(1,5 . 10" м-см. рис.
164), то мы легко
рассчитаем величину
светимости Солнца:
1 . — этополное
количество
164 Определение
светимости Солнца.
Закрыв глаза,
регулируем
расстояние от глаз до
электрической
лампочкидо
тех пор, пока яркость
Солнца и лампочки не
станут одинаковыми.
Определенное таким
образом расстояние
в метрах обозначим r.
Тогда светимость
Солнца можно
выразить следующим
соотношением
г
Ц,=( '' )1
где 1- светвмость
электрической
лампочки.
излучения,
проходящее через
воображаемый шар.
185
166 Фотосфера
Солнца с большими
группами пятен
(снимок сделан 20. 2.
1956). У крупных
пятен хорошо видна
черная тень,
окруженная серой
полутенью. Светлые
места у края
фотосферы — факелы.
(Два черных
треугольника
показывают
положение пятен.)
Путь фотонов
Теперь можно точно расчитать свети-
мость Солнца. Представьте себе большой
шар, в центре которого находится Солн-
це; радиус шара равен расстоянию от
Земли до Солнца (150 000 000 QQO м). На
1 м попадает 1353вт (солнечная постоян-
ная). Поскольку, зная радиус, мы можем
расчитать площадь шара, то легко опре-
делим, что через всю площадь поверхнос-
ти шара проходит 3,8 . 1026 вт. Это и есть
мощность Солнца или солнечная свети-
мость L&l ;. Разумеет я, то громад ая
личина, и все же существуют звезды,
светимость которых больше в миллион
раз. Рядом с подобной звездой наше Солн-
це выглядело бы совсем незаметным. Но
у слабых белых карликов светилость
в тысячу раз слабее, чем у Солнца.
Энергия, освободившаяся при превра-
щении протонов в альфа-частицы, сущес-
твует чаще всего в виде гамма-фотонов.
Вскоре после своего рождения гамма-фо-
тоны постепенно превращаются в фото-
ны рентгеновского излучения. Но их путь
к поверхности Солнца и далее, в межзвез-
дное пространство, не так прям и прост,
как путь нейтрино (рис. 163 точка 8 и 9).
Фотоны движутся с той же скоростью,
что и нейтрино, но после нескольких
десятков сантиметров пути поглощаются
каким-либо электроном для того, чтобы
вскоре после этого снова появиться на
свет. Вновь родившийся фотон движется
уже в ином направлении, чем до поглоще-
ния. Необычайно долог и извилист путь
фотонов в солнечных недрах.
При поглощении и последующем излу-
чении фотонов время от времени вместо
одного поглощенного фотона появляются
два, обладающие меньшей энергией. Та-
ким образом, фотоны во время своего
путешествия в глубинах Солнца постепен-
но дробятся. Энергия первоначального
гамма-фотона распределяется между не-
сколькими сотнями тысяч фотонов света,
покидающих поверхность Солнца. До-
лжно пройти два миллиона лет прежде,
чем раздробленные блуждающие фотоны
достигнут поверхности Солнца, в то время
как нейтрино пролетит тот же путь от
центра к поверхности Солнца за две се-
кунды.
Разве не любопытен тот факт, что
солнечный свет, который мы видим сегод-
ня и который согревает нас, отправился
в свое долгое путешествие из центра
Солнца в те времена, когда на Земле
появились первые люди? За время, в тече-
ние которого фотоны сумели вырваться
из недр на поверхность Солнца, перво-
бытный человек успел превратиться
в образованного и интелектуального раз-
витого человека современной эпохи.
Если путь фотонов в глубинах Солнца
можно назвать затруднительным, то под
поверхностью светила он становится по-
чти невозможным. Водород, находящийся
в слое под видимой поверхностью Солнца,
(под фотосферой), в большинстве своем
присутствует в нейтральном состоянии,
а это значит, что почти каждый протон
притягивает к себе один электрон. Слой
нейтрального водорода под поверх-
ностью Солнца имеет толщину около
50 000 км.
Электроны атомов с жадностью погло-
щают фотоны. Поэтому дальнейшее про-
движение фотонов к поверхности Солнца
становится почти невозможным. Перенос
энергии в водородном слое не может
происходить путем излучения. По этой
причине Солнце использует иной, более
эффективный способ переноса энергии:
на дне водородного слоя, оно приводит
в движение облака раскаленной плазмы.
Облака доходят до самой видимой поверх-
ности Солнца, так что мы можем их
наблюдать (рис. 167).
Из фотосферы фотоны вырываются
наружу в межзвездное пространство.
Фотосфера
†поверхнос Солнца
Сквозь легкие облака можно видеть
Солнце с Земли как белый сияющий шар.
В действительности же мы наблюдаем
лишь фотосферу, с которой мы уже по-
знакомились. Мы уже знаем, что фото-
сфера — это самый нижний слой солнеч-
ной атмосферы. Из нее свет уходит прямо
в космическое пространство. Под фото-
сферой находится конвективная зона — са-
мый верхний слой солнечных недр (рис.
163).
Из конвективной зоны облака раска-
ленной плазмы попадают в фотосферу.
Их величина равна приблизительно тыся-
че километров. Они поднимаются вверх,
к фотосфере со скоростью 500 м/сек.
Температура раскаленного газа превы-
шает 6 000 К, и поэтому он несет с собой
большое количество фотонов. Такой вид
переноса энергии фотонов называется
конвекцией. Это движение газа вверх пре-
кращается лишь в фотосфере. Оттуда
фотоны уже без препятствий вырывают-
ся в космическое пространство, так как
атмосфера над фотосферой сильно разре-
жена.
В телескопе раскаленный газ фотосфе-
ры напоминает белые рисовые зерна. Их
называют гранулами. В процессе излуче-
ния фотонов гранулы теряют свою энер-
гию, охлаждаются и их плазма становится
тяжелее. Отяжелевшая плазма падает
обратно в недра Солнца. Опускающаяся
остывшая плазма видна как темное про-
странство между гранулами (рис. 167).
Из фотосферы солнечное излучение
попадает прямо в окружающее космичес-
кое пространство. Почти вся солнечная
энергия (3,8 . 1026 ватт) излучается фото-

168 Пятна движутся
от восточного края
солнечногоднска
к западному, то есть
слева направо.
Продвижение от
восточного края
к западному длится 14
дней.
167 Солнечная
грануляцня. Такой мы
увидели бы солнечную
поверхность
с расстояния
250 000 км. Белые
сгустки (гранулы),
излучающие тепло,
черезнесколько
минут после своего
возникновения
остьгвают
н распадаются,
исчезая в глубинах
Солнца (темные
промежутки между
гранул амн).
R=10g+ S.
сферой в виде света и тепла. Из самых
верхних, разреженных слоев атмосферы
исходит лишь ничтожная часть светимос-
ти Солнца. '
Солнечные пятна
— гигантские магниты
Время от времени на ослепительно яс-
ной фотосфере появляются темные мес-
та, называемые пятнами. На фоне свер-
кающей фотосферы они кажутся черны-
ми из-за своей низкой температуры (ниже
4000 К). В то же время температура о-
кружающей их фотосферы достигает
6000 К (рис. 166, 169).
Таким образом, Солнце ни в коем слу-
чае нельзя считать „чистым незапятнен-
ным шаром", каким считали его древние
философы. Итальянский астроном и фи-
зик Галилео Галилей был первым, кто
сумел разглядеть солнечные пятна при
помощи своей подзорной трубы. В своем
несложном телескопе он наблюдал поя-
вление и рост пятен, видел, как они изме-
няют свою форму и вид и через несколько
дней или недель исчезают. Он обратил
внимание и на то, что все пятна переме-
щаются из восточной части Солнца в за-
падную. Это передвижение вызвано вра-
щением Солнца вокруг оси (рис. 168).
Пятно может быть небольшим по раз-
мерам и не превышать, например, терри-
торию Франции. Такое малое пятно назы-
вается порой. Большие пятна могут в не-
сколько раз превышать площадь Земли.
Они состоят из двух ярко выраженных
частей: центральной, черной, которая на-
зывается ядром или тенью пятна, и внеш-
ней части — полутени, являющейся пере-
ходом от ядра к фотосфере. Полутень
состоит из тонких ярких и темных воло-
кон, которые направлены из фотосферы
к ядру пятна (рис. 163 и 169).
В спектре солнечного пятна примечатель-
но расщепление некоторых линий на две
составные. Такое расщепление называет-
ся эффектом Зеемана: чем сильнее маг-
нитное поле пятна, тем выразительнее
этот эффект. Таким образом, определить
силу магнитного поля пятна: от 0,1 тесла
до 0,3 тесла (то есть 1000 гс — 3000 rc).
Расщепление спектральных линий пя-
тен служит доказательством того, что
пятна на поверхности Солнца являются
гигантскими мощными магнитами. Ко-
нечно, это не железные магниты, так как
кусок железа немедленно бы испарился.
Магнитные поля на Солнце — проявления
могучих электрических токов в плазме
вокруг пятна. Положительные ионы дви-
жутся в одном направлении, отрицатель-
ные электроны — в противоположном. На
рис. 170 точками обозначены силовые
линии магнитного поля. Их количесгво на
1 м2 является показателем интенсивности
магнитного поля. Прямая, соприкасаю-
щаяся с силовой линией в определенном
месте (касательная), определяет направ-
ление магнитной силы в этом месте.
Но интенсивность и направление напря-
женности магнитного поля в пятне под
фотосферой нельзя измерять непосред-
ственным образом, так как оттуда не
может проникнуть ни один луч. Однако
мы предполагаем, что поле в значитель-
ной мере переплетено (рис. 170 влево).
Поднимающиеся облака раскаленной
плазмы не могут проходить сквозь переп-
летенные силовые линии и обходят их. По
этой причине в пятна проникает гораздо
меньше энергии, чем в окружающую их
фотосферу. Этим и объясняется, почему
пятна темные и холодные.
Пятна остаются на поверхности Солнца
от нескольких дней до нескольких недель
и после этого исчезают. Они имеют тен-
денцию возникать группами. Фотосфера
вокруг группы пятен теплее и ярче фото-
сферы более отдаленной. Повышенная
яркость фотосферы называется факелом.
Факелы легко заметить, если группа пя-
тен находится на краю солнечного диска.
Хромосфера вокруг группы теплее и яр-
че, чем в остальной части. Такие яркие
и теплые области хромосферы называют-
ся флоккулами. В группах пятен имеют
место также и другие явления, например,
вспышки, протуберанцы, корональная
конденсация и пр. Все эти явления, вклю-
чая пятна, факелы и флоккулы активные
образования, входящие в понятие солнеч-
ной активности. Группа пятен со всеми
проявлениями солнечной активности на-
зывается центром солнечной активности
или активной областью (рис. 163).
Группы
солнечных пятен
Пятно зарождается в фотосфере в виде
крошечной черной точки в том месте, где
появляется сильное магнитное поле (по
крайней мере 0,1 Т, то есть 1000 гс).
Сначала в нем отсутствует ядро. Это
— пора. Ее размер может быть от 1000 км
до 3000 км.
Если магнитное поле увеличивается, то
вместе с ним растет и пятно. Затем вокруг
пятна образуется полутень, и в его сосед-
стве появляются другие пятна. В большой
группе может насчитываться до 50 и бо-
лее пятен. Из некоторых пятен линии
магнитной индукции вырываются нару-
жу: это так называемые пятна с северной
полярностью. Они представляют север-
ный полюс магнита, и мы обозначаем их
буквой N. В других пятнах группы сило-
вых линий, наоборот, как бы зарываются
в пятно — речь идет о пятнах с южной
полярностью (S). На рис. 170 полярность
обозначена лишь у двух пятен группы.
Обратите внимание, что магнитные сило-
вые линии связывают северную поляр-
ность с южной. Если бы можно было
заглянуть под поверхность Солнца, мы
смогли бы убедиться, что магнитные си-
ловые линии исходят от южной полярнос-
ти и направляются к северной. Из этого
следует, что они представляют собой за-
мкнутые петли, верхняя часть которых
находится в атмосфере. Магнитные сило-
вые линии не имеют ни начала ни конца,
они полностью замкнуты (рис. 170 влево).
Отдельные группы пятен отличаются
друг от друга, с одной стороны, количес-
твом пятен в них, а с другой, своими
размерами. В мире существует много ас-
трономов-любителей и любительских об-
серваторий, в которых ежедневно наблю-
даются, зарисовываются и фотографи-
руются солнечные пятна.
Количество групп пятен и отдельных
пятен в них меняется изо дня в день.
Новые пятна рождаются, старые исче-
зают. Солнце постоянно вращается, и на
восточном краю ero диска появляются
группы, которые зародились на невиди-
мой от нас, обратной, его стороне. И на-
оборот, на западном краю солнечного
диска группы пятен исчезают, переходя на
невидимую сторону Солнца (рис. 168).
Астроном Вольф ввел величину R, ко-
торая выражает общее число групп g,
существующих на Солнце, а также общее
число всех пятен S во всех группах. Вели-
чину R называют относительным числом
или числом Вольфа. Оно равно сумме
десятикратного числа групп пятен и об-
щего числа всех пятен
Специалисты, изучающие влияние Солн-
ца на Землю и на жизнь вообще, часто
пользуются в своих исследованиях чис-
лом Вольфа. Они сравнивают величину
R каждого дня, иногда среднее R за месяц
или за год с различными явлениями, про-
исходящими на Земле. Астрономы регис-
трируют ежедневно относительное число
134
135

с середины 18 века хотя наблюдения
велись уже с 17 века.
Кривая
солнечных пятен
Вследствие ежедневных изменений чис-
ла групп пятен и отдельных пятен меняет-
ся и число Вольфа. На рис. можно
Пик кривой солнечных пятен — это
максимум солнечной активности. Напри-
мер, в 1778 г. годовое относительное
число составляло 154, в 1917 г. — 104 и т.д.
Такие годы называются годами максиму-
ма солнечных пятен.
Аналогично можно проиллюстриро-
вать изменения и других солнечных явле-
ний (флоккулы, факелы, протуберанцы,
вспышки и т. д.). Полученные кривые
будут очень похожи на кривую относи-
тельных чисел пятен. Кривая относитель-
ных чисел называется также кривой сол-
нечной активности.
169
169 Группа
солнечных пятен. Их
температура
составляет
приблизительно
4000 К, поэтому они
кажутся нам темными
по сравнению
с остальной частью
фотосферы,
температура которой
-6000 К. Отчетливо
видны тень, полутень
пятен и многие
гранулы в фотосфере.
Хромосфера
171 Кривая
солнечной активности
или изменение
условных чисел
Вольфа.
Горизонтальная ось
— временная (по
годам), вертикальная
— условные числа,
усредненные по годам.
1150
1в
137
136
проследить относительные числа за время
от 1750 r. до 1980 г.
Поскольку длинная вереница ежеднев-
ных относительных чисел за несколько
лет не дала бы наглядной картины, на
практике пользуются средними месячны-
ми относительными числами.
Если нас интересуют изменения солнеч-
ных пятен в течение нескольких столетий,
то мы пользуемся так называемыми сред-
негодовыми относительными числами.
Как и среднемесячные, годовые числа
складываются из суммы всех относи-
тельных дневных чисел года, деленных
на количество дней в году. На рис. 171
вы видите годовые относительные числа
с 1750 — 1980 года. Такая кривая носит
название кривой солнечных пятен или
кривой относительных чисел.
Самое низкое место кривой солнечных
пятен — это минимум солнечной активнос-
ти (например, в 1856 г. годовое относи-
тельное число составляло всего лишь 4,3,
в 1867 г. — 7,3 и т. д.). Годы 1856 и 1867
принято считать годами минимума сол-
нечной активности.
Солнечный цикл
Промежутки времени между отдельны-
ми последовательными минимумами, за-
фиксированные на кривой солнечных пя-
тен, называются солнечными циклами,
а точнее циклами солнечной активности
(рис. 171). Такой цикл наблюдался, на-
пример, с 1856 по 1867 гг. как следует из
кривой R. Солнечный цикл длится при-
мерно 11 лет и называется иначе одиннад-
цатилетним циклом. Но глядя на кривую
солнечных пятен, в то же время легко
убедиться, что он может продолжаться от
семи до шестнадцати лет. Из этого сле-
дует, что строго периодическим его счи-
тать нельзя.
Солнечные пятна и прочие явления,
которые наблюдаются в их непосред-
ственной близости, оказывают влияние на
нашу Землю. Солнечный цикл находит
свое отражение и на Земле. Он проя-
вляется в полярных сияниях, в годичных
кольцах некоторых деревьев, в переменах
погоды и проявлениях некоторых заболе-
ваний, в общем числе дорожных проис-
шествий и т. д. (рис. 399).
Движение облаков раскаленной плаз-
мы в конвективной зоне в несколько раз
быстрее самого стремительного урагана
на Земле, поэтому в конвективной зоне
и в фотосфере присутствует сильный
шум. Любой звук — это всего лишь вид
энергии. Шум в фотосфере распростра-
няется вверх, в верхние слои солнечной
атмосферы. Там энергия грохочущего
звука поглощается и превращается в теп-
ло, согревающее хромосферу и корону.
Хромосфера — это слой сильно разре-
женной плазмы толщиной примерно
1000 км. Ее температура доходит до
20 000 К. Излучение хромосферы гораз-
до менее ярко, чем излучение фотосферы,
и ее спектр беднее, что отражается в спек-
тральных линиях. Наиболее интенсивны
в спектре хромосферы красный цвет,
излучаемый самым распространенным
элементом — водородом. Это излучение
носит название Н-альфа излучение. По-
этому хромосферу можно наблюдать
лишь с помощью особой аппаратуры,
способной различать только Н-альфа из-
лучение. Такими приборами являются
хромосферные телескопы.
Из хромосферы постоянно вырывают-
ся гейзеры, так называемые спикулы. Это
столбы плазмы толщиной примерно
1000 км. Со скоростью около 20 км/сек
они поднимаются до высоты 10 000 км
над хромосферой. На Солнце каждую
минуту насчитывается в целом свыше
миллиона спикул.
Солнечная корона
Верхнюю часть солнечной атмосферы,
короны, невооруженным глазом можно
наблюдать только при полном солнечном
затмении, когда Луна закрывает фото-
сферу и хромосферу (рис. 190). Тогда на
темном небосклоне появляется солнечная
корона в виде обширного беловатого
кольца вокруг Луны.
Кроме наблюдений в период затмений
астрономы наблюдают солнечную коро-
ну и с помощью радиотелескопов, разме-
щенных на поверхности Земли или по-
средством рентгеновских телескопов на
космических кораблях и спутниках. Толь-
ко раскаленная солнечная корона испус-
170 Пространство
вокруг магнита
(справа, внизу)
окружено силовыми
линиями, которые
обозначены зелеными
точками. Пятна,
являются огромными
магнитами. В области
магнитных силовых
линий
концентрируется
светящийся газ
и образует
протуберанцы
(справа, вверху).
Магнитные силовые
линии возвращаются
под фотосферу (рис.
слева) от пятна южной
полярности ($) к пятну
северной полярности.

174 Солнечная
172 Небольшой
участок хромосферы
около края
солнечного диска.
Толщина хромосферы
составляет
приблизительно
10 000 км над
фотосферой, то есть
над светлым краем,
вверху. Длинные
темные волокна
— холодный газ,
стекающий вдоль
силовых линий
корона,
сфотографированная
со спутника
непосредственно
передсолнечным
затмением. Луна
расположена вблизи
Солнца. Поскольку
она в фазе новолуния,
то с Земли
невооруженным
глазом мы ее не
увидели бы. Слабое
сияние Луны
в новолунии — зто
отраженный свет
Земли (так
называемый
„пепельный свет").
Цветовые оттенки
короны, которая
в действительности
белая, соответствуют
ее яркости.
в солнечные пятна.
Снимок в излучении
Н-альфа.
172
174
Вспышки
139
138
кает в космическое пространство рентге-
новские лучи и радиоволны длиной более
десяти сантиметров. Температура короны
колеблется от двух до пятидесяти миллио-
нов кельвинов. Фотосфера слишком хо-
лодна и, следовательно,неспособнаизлу-
чатьнирентгеновскиелучи,нирадиовол-
ны. По этой причине и на диске Солнца
можно наблюдать рентгеновское и радио-
излучение солнечной короны (рис. 173).
При свете корону с Земли можно наблю-
дать кроме моментов затмения лишь по
краям солнечного диска. Для этого ис-
пользуются чувствительные приборы
— коронографы и коронометры (рис. 174).
Корона представляет собой самую об-
ширную часть солнечной атмосферы.
Она простирается на несколько миллио-
нов километров над поверхностью Солн-
ца. Это весьма разреженная плазма, на-
греваемая снизу энергией, поступающей
из фотосферы в форме звуковых волн.
В воздухе, заполняющем коробку от спи-
чек, столько же частиц, сколько их в 1 кмз
короны. Ее температура сосгавляет or
одного до двух миллионов кельвинов. Над
солнечными пятнами температура коро-
ны еще выше. В исключительных случаях
и лишь на короткое время температура
короны над пятнами может достичь пяти-
десяти миллионов кельвинов, то есть тем-
пературы, превышающей температуру
в самом центре Солнца.
Из-за низкой плотности термоядерные
реакции в короне не происходят.
Протуберанцы
В раскаленной и сильно разреженной
короне часто появляются облака более
холодной плазмы (10 000 К). Это — проту-
беранцы. Они содержат большое коли-
173 Солнце в рензтеновских лучах. Светится только
корона над группами пятен с повышенной плотностью
газа и температурой.
чество атомов водорода и светятся в спек-
тре красного излучения Н-альфа. Плазма
протуберанцев во многом напоминает
плазму хромосферы. Протуберанцы — это
своего рода выступы хромосферы в коро-
ну. Отсюда и название их: ведь по-латин-
ски „protuberare" значит „выступать".
Невооруженным глазом протуберанцы
можно наблюдать только при полном
затмении Солнца. Для наблюдения их
в остальное время, используют так назы-
ваемые протуберанц-спектроскопы, в ко-
тором при помощи маленького металли-
ческого диска создается искусственное
затмение Солнца.
Вблизи солнечных пятен протуберанцы
видны более отчетливо. Сильное магнит-
ное поле придает им правильную форму.
Одним из самых красивых объектов Все-
ленной астрономы считают петлеобраз-
ные протуберанцы в виде изогнутых во-
локон, которые поднимаются над группой
пятен на высоту 100 000 км (рис. 176).
Петлеобразные протуберанцы образуют-
ся при сильных вспышках и могут просу-
ществовать несколько часов.
Самых больших размеров достигают
устойчивые спокойные протуберанцы
(рис. 178). Их длина нередко превышает
200 000 км. Они имеют правильную фор-
му и движение их замедлено. Через не-
сколько недель спокойный протуберанц
начинает расширяться, поднимается
вверх, а иногда даже покидает пределы
Солнца. Такие трансформирующие ся
спокойные протуберанцы получили на-
звание эруптивных протубернацев (рис.
179). За короткое время поднимающийся
эруптивный протуберанец выбрасывает
миллиарды тонн плазмы в межпланетное
пространство. Вне всякого сомнения, это
самое захватывающее зрелище, какое
можно наблюдать в Солнечной системе.
Вспышкой называется внезапное
поярчание в хромосфере, короне, а иногда
и в фотосфере. Вспышки образуются над
группами пятен или вблизи их. Более или
менее определенно можно сказать, что
чем больше группа пятен, тем больше
в ней возникает вспышек. За один день
в самых больших группах пятен образует-
ся до десяти и более вспышек. Площадь
небольших вспышек соответствует при-
мерно площади Европы. Что же касается

178 Край Солнца
в линиях водорода
(линии Н-альфа). Над
краем (фотосферой)
видна полоса
неправильной формы
(хромосфера), над
которой расположен
175
178
177 Сильная
солнечная
вспышка.
спокойный
протуберанец.
В проекции на диск он
кажется темным
и поэтому называется
волокном. Диаметр
Солнца в том виде, как
оно показано на
снимке, равен 1 м.
И8
179 Протуберанец
в западной области
солнечного диска.
Снимок сделан
в ультрафиолетовом
свете. Синим цветом
обозначены
хромосфера и
протуберанцы
(10 000 К), в то время
как окружающая
корона (1 000 000 К)
имеет красный цвет.
Высота этого
протуберанца
— 130 000 км.
176 Петлеобразные
протуберанцы
в красном свете
водорода (в линии
Н-альфа). Фотосфера
на снимке закрыта
экраном для того,
чтобы лучше были
видны протуберанцы.
Петлеобразные
протуберанцы — это
магнитные силовые
линии, в которых
захвачена плазма.
Они появляются после
сильных вспышек.
больших, то их площадь в хромосфере на
много превышает площадь Земли. В ко-
роне они поднимаются до высоты
100 000 км. Малые вспышки длятся всего
несколько минут, большие — час и более
того. За ними ведется постоянное наблю-
дение, их измеряют и фотографируют как
с нескольких искусственных спутников,
так и в ряде мировых обсерваторий. Мы
стремимся узнать, как возникают вспыш-
175 Две активные
области,
расположенные
вблизи края Солнца.
Снимок сделан
в ультрафиолетовом
излучении 23. 11.
1973 г.
с орбитальной станции
„Скайлэб". Синий
цвет соответствует
температуре около
600 000 К
(температура слоя
между хромосферой
и короной), зеленый
цвет — температуре
около 10 000 К
(температура
хромосферы
и протуберанцев),
красный — 2 200 000 К
(температура
короны).
ки на Солнце, какое влияние они оказы-
вают на человеческую жизнь.
Вспышки зарождаются вблизи солнеч-
ных пятен. В магнитном поле пятен содер-
жится энергия, часть которой во время
вспышки переходит в другие формы энер-
гии. Так, например, в течение нескольких
минут 1026 джоулей магнитной энергии
способно превратиться в тепло, фотоны,
кинетическую энергию частиц, корпус-
кулярное излучение солнечного ветра
и в другие формы энергии. (О солнечном
ветре мы поговорим в следующей главе.)
Энергия, освободившаяся при вспышке,
распространяется в виде мощных пото-
ков фотонов ультрафиолетового, рент-
геновского и радиоизлучения, а иногда
и гамма-излучения. Несколько процентов
энергии, освобожденной во время вспыш-
ки, уносят с собой потоки корпускулярно-
го излучения, о разрушительной силе ко-
торого мы будем говорить позже. Одна
большая вспышка способна выбросить до
1040 частиц (протонов, электронов и ядер
различных атомов). Именно эти частицы
вызывают мощное усиление солнечного
ветра, так называемые межпланетные
бури.
Ультрафиолетовые, рентгеновские и
гамма-фотоны представляют опасность
для жизни. К счастью, наша Земля окру-
жена атмосферой, способной поглощать
эти фотоны. Если бы вокруг нашей пла-
неты не существовало магнитосферы
и атмосферы, солнечные вспышки давно
бы уничтожили все живое на Земле.
Солнечный ветер
Корону можно наблюдать на расстоя-
нии нескольких миллионов километров.
Переход короны в межпланетное про-
177
странсгво почти незаметен. Трудно опре-
делить, где кончается корона и начинает-
ся межпланетное пространство. Сильно
разреженная и раскаленная плазма верх-
ней области короны постоянно расши-
ряется и истекает в межзвездное про-
странство, удаляясь от Солнца. Межпла-
нетные станции измеряют постоянный
поток частиц, в котором преобладают
протоны, альфа-частицы и электроны.
Поток движется по направлению от Солн-
ца и называется солнечным ветром.
Солнечный ветер по многим характе-
ристикам отличается от ветра на поверх-
ности нашей планеты. Он движется со
скоростью 300-600 км/сек, а после боль-
140
141

180 Щесть отдельных
L.
участков 'солнечного
спектра. В линиях
водорода (Н„На, Н,
Нь, Н,), гелия (Оз) на
втором участке
и кальция (Н и К) на
пятом участке
отчетливо видна
эмиссия. Она вызвана
солнечной вспышкой
и спустя несколько
минут ослабевает,
а затем исчезает.
Подробное изучение
этих эмиссионных
линий дает
информацию
о температуре,
плотности и других
характеристиках
вспышек.
181 При захвате
нейтрино v, одним
нейтроном в ядре
хлора нейтрон
превращается
в протон, а ядро хлора
превращается в ядро
радиоактивного
аргона.
1В1
143
142
шой вспышки его скорость равна
1000 км/сек. Напомним, что скорость
движения земного ветра в несколько ты-
сяч раз меньше. Ведь самый стремитель-
ный вихрь на Земле достигает скорости
всего лишь 200 м/сек. Таким образом он
в пять тысяч раз медленнее самого быс-
трого солнечного ветра, который назы-
вают также межпланетной бурей. Сол-
нечный ветер состоит большей частью из
протонов, альфа-частиц и электронов,
земной ветер — из молекул азота и кисло-
рода. Плотность земного ветра (1,2 кг/мз,
т. е. примерно 10г7 нуклонов в 1 мз) в сто
триллионов (10г0) раз больше плотности
солнечного ветра (несколько миллионов
нуклонов в 1 мз). Однако земной и солнеч-
ный ветры обладают одним общим свой-
ством: их кинетическая энергия имеет
солнечное происхождение.
Солнечный ветер „веет" во всех на-
правлениях от Солнца. Из солнечной ко-
роны таким образом улетучивается каж-
дую секунду около миллиона тонн раска-
ленной плазмы. Подсчитано, что солнеч-
ный ветер должен распространяться дале-
ко за пределы Солнечной системы, при-
мерно в два-три раза дальше расстояния
от Солнца до планеты Плутон. По всей
вероятности, нам удалось бы обнаружить
солнечный ветер и в 15 миллиардах кило-
метров от Солнца, то есть на расстоянии,
в сто раз превышающем расстояние от
Земли до Солнца. Гигантское простран-
ство вокруг нашего светила, в котором
встречается солнечный ветер, называется
гелиосферой. Это пространство имеет
приблизительно форму шара, в центре
которого располагается Солнце и плане-
ты его системы (рис. 185). В гелиосфере,
господствует сила солнечного притяже-
ния. Она препятствует распространению
частиц солнечного ветра за пределы ге-
лиосферы в межзвездное пространство.
Солнечные нейтрино
До сих пор мы говорили только о фотон-
ном и корпускулярном излучении. Оба
вида излучения уносят солнечную энер-
гию, освобождающуюся в его недрах
вследствие термоядерных реакций. х1то-
бы иметь полное представление о солнеч-
ном излучении, необходимо познакомить-
ся еще с одним его видом, отличающимся
как от фотонного, так и от корпускуляр-
ного излучения. Речь идет о нейтринном
излучении. В то время как фотоны и час-
тицы излучают&l ;я солнеч ой атмосфер
нейтрино рождают&l ; в солнеч ых нед
вблизи центра Солнца (рис. 163, точка 2).
В солнечных глубинах каждую секунду
4. 10'8 протонов превращаются в ядра
гелия. При этом рождается 2 . 10З8 элек-
тронных нейтрино за секунду. После свое-
го рождения нейтрино устремляются из
глубин к поверхности Солнца. На своем
пути они встречаются с громадным коли-
чеством протонов, электронов, альфа-
частиц и ядер различных элементов. Но
ни одна из этих частиц не оказывает
влияния на нейтрино, ни одна не в состоя-
нии захватить его. Можно сказать, что
нейтрино — весьма „робкие" и индифе-
рентные частицы. Неудивительно поэто-
му, что они способны пролететь сквозь
Солнце и достичь межпланетного про-
странства всего лишь за 2,33 сек.
Лишь одна двухмиллиардная общего
количества солнечных нейтрино (10г9
нейтрино за секунду) попадает на Землю.
Это означает, что через площадку в 1 мг,
помещенную перпендикулярно солнеч-
ным лучам, проходит за секунду 700 бил-
лионов нейтрино (7 . 10'4/сек мг). Они не-
сут в себе непосредственную информа-
цию о раскаленных солнечных недрах.
Если бы наши глаза были способны во-
спринимать нейтрино, мы смогли бы уви-
деть „нейтринное Солнце", то есть его
ядро, которое само по себе на много
меньше „светового Солнца" (фотосфе-
ры) (рис. 163).
К сожалению, нейтрино проходят с аб-
солютным безразличием и сквозь сетчат-
ку глаза, не передавая нашему мозгу ров-
но никакой информации. Более того, без
какого-либо ущерба для себя нейтрино
проходит сквозь всю нашу планету. Из
этого следует, что если бы мы могли
видеть нейтрино, то мы могли бы наблю-
дать „нейтринное Солнце" даже ночью,
так как для нейтрино Земля абсолютно
прозрачна. Как же все-таки поймать ней-
трино? Ведь даже наши приборы состоят
из протонов, нейтронов и электронов,по
отношению к которым нейтрино аб-
солютно безразличны.
Хотя нейтрино и индиферентны, все же
в очень редких случаях их удается захва-
тить в атомном ядре. Для этой цели
ученые сконструировали так называемые
нейтринные телескопы и поместили их
в глубоких шахтах. Нейтринный телескоп
— это огромная цистерна, величиной с пла-
вательный бассейн, наполненная перхло-
рэтиленом. Молекула его (СгС14) состоит
из двух атомов углерода и четырех атомов
хлора. Именно ядра хлора время от време-
ни, хотя и весьма редко, могут захватить
нейтрино. Ядро хлора при этом превра-
щает~я в ядро аргона (рис. 181):
v, + З177С1 -+ З178Аг + е .
В нашем соотношении v, означает сол-
нечное нейтрино, С1 — ядро хлора с 37
нуклонами, из которых 17 протонов, Ах
— ядро аргона с 37 нуклонами, из которых
18 протонов. В ядре хлора один нейтрон
превращается в протон:

182 При захвате
электрона
нейтральным атомом
водорода излучается
фотон. Возникает
отрицательный ион
водорода с двумя
зле ктронамн.
Кинетическая энергия
передается фотону.
Медленный электрон
испускает
инфракрасный фотон.
Быстрый электрон
испускает голубой нли
ультрафиолетовый
фогон.
183 Постоянная
(основная) составная
частьсолнечного
излучения (свет,
инфракрасное
излучение — IR)
исходит из гранул
фотосферы.
Переменная часть
(радио и Х) исходит из
короны.
144
145
v,+n — ð+å .
У остальных нуклонов изменений не про-
исходит. Заметим, что в процессе превра-
щения сохраняются электрический, ба-
рионный и лептонный заряды.
Весь процесс поиска нейтрино состоит
таким образом в извлечении нескольких
атомов аргона 18Ar, возникших в резуль-
тате превращений, из приблизительно
400 000 литров перхлорэтилена. После
того, как они „пойманы", их необходимо
сосчитать. Ядра аргона радиоактивны,
и именно это свойство позволяет регис-
трировать каждое ядро аргона.
Преобладающее большинство солнеч-
ных нейтрино нельзя захватить, пользуясь
этим методом, так как описанный нами
выше нейтринный телескоп чувствителен
только по отношению к нейтрино очень
больших энергий, которых не так уж
много. Результаты, полученные при ис-
пользовании этого метода, нельзя считать
абсолютно точными. Поэтому ученые
разрабатывают более совершенные ней-
тринные телескопы, которые будут чув-
ствительны и к нейтрино малых энер-
гий.
Солнце спокойное
и Солнце активное
Энергия, освобождающаяся из солнеч-
ных недр, уходит в космическое простран-
ство в виде нейтринного, фотонного
и корпускулярного излучения. Нейтрино
исследуется глубоко под землей. Наблю-
дения над фотонами можно вести, с одной
стороны, в обсерваториях на поверхности
Земли, с другой стороны, с помощью
спутников, вращающихся над земной
атмосферой. Спутники ведут наблюдения
над фотонами, которые поглощаются
атмосферой (рентгеновские, ультрафио-
летовые, гамма-фотоны, некоторые ин-
фракрасные и радиофотоны очень низких
частот). О нейтринном излучении и кор-
пускулярном (солнечный ветер) мы уже
говорили (стр. 141 — 143). В этой главе мы
остановимся на фотонном излучении. Фо-
тоны уносят с Солнца гораздо больше
энергии, чем нейтрино и частицы вместе
взятые. Фотонное излучение Солнца
складывается из двух составных частей:
постояп~ой п переменной.
Постоянная фотонная сосгавная часть
не меняется, в ней сосредоточена большая
часть солнечной энергии. Ее фотоны из-
лучаются фотосферой, в то время как
хромосфера и корона мало участвуют
в данном процессе. На рис. 183 вы видите,
что фотосфера, активнее всего участвую-
щая в этом, излучает световые и инфра-
красные фотоны. Путь фотонов от Солн-
ца до Земли длится всего 8 минут 20
секунд. Большинство солнечных фото-
нов рождается в гранулах. Можно ска-
зать, что их родителями являются
атомы водорода и электроны (рис. 182).
В результате их соединения возникает
атом водорода с отрицательным зарядом
— отрицательный ион. При этом освобож-
дается энергия электрона в виде фотона.
Собственно говоря, это — последняя ста-
дия излучения фотона и его прощание
с Солнцем. До этого в недрах светила он
много раз излучался, поглощался и снова
излучался...
Если электрон в фотосфере захвачен
водородным атомом, он излучает всю
свою энергию: энергию связи и кинети-
ческую. Неподвижный электрон излучает
только энергию связи (0,75 эв) в виде
инфракрасного фотона. Энергия такого
фотона слишком мала, так что наш глаз
не может ero видеть, но мы все-таки
ощущаем его тепло.
Электрон, находящийся в движении, об-
ладает кроме этого еще кинетической
энергией (1/2mv2, где m — масса электро-
на, а ч — ero скорость). Чем быстрее
движется электрон, тем больше его кине-
тическая энергия. Когда происходит за-
хват электрона водородным атомом,
электрон излучает в виде единственного
фотона свою энергию связи (0,75 эв) и ки-
нетическую энергию. IeM больше была
скорость движения электрона, тем боль-
ше энергия фотона. Итак солнечный фо-
тон получил энергию от свободного элек-
трона в фотосфере. Свою кинетическую
энергию и энергию связи электрон пере-
дал ему при соединении с атомом водоро-
да. Этот процесс называется рехомбппа-
цпей, и его можно выразить в следующем
184 Солнечный спектр со времен меняется.
На рис. вы видите несколько спектров
Солнца, зарегистрированные с интервалом
в 1 час. Та часть спектра, которая
соответствует видимому,
ультрафиолетовому н инфракрасному
излучению, несет больше всего энергии
и sanseTcs неизменной (2). Радио (3)
и рентгеновская (1) часть спектра меняются
во времени.
соотношении Н + е -~ Н + hv.
где Н вЂ” нейтральный атом водорода, Н
— отрицательный ион водорода, а hv
— энергия излученного фотона, h — по-
стоянная Планка, v — частота колебания
фотона. Их произведение hv таким
образом, равно энергии, которую несет
фотон.
Свободный электрон может обладать
различной энергией. Если он находится
в состоянии покоя, излученный фотон hv
несет лишь энергию связи (0,75 эв). Но
электроны в фотосфере движутся с раз-
ной скоростью и имеют, следовательно,
разную кинетическую энергию. Поэтому
возникшие фотоны обладают различной
энергией. Все вместе они создают свет.
Фотосфера излучает фотоны всех цветов,
в том числе и инфракрасные (при участии
медленных электронов) и близкие уль-
трафиолетовые (при участии самых быс-
трых электронов).
Так рождаются солнечные фотоны, не-
сущие нам с Солнца энергию, а вместе
с ней и тепло, свет, движение, — короче
говоря, жизнь. Без них мы не могли бы
существовать. Поэтому человек должен
знать их не столь сложную историю.
Итак, мы говорили о рождении фотонов
постоянной части солнечного излучения

186 Свет планет,
комет и спутников
— отраженный
солнечный свет. Без
Солнца мы не увидели
бы зти холодные
космические тела.
186
188
185 В межпланетном
пространстве за
орбиту Плутона (1)
свет летит пять часов.
В течение 15 часов
после того, как
фотоны покинули
Солнце, они еще
встречаются
с частицами
солнечного ветра
(гелиосфера) (2).
Затем полтора
года фотоны летят
в Облаке Оорта (3).
Приблизительно
через два года фотоны
встречают на своем
пути пылинки и атомы
межзвездной среды,
— и даже могут
встретить одинокую
протокомету,
принадлежащую
другой звезде (4).
(рис. 192). Об их дальнейшей судьбе вы
узнаете в следующей главе.
Переменная часть солнечного излуче-
ния состоит из рентгеновских лучей (ино-
гда и гамма-фотонов), ультрафиолетово-
го и радиоизлучения. На рис. 184 мы
видим, как изменяются обе части. Фотоны
переменной части излучаются верхними
слоями солнечной атмосферы, то есть
хромосферой и короной. По сравнению
с постоянной переменная часть слабее
и полностью зависит от солнечной актив-
ности, прежде всего от наличия солнеч-
ных пятен и вспышек. Чем больше сол-
нечная активность, тем больше интенсив-
ность переменной части. Во время макси-
мума солнечной активности интенсив-
ность переменной части выше, чем во
время минимума.
Постоянная составная абсолютно необ-
ходима для поддержания жизни на Земле,
а также в качестве источника энергии.
Переменная часть несет мало солнечной
энергии и при том в неправильных интер-
валах. Она не является необходимым
условием существования жизни на Земле,
напротив, это излучение может нанести
ущерб здоровью человека (рис. 399).
Судьба
солнечного излучения
После своего рождения в фотосфере
фотоны в течение нескольких секунд пре-
одолевают сильно разреженную коро-
ну, покидают Солнце и устремляются
в межпланетное пространство. Невероят-
но малое количество фотонов попадает на
тела Солнечной системы и ее пылинки
(рис. 185). Всего лишь один из нескольких
миллионов фотонов осядет на какой-ни-
будь из планет или ее спутнике, на малой
планете, каменной глыбе или обломке
железа, на ничтожной пылинке или коме-
те. Солнечные фотоны поглащаются за
несколько минут или несколько часов еще
вблизи Солнца.
Около пяти часов стремительного по-
лета (за одну секунду фотон преодолевает
300 000 км) — почти все солнечные фото-
ны пересекают орбиту самой отдаленной
планеты — Плутона. Но Солнечная систе-
ма простирается дальше. Еще в три раза
дальше фотоны встречаются с протона-
ми, альфа-частицами, электронами сол-
нечного ветра и с мельчайшими частица-
ми пыли, вытесненными из межпланетно-
го пространства. Итак, спустя пятнадцать
часов после того, как фотоны покинули
Солнце, они достигают границы гелиос-
феры, то есть границы распространения
солнечного ветра.
Через последующие полтора года фото-
ны могут встретиться с самыми дальними
объектами Солнечной системы — снеж-
ными шарами, протокометами. Они нахо-
дятся на расстоянии приблизительно од-
ной трети пути до ближайшей звезды
— Альфа Центавра. Фотоны покидают
Солнечную систему, так как сила солнеч-
ного притяжения далее не распростра-
няется.
После полуторагодичного полета фо-
тоны оказываются в межзвездном про-
странстве, где господствует почти аб-
солютная пустота. Лишь изредка там мо-
жет встретиться атом водорода или гелия
и еще реже — частица пыли. В некоторых
местах межзвездного пространства нахо-
дятся огромные скопления пылевых час-
тиц, которые называются пылевыми об-
лаками. Пылинки, состоящие из углерода
и силикатов, очень малы (примерно одна
десятая микрона). Некоторые из них
— в ледяной оболочке. Пылевые облака
поглощают большое количество фото-
нов, энергия которых при столкновении
с пылинками превращается в тепло.
Фотоны, которые не были поглощены
пылевыми облаками, через несколько
тысячелетий покидают Галактику (рис.
128). На протяжении миллионов лет они
летят бесконечным пространством между
галактиками. При встрече с галактикой
фотоны поглащаются пылевым облаком
или одной из многих миллиардов звезд.
Наиболее отдаленная галактика (она
147

лунный месяц
полнолуние
последняя
четверть
полукруг
первая
четверть
новолуние
187
149
148
187 На своей орбите
вокруг Солнца Землю
сопровождает Луна
(рис. вверху
и в центре). Лунная
орбита вокруг Земли
обозначена красной
стрелкой. Лунный
месяц — это
промежуток времени
между двумя
одноименными
фазами Луны (рис.
внизу).
была сфотографирована с помощью
большого телескопа в Маунт Паломар
в Калифорнии) расположена в созвездии
Геркулеса на расстоянии 5,8 миллиарда
световых лет от нас. Фотоны, покинувшие
Солнце в момент его зарождения, достиг-
нут ее пределов через 800 миллионов лет.
Самые далекие галактики, наблюдаемые
в диапазоне радиоволн, находятся от нас
на расстоянии приблизительно 10 мил-
лиардов световых лет. Те же фотоны
долетят до них лишь через пять миллиар-
дов лет.
Солнечное излучение
в планетноЙ системе
Из нескольких миллионов фотонов
солнечного излучения только один
или два остаются в пределах нашей Сол-
нечной системы. Все остальные устрем-
ляются в космическое пространство. Та-
ким образом своему собственному пла-
нетному семейству Солнце отдает лишь
мизерные крошки своей энергии. Солнеч-
ное излучение почти полностью улетучи-
вается в ледяную пустоту межзвездного
пространства. Но с нашей точки зрения
даже такая ничтожная часть энергии,
остающаяся в нашей системе, представ-
ляется огромной и значительной.
Большие и малые тела Солнечной сис-
темы ведут себя двояко по отношению
к солнечному излучению: с одной сторо-
ны, они поглащают его (то есть превра-
щают в тепло и вследствие этого нагре-
ваются), с другой стороны, отражают его.
Благодаря этой, отраженной части сол-
нечного излучения, мы можем видеть
188 Затмение Луны
и Солнца. Если Луна
(А) находит~я
в положении между
Солнцем (8) и Землей
(В), ее тень падает на
Землю, и в тех
областях, куда она
падает, наблюдается
солнечное затмение.
Однако, орбита Луны
наклонена по
отношению к земной
орбите, поэтому тень
Луны (С) часто во
время новолуния
проходит над Землей
(D) или под ней. В этих
случаях мы не можем
наблюдать на Земле
затмение Солнца.
Когда Луна войдет
в земную тень, то мы
наблюдаем затмение
Луны.

192 Комета
„Когоутек" в момент
прохождения вблизи
Солнца. Благодаря ей,
мы стали свидетелями
красивейшего
зрелища,
происходившего
в 1973 — 1974 гт.
Снимок был сделан
с помощью
коронографа,
который искусственно
189 Полное затмение
Солнца мы видим на
территории,
проходящей узкой
полосой, куда падает
тень от Луны. Эта
территориальная
полоса меняется прн
каждом затмении
(вверху — затмение
1977 r., внизу—
1979 г.).
191 Комета Галлея,
сфотографированная
26. 4.— 11. 6. 1910 г.
Хвост и голова
192
кометы развиваются
при ее приближении
к Солнцу. По мере ее
удаления от светила
яркость кометы
ослабевает. Период
обращения кометы
Галлея вокруг Солнца
— 76 лет. Комета снова
приблизится к Солнцу
в конце 1985 г.
и в начале 1986 г.
закрывает фотосферу
и поэтому на снимке
хорошо видна
солнечная корона
с длинными белыми
лучами. Это струи
солнечного ветра.
150
151
и изучать отдельные тела Солнечной сис-
темы.
Наиболее яркой планетой нашего не-
босклона является Венера, ближайший
сосед Земли. Невооруженным глазом мы
видим также планеты Марс, Юпитер
и Сатурн (рис. 108).
Нашему глазу планеты кажутся похо-
жими на звезды, разница лишь в том, что
они постоянно меняют свое положение на
190 При полном солнечном затмении Луна закрывает
фотосферу, поэтому хорошо видна обширная белая
корона. Это свет фотосферы, рассеянный на
электронах горячей корональной плазмы. Снимок
сделан астрономами Киевского университета во время
солнечного затмения 30. 6. 1954 г.
небосклоне. Звезды, конечно, находятся
во много миллионов раз дальше от нас,
чем планеты. Объем и масса Солнца
и большинства звезд примерно в миллион
раз больше объема и массы планет, а тем-
пература на их поверхности достигает
нескольких тысяч кельвинов. Свет планет
— это всего лишь солнечный свет, кото-
рый отражается от их поверхности (рис.
18б), изменив свое направление. Планеты
слишком малы и холодны для того, чтобы
излучать собственный свет (рис. 108).
Вокруг планет вращаются спутники.
Невооруженным гла
спутник нашей планеты — Луну, которая
возникла в результате действия силы тя-
готения из одного и того же облака, что
и Земля и вся Солнечная система, вклю-
чая Солнце (рис. 87, 88).
Солнечные лучи освещают только одну
половину Луны, в то время как обратная
ее сторона остается неосвещенной. В про-
цессе вращения Луны вокруг Земли мы
видим освещенную ее сторону либо по-
190
лностью (полнолуние), либо наполовину
(первая и последняя четверти),или,нако-
нец, совсем не видим ее (новолуние).
Полнолуние наступает в момент, когда
Луна находится в противостоянии с Солн-
цем (рис. 187). По этой причине полнолу-
ние можно наблюдать лишь в ночное
время. Глядя на рисунок, нетрудно опре-
делить, что новолуние наблюдается толь-
ко днем (то есть в то время, когда наше
полушарие освещено), первая четверть
видна от половины дня до первой полови-
ны ночи и т.д.
Орбита Луны наклонена к плоскости
эклиптики. Если бы ее орбита лежала
в плоскости эклиптики, то во время по-
лнолуния Луна находилась бы в тени
Земли и при полнолунии мы наблюдали
бы затмение нашего спутника. В период
новолуния тень Луны падала бы на по-
верхносгь Земли и мы могли бы наблю-
дать затмение Солнца.
Все тела Солнечной системы, большие
и малые, отбрасивают длинные тени и по-
лутени (рис. 188). Из тени Солнца не
видно а из полутени — только частично.
Тень Земли, разделена плоскостью эк-
липтики на две половины и простирается
на расстоянии полутора миллионов кило-
метров, то есть намного дальше расстоя-
ния от Земли до Луны. Если при полнолу-
нии наш спутник находится вблизи эклип-
тики, то он обязательно войдет в земную
тень. Тогда происходит затмение Луны
(рис. 188).
Конус лунной тени равен по своей длине
расстоянию от Луны до Земли, то есть
своей вершиной он касается земной по-
верхности (рис. 188). В тех местах, куда
падает тень Луны, можно наблюдать по-
лное затмение Солнца. Для этого, конеч-
но, Луна должна находиться во время
новолуния в плоскости эклиптики. В мес-
тах, куда падает полутень Луны, наблю-
дается частное затмение Солнца.
Затмение Луны можно наблюдать на
всем ночном полушарии Земли, и, напро-
тив, фазу полного затмения Солнца видно
только в пределах узкой полосы шириной
около 160 км на освещенном полушарии
Земли, по которому движется лунная
тень.
Незадолго до новолуния наблюдатель,
находящийся на Луне, мог бы видеть нашу
планету в „полноземлии", то есть видел
бы все освещанное полушарие Земли.
Земля во время новолуния освещает тем-
ное полушарие Луны настолько интенсив-
но, что с Земли его хорошо видно: это так
называемый пепельный свет.
Иначе говоря, пепельный свет — это
солнечный свет, отраженный от Земли
и попавший на темное полушарие Луны.
Отраженный от Луны он снова возвра-
щается на Землю. Иногда пепельный свет
настолько ясен, что на поверхности Луны
можно различить горные хребты и кра-
теры.
Спутники других планет (Марса, Юпи-
тера, Сатурна, Урана и Нептуна) можно
наблюдать и фотографировать только
с помощью телескопов. Длинные конусы
черных теней тянутся за планетами и их
спутниками, так что можно наблюдать
явления, схожие с затмениями Солнца
и Луны. Особенно четко это можно ви-
деть, следя за наиболее яркими спутника-
ми Юпитера. Можно наблюдать движение
тени спутника на диске Юпитера (анало-
гия солнечного затмения), или следя за
тем, как спутник входит в тень Юпитера
(затмение спутника). Спутник может
спрятаться за диском планеты (так назы-
ваемое покрытие спутника).
Красивейшее явление солнечного излу-
чения в нашей Солнечной системе пред-

193 На диаграмме
Герцшпрунга-Рессела
стрелкой обозначено
возрастание
температуры на
поверхности
Протосолнца
и изменение его
светимосги. Как
только Протосолнце
достигло главной
последовательности
(диагональный ряд
звезд), оно стало
Солнцем. Подобным
образом из глобул
эволюционировали
все звезды.
телец, возник
в сверхновой, взрыв
которой произошел за
2 миллиарда лет до
рождения Солнца
и планет. Сегодня от
этой сверхновой уже
не осталось никакого
следа.
153
152
ставляют кометы. Время от времени на
небосклоне появляется комета, которую
можно наблюдать невооруженным гла-
зом. Как только она приближается
к Солнцу на расстояние, равное расстоя-
нию от Солнца до Марса, возникает ог-
ромная газообразная голова (кома)
и длинный хвост (рис. 191, 192).
Частицы пыли, которые комета разбра-
сывает в межпланетном пространстве, са-
мостоятельно вращаются вокруг Солнца.
Подобных пылинок, камешков, вращаю-
щихся вокруг Солнца, бывает очень мно-
го. Это так называемые метеорные тела
или метеороиды (рис. 111, 112). Они за-
193
полняют линзовидное пространство, про-
стирающиеся вдоль плоскости эклиптики
(рис. 112). Их можно наблюдать даже
невооруженным глазом в весенние вечера
или осенью по утрам до восхода Солнца.
В эти времена года эклиптика находится
почти в перпендикулярном положении
относительно горизонта. Солнечный
свет, рассеянный и отраженный на бес-
численных метеорных телах, похож на
светлый конус, вытянутый вдоль эклип-
тики. Но об этом явлении, которое назы-
вается зодиакальным светом, мы уже го-
ворили на стр. 64.
Итак, благодаря солнечному свету, мы
можем видеть большие и малые тела
Солнечной системы. Солнечный свет,
отраженный от поверхности Земли, по-
зволяет увидеть и нашу планету из косми-
ческого пространства (рис. 389). Более
того, все, что нас окружает на Земле, мы
видим благодаря солнечному свету, отра-
женному от предметов, облаков, земной
поверхности...
Возникновение
Солнца и Земли
Пять миллиардов лет назад еще не
существовало ни Земли, ни Солнца. Вмес-
то этого было лишь громадное облако
холодного разреженного газа и пыли.
Фотонам пришлось бы лететь полгода,
чтобы пересечь это облако. Его назвали
первичной туманностью или первичной
глобулой.
Пять миллиардов лет назад первичная
туманность в силу собственного притяже-
ния начала постепенно сжиматься. Пыле-
вые частицы и молекулы газа притягива-
лись друг к другу, как будто замерзали от
холода (кстати, 5 К, то есть — 268 'С, это
уже, действительно, сильный мороз!).
В процессе сжатия повышались плот-
ность и температура туманности. Грави-
тационная сила „вычерпывала" энергию
покоя из каждой частицы туманности.
Часть освобожденной таким образом
энергии превращалась в тепло, а часть ее
излучалась в виде инфракрасных лучей.
Плотность и температура повышались
прежде всего в центре туманности, там,
где зарождалось Солнце — медленно сжи-
мающийся и раскаляющийся гигантский
шар. Когда температура в центре Солнца
(точнее, „Прасолнца") достигла 13 мил-
лионов кельвинов, наше светило по-
лностью „созрело", став таким, каким мы
знаем ero сегодня.
Какие же важные процессы привели
к тому, что раскаленный сжимающийся
шар, состоящий из газа, мог превратиться
в „зрелую" звезду? Когда температура
в центре Солнца поднялась до 7 миллио-
нов кельвинов, водород начал постепенно
превращаться в гелий. В то же время сила
гравитации продолжала. процесс сжатия
и нагревания центра до тех пор, пока
температуа не достигла порядка 13 мил-
лионов кельвинов. При этом давление
в недрах повысилось настолько, что стало
равным силе гравитации (то есть давле-
194 Втотпериод,
когдавозрастнашей
Галактикисоставлял
приблизительно
3 миллиарда лет, в ней
появилось большое
количество
сверхновых звезд (рис.
152). Тогда возникло
множество атомов
всех тех элементов,
которые извергались
сверхновыми звездами
в межзвездное
пространство (17).
Глобула (18), из
которой позднее
возникли Солнце
и солнечная система
(19-21) обогащалась
новыми атомами
(например, атомами
углерода, кислорода,
кальция, железа,
урана и др.). Зто
означает, что атомы,
из которых состоит
Земля, включая
и живые организмы на
ней, имеют возраст
около 7миллиардов
лет (22). Например,
атом железа
в молекуле
гемоглобина, которая
входит в состав
красных кровяных
нию вышележащих слоев) и воспрепят-
ствовало дальнейшему сжатию. Точка,
обозначающая температуру на поверх-

ности Солнца и его светимость, на диа-
грамме Герцшпрунга-Рессела, передвину-
лась в главную последовательность (рис.
193). С этого момента Солнце освобожда-
ло всю свою энергию лишь путем превра-
щения водорода в гелий и не нуждалось
в собственной гравитации. На смену гра-
витации на долгое время пришли ядерные
силы. В то время как силе гравитации
потребовалось около 10 миллионов лет,
чтобы из первычного облака образова-
лось Солнце, ядерные силы уже на протя-
жении пяти миллиардов лет освобождают
энергию Солнца. Но запасы водорода
в ядре Солнца хватают на десять миллиар-
дов лет.
Из остатков первичной туманности во-
круг светящегося Солнца возникали пла-
неты. Огромные бесформенные сгустки
туманности, вращающиеся вокруг моло-
дого Солнца, при помощи силы собствен-
ного притяжения превратились в шарооб-
разные тела — планеты. Так зарождались
Земля, Венера, Марс и все остальные
планеты. Таким же образом появилась
и Луна — „меньшая сестра Земли", а также
все остальные спутники других планет.
Солнце находится на расстоянии 30 000
световых лет от центра Галактики и вра-
щается вокруг него приблизительно по
круговой орбите. Вместе со всей системой
Солнце движется по направлению к соз-
вездию Лебедя со скоростью 230 км/сек.
Его полный оборот вокруг центра Галак-
тики длится 250 миллионов лет. За время
своего существования оно успело совер-
шить уже двадцать таких витков.
Итак, мы теперь знаем, что наша звезда
— Солнце — это большая, старшая сестра
Земли, что оба небесных тела родились из
одного первичного облака. Земля при-
близительно в миллион раз меньше Солн-
ца и поэтому послушно" вращается во-
круг своего гигантского раскаленного
светила (рис. 187). Силой своего тяготе-
ния Солнце удерживает Землю вблизи
себя и не позволяет ей улететь в ледяной
мрак космического пространства. Имен-
но поэтому Солнце своими лучами может
сообщать движение водам и ветрам на
поверхности Земли, придавать голубизну
ее небу, давать тепло и питание всему
живому, поддерживая все доброе, что есть
на нашей планете.
195 Конечной целью и смыслом работы геологов является
изучение нашей планеты с тем, чтобы мы научились соблюдать
и сохранять существующие на ней природные условия и без
разрушительных вмешательств использовать ее рессурсы.

Геология—
196 Кремень был
одним из первых
материалов, которые
стал использовать
/
1 / *т
1л
человек — именно
здесь начал он свои
первые
„геологические
опьггы".
Производство орудий
из кремня развивалось
от палеолита до
Ф
е1
I
ранний палеолит
средний палеолит
древний палеолит
мезолит
неолит
неолита, как зто
иллюстрирует серия
каменных
инструментов. Позже
камень уже оказался
недостаточным
и люди стали искать
новые материалы
— медь, бронзу,
железо.
1
~!
/
е
/
1
/.
197 Добыча
полезных ископаемых
производилась уже
в Древней Греции
(рисунок относится
к VI веку до н. з.)
а ведется по сей день.
197
198 Ученье
Аристотеля владело
умами не только
в античном мире но
и в раннем
средневековье
и в начале нового
времени.
Представление
о вечной борьбе
между огнем и водой
отражено на гравюре,
иллюстрирующей
книгу Атанасиуса
Кирхера, изданную
в XVII веке.
157
156
молодая дисциплина
Новейшее деление истории человечес-
тва основано на том, как люди учились
использовать камень, а несколько позже
— другие полезные ископаемые — железо,
медь, олово. Названия исторических эпох
в истории человечества, как, например,
палеолит или неолит, содержат в себе
греческое слово „литос" — „камень".
Вскоре после того, как человек научился
использовать. камень, он приступил к его
сознательным поискам и добыче. Побе-
режье Западной Европы, сложенное из
меловых отложений, стало одним из пер-
вых мест, где люди начали пробиваться
в глубины Земли, чтобы добывать полез-
ные ископаемые.
Однако знакомство с минерапами и ми-
неральным сырьем — это лишь первая
ступень познания Земли. Вы, конечно,
знаете о вулканической деятельности
и о способности рек уносить выветренные
горные породы, вы видели огромные ска-
лы, грозовые тучи, снежные лавины
и сильный прибой, может быть даже
окаменевших животных. Все это относит-
ся к познаванию Земли, к таким дисцип-
линам, как метеорология, вулканология,
геофизика, геохимия и многие другие.
Часто говорят отдельно о минералогии,
петрографии, геохимии, геофизике, мож-
но слышать об атмосфере, гидросфере
и литосфере. При этом, однако, забывает-
ся тот факт, что такое разделение, хотя
и необходимо, осгавляет в стороне взаи-
мозависимость общего познавания Зем-
ли. Ведь, например, между атмосферой
и гидросферой неустанно происходит об-
мен веществ, поэтому атмосферу нельзя
изучать отдельно от гидросферы, так же,
как и разделять петрографию и минера-
логию. Связь между ними очень тесная.
Петрография изучает горные породы,
а минералогия — минерапы. Однако гор-
ная порода — это смесь минералов, поэто-
му нужно, чтобы каждый петрограф был
и хорошим минералогом. Если же мы
хотим понять функцию Земли, ее связи
с внешним миром, а также ее внутренние
процессы, тогда мы должны все дисцип-
лины и методы исследования описать как
в отдельности, так и в общей системе
взаимозависимости. Начнем со связи
между дисциплинами, которые содержат
в своем названии греческое слово „геос"
— Земля.
Изучение геологической структуры
Земли тесно связано с географическими
знаниями. Поэтому представления о фор-
ме, величине и месте Земли у 'разных
народов отличаются. Греческие ученые
сделали вывод о том, что Земля имеет
форму шара, и именно в древней Греции,
а также в других, в частности, арабских
цивилизациях началось накопление ос-
новных данных о Земле, минералах, гор-
ных породах, о процессах, происходящих
на поверхности Земли и в ее атмосфере.
Из этих знаний родились отдельные дис-
циплины, которые составляют современ-
ную науку о Земле.
Главные постоянные величины Земли
— ее масса, объем, средняя плотность,
форма, размещение континентов и океа-
нов — были определены в течение XVIII
и XIX веков. Значительную роль сыграла
геология в период промышленной ре-
волюции, когда возросла потребность
в новых источниках минеральнего сырья,
что, в свою очередь, вызвало формирова
ние специалистов, занимающихся строе-
нием и составом Земли, разбирающихся
в ее горных породах и минералах.
iso такое геология
и наука о Земле
Неспециалисты обычно считают, что
единсгвенным способом изучения Земли,
ее внутреннего строения является буре-
ние. Однако этот способ очень дорог,

18 5 1522
4. Мыс Доброй
Надежды, 18. 5. 1522
5. Сан-лукар, 6. 9. бОЛЕЕ ДЕШЕВЫМИ И дОСтуПНЫМИ МЕтОдаМИ.
Поэтому, прежде чем рассказать о том,
200 г... как человек изучает Землю посредством
на множество бУРЕНИЯ ГЛубОКИХ СКВаЖИН, ПОСМО'ГРИМ,
узкоспециализированных что предшествует буренин) и какими дру
дисциплин
sos
гог
159
158
199 Кульминацией
столетия открытий
и познавания мира
явилось кругосветное
путешествие Фернана
Магеллана,
совершенное
в 1519 — 1522 гг.
1. Сан-лукар, 20. 9.
1519
2. Магелланов
пролив, 25. 10. 1520
3. Филиппины, 16. 3.
1521
201 Простая
геометрическая
задача, позволившая
Эратосфену измерить
периметр (и,
естественно, радиус)
земного шара: если
известно расстояние
между двумя точками
на одном меридиане—
в данном случае
Александрия (А1.)
и Ассуан (AS) и углы,
образуемые
солнечными лучами
($) с линией,
проходящей через
центр тяжести
в данных местах в один
и тот же день, тогда
решением
треугольника можно
измерить земной шар.
сложен, технически ограничен, требует
много времени. Кроме того, совершенно
очевидно,что даже самая глубокая сква-
жина, скажем двенадцатикилометровая,
ничтожна в сравнении с радиусом земного
шара. В геологических исследованиях
и при геолого-разведочных работах буре-
ние на глубину нескольких десятков, со-
тен или тысяч метров бывает последней
гимн методами человек получает инфор-
мацию о своей планете.
Изучение недр Земли приносит бесчис-
ленное множество проблем. Одной из них,
хотя на первый взгляд это кажется пара-
доксальным, является само определение
положении Земли в Космосе. Естествен-
но, геолог встречается с астрономами
и астрофизиками, чтобы понять, где Зем-
ля находится, какая судьба ожидает ее
в Космосе, обычная или необычная это
планета и т.д. Ясно, что структуру Земли
как небесного тела нельзя изучать, не
зная другие тела, и вот сравнительная
планетология — новая, очень молодая дис-
циплина — показывает, как построены
и устроены другие планеты. Такие иссле-
дования основаны на отличном знании
физических свойств тел. Измеряется сила
тяжести, тепловой поток, исследуются
эластические свойства горных пород
и минералов, включая те, которые чело-
век никогда не видел собственными глаза-
ми, ибо они скрыты в глубине сотен
и тысяч километров под поверхностью
Земли. Связь науки о Земле с физикой
весьма тесная: основные данные о слоис-
том строении Земли, ее внутреннем
устройстве, о давлении и температурах
внутри, о земном магнетизме получены из
физики, точнее, геофизики. При изучении
состава земных горных пород (но здесь
нужно начать с состава Солнца) мы под-
ходим к химическим или космохимичес-
ким данным, а если ограничимся только
Землей — то геохимическим. Изучение
самого верхнего слоя Земли — почвы
и горных пород — тоже не только лишь
„геологическое" дело, поскольку вывет-
ривание происходит при участии гидрос-
феры и атмосферы, в нем принимают
участие организмы и т.п. Наука о Земле
включает метеорологию, гидрологию,
а там, где она пытается расшифровать
вопросы прошлой жизни, опирается на
биологию (палеонтологию). Биология
же, наоборот, получает от геологии дока-
зательства о развитии отдельных форм
жизни.
Белых мест на Земле осталось уже
немного, поэтому геологи среди нас были
бы редким явлением, если бы изучали
только их. Однако человечеству нужно
сырье для промышленности, источники
энергии и вообще земной шар, пригодный
для жизни. Для всего этого необходимы
самые разнообразные геологические про-
фессии: геолог как химик, в другом случае
— как физик, в следующем — как палеонто-
лог, а иногда и как геолог-планетолог.
Конечная цель геологов — познать Зем-
лю так, чтобы мы могли разумно, не на-
рушая равновесия естественных условий
на нашей планете, использовать ее источ-
ники и обеспечивать сырьем человечес-
202 Прямое
исследованиенедр
Земли с помощью
бурения (1) или шахт
(2) распространяется
лишь на самые
верхние слои земной
коры. Косвенные
доказательства
предоставляют
вулканические горные
породы (3), в которых
на поверхность Земли
попадают обломки
горных пород из
нижней части коры
и из верхней мантии.
Весьма успешными
являются
геофизические
исследования,
например,
сейсмическое
зондирование (4).

205 Видссамолетана
барьерные рифы
с атоллами
и лагунами.
206 Аэроснимок
и снимок со спу"гника
карибского
побережья
Венесуэлы. В сухих
районах много
песчаных дюн. Вода
окрашена мелким
материалом,
вероятно,
принесенным
с материка.
203 Аэрофотосъемка
стала в последние
двадцать лет важным
помощником не
только картографов,
но и геологов. На
рисунке показан ее
принцип: важно
большое перекрытие
снимков.
207
207 Не менее
интересный вид
коралла вблизи.
204 На аэроснимке
геолог сразу же видит
тектонические черты,
в данном случае
большой сброс,
разграничивающий
горы и равнину
(область сброса
Сан-Андреас
в Калифорнии).
161
кую цивилизацию. Над проблемой, какой
является, например, открытие нового
месторождения руды или нефти, необхо-
димо сотрудничество многих специалис-
тов — от геологов, составляющих карту,
минералогов, петрографов до горных ин-
женеров и экономистов. И, естественно,
изучение Земли зависит от международ-
ного сотрудничества. А поскольку геоло-
гические границы, то есть границы между
отдельными геологическими образова-
ниями, нигде в мире не совпадают с грани-
цами государств, очень важно сотрудни-
чество всех, кто изучает Землю.
Например, сосредоточенные исследо-
вания морского дна и проекты, связанные
с изучением литосферы — земной коры,
поддерживаются многими государства-
ми, международными организациями
и ЮНЕСКО. В прошлом и в настоящем
они принесли данные, которые исполь-
зует все человечество.
Геологическая карта
Каждому неспециалисту известно, что
на морских пляжах находится большей
частью песок, состоящий из кварца, а те
места Земли, где имеется много пещер,
образованы известняком.
Сложнее определить, где и какие гор-
ные породы встречаются на земной по-
верхности и под ней — под слоем почвы.
Именно этим в первую очередь с про-
шлых времен до наших дней занимаются
геологосъемщики. Все остальные геоло-
гические работы основаны на получен-
ных ими данных. Речь может идти, ска-
жем, о поисках камня для строительства
дорог, глины для керамической промыш-
ленности, о поисках руд. Нужны геологи
и там, где требуется найти подходящее
местодля строительства плотины. Геолог
должен знать, какая порода встречается
в данном месге, — это начало его работы.
BP~ z~ для постройки плотины будет
выбрано место, где в породе встречается
много глины или где находятся, хотя
и твердые, но растрескавшиеся горные
породы. Никто не ищет соль в граните или
нефть в базальте. Опыт показывает, что
соль и нефгь встречаются в комплексах
осадочных горных пород морского проис-
хождения. Некоторые критерии совер-
шенно однозначны и геологу ясны с пер-
вого взгляда. Каждое место на Земле
имеет свою длительную геологическую
историю, зашифрованную именно в гор-
ных породах, которые там встречаются.
Поэтому разбираться в горных породах
для геолога означает то же самое, что для
ребенка научиться читать. Из расположе-
ния и структуры сосгавных частей можно
узнать прошлое горных пород, опознать
соседние породы, определить сопроводи-
тельные явления и на основании этого
делать геологические выводы, предска-
зывать и отыскивать залежи минерально-
го сырья.
В самом начале геологической работы
находится составление геологической
карты, для которой, однако, необходима
топографическая основа — топографичес-
кая карта. Вместо этой карты можно
создать аэрофотографию исследуемой
территории или снимок, сделанный спут-
ником. Такой снимок имеет для геолога
ряд преимуществ. В главе, посвещенной
космическим исследованиям, мы увидим,
какие коренные изменения принесли
съемки поверхности Земли с околозем-
ной орбиты. По сравнению с топографи-
ческой картой снимки, сделанные с само-
лета или спутника, обладают тем преиму-
ществом, что, в отличие от карты, на них
видны „геологические различия": цвет
территории или ее цветные оттенки ука-
зывают на разницу в строении породной
основы. При съемках, сделанных на Зем-
ле, или на топографической карте такие
отличия нельзя распознать.
,Для работы по созданию геологической
карты геологу не нужно много инстру-
ментов или приборов. Ему достаточно
иметь геологический молоток, записную
книжку, перо, цветные карандаши, ме-
шочки для образцов, лупу и геологичес-
кий компас. Все это он может сложить
в карманы и отправиться в путь. На
исследуемой территории он отмечает на
карте с помощью понятных символов
и цветов все данные о горных породах,
которые встречает. Свои маршруты он
составляет так, чтобы проверить границы
залегания отдельных пород. Необходимо
изучить каждЫЙ уголок исследуемой тер-
ригории, чтобы определить, какая горная
порода находится под слоем почвы. Там,
где геолог точно знает, что залегает опре-
деленная порода, он ставит цветную точку
или штрих в соответствии с существую-

211 Сегодняшние
твердые н хрупкие
горные породы
пронсходя'г нз Тсх
частей земной коры,
где температура
н давление создавали
такие условия, прн
которых
расплавленные
породы вели себе как
пластичная материя.
Белые части
показывают места,
которые глубоко под
поверхностью
заполняла гранитная
магма.
210 Геологические
карты крупных
территорий имеют
больший масштаб,
чем 1: 200 000.
Обычно на ннх
отражены только
главные
геологические
единицы.
209 Геологические
карты более
подробного характера
предназначены для
специальных целей,
например, для
исследования
месторождений
полезных ископаемых
нлн изучения места,
где предполагается
построить крупное
инженерное
сооружение, скажем,
плотнну.
211
212
214
215
208 Геологическая
карта иллюстрирует
распространение
типов горных пород на
определенной
территории. Геолог
избирает свой путь
так, чтобы
обследовать все
выходы горных пород
н несколько раз
перейти границу
между отдельнымн
типами пород.
В результате
получается цветная
мозаика. В левой
части рисунка
изображена
собственно
территория, в правой
— готовая
геологическая карта.
Путь геолога
изображен белым
цветом, места, где он
нашел выходы горных
пород, — цветными
точками, на карте
перенумерованными
крестиками.
щим кодом. Обычно граниты и магмати-
ческая горная порода обозначаются крас-
ными цветами и оттенками, гнейсы — ко-
ричневатыми и т.д. Из точек возникают
линии, из линий — поверхности, а поверх-
ность одинакового цвета на карте озна-
чает место нахождения одинаковых гор-
ных пород. Во время этой работы геолог
собирает образцы пород, которые в лабо-
ратории подвергает более подробному
исследованию: измеряет все характерные
признаки, например, системы изломов
и трещин, а также соответствующую про-
странственную ориентацию составных
частей породы — минералов. Так на карте
можно обозначить направление и склон
осадочных слоев или ориентацию состав-
ных частей магматических горных пород,
на основании чего можно определить на-
правление течения этих пород.
После недель и месяцев работы в поле
и в лаборатории геологическая карта ста-
новится документом, полным информа-
ций. От того, для чего эта карта предназ-
начена, зависит ее масштаб, степень под-
робности обработки, отметки некоторых
черт или смазывание других. Так, напри-
мер, место для строительства плотины
должно быть исследовано весьма подроб-
но. На карте следует отметить все сбросы
и трещины в земле, все проницаемые
и непроницаемые горные породы. Опу-
щение какого-нибудь характерного знака
могло бы поставить плотину под угрозу.
Другим типом геологической карты яв-
ляется обзорная карта. Она призвана дать
геологу или экономисту информацию
о том, где могло бы встречаться минеаль-
ное сырье, какие горные породы могли
бы хорошо задерживать и сохранять воду,
где можно найти гравий для строитель-
ства дороги.
Геологический микромир
Взяв „свежий" кусок горной породы,
можно обнаружить, что в „граните" на
одном месте больше слюды, на другом
— меньше, что тут сланец темнее или
лучше дробится, там — светлее. В горной
породе можно рассмотреть и ее составные
части. В одной невооруженным глазом
можно различить слюду или белые поле-
вые шпаты, в другой для их распознания
нужна лупа, а часто даже этого не хвата-
ет и тут уже требуется специальный ми-
кроскоп.
Именно с момента изобретения микро-
скопа начинается настоящее изучение
горных пород — петрография или петро-
логия. Однако те, кто, возможно, видели
в школьном микроскопе срез лука, гидру
или простейшие существа, при виде гор-
ных пород будут разочарованы. Горная
порода непрозрачна, поэтому еще в по-
ловине прошлого века был изобретен
специальный метод исследования ее под
микроскопом. Очень важной операцией
является подготовка образца горной по-
роды для рассматривания. Ее срез должен
быть так тонко отшлифован, чтобы он
стал прозрачным. Гранит, гнейс, извест-
няк или любая другая горная порода в ви-
212 213 Андезнты
относятся к наиболее
часто встречающимся
горным породам
активных
геологических
областей — к местам
„столкновений
лнтосферньтх плит".
Горнаяпорода,
имеющая множество
вариаций, играет
213 большую роль
в образовании
будущих растущих
континентов
В петрографнческом
микроскопе
неинтересная на внд
порода преобразуется
в пеструю мозаику.
(Самое крупное
цветное пятно-
минерал пнроксен).
де пластинки толщиной в 0,03 — 0,04 мил-
лиметра совершенно прозрачны и их
можно изучать под микроскопом. Этот
метод изобрел в прошлом столетии англи-
чанин Генри Клифтон Сорби. Он и его
последователи разработали также мето-
ды, с помощью которых отдельные мине-
ралы можно довольно легко отличить под
микроскопом. Они исходили из того, что
кристаллические вещества преломляют
плоскость проходящего поляризованного
света. Если в петрографический микро-
скоп поместить поляризатор и анализатор
света, тоненькая пластинка горной поро-
214, 215 Континенты
н нх кора состоят
в основе нз горных
пород, прошедших
в далеком прошлом
через период бурного
геологического
развития. Онн
кристаллизовались
в условиях высокой
температуры
н давления глубоко
под поверхностью
Земли. Параллельное
размещение
составных частнц
видно невооруженным
глазом, еще лучше-
под микроскопом.
162
163

221 Карбонат
кальция (кальцит)
сопровождает во
многих жилах
полезные минералы
— руды меди, свинца,
цинка. Его
кристаллические
формы легко узнать.
Помимо характерной
спайности, для
гго
г18
218
216
216 И тонкие
бороздки, различимые
только под
микроскопом,
свидетельствуют
о сложности
процессов,
проходящих в земной
коре. (Зеленый
сланец).
217 Минералы,
содержащие серебро,
не только красивы по
цвету, но и, подобно
соединениям серебра
на фотоматериалах,
чувствительны
к свету. Такие
кристаллы реальгара
встречаются очень
редко.
ды выглядит под микроскопом почти как
в глазке калейдоскопа.
Из рисунков 213 и 215 видно, что каж-
дая горная порода представляет собой
агрегат минералов. Например, столь
распространенная порода, как гранит,
складывается из следующих главных сос-
тавных частей — кварца, полевого шпата,
слюды. Еще в ней находятся минералы,
которые обычно составляют меньше од-
ного процента горной породы (например,
магнетит и апатит). Их называют акцес-
сорными. В габбро основными составны-
ми частями являются полевой шпат, пи-
роксен или амфибол. Почти все горные
породы представляют собой смесь не-
скольких минералов. Только в отдельных
случаях встречаются породы, образован-
ные лишь одним минералом. Таким ред-
ким примером является известняк, обра-
шое значение. В другом случае присут-
ствие небольшого количества касситери-
та — оловянного камня — делает из гранита
оловянную руду. Яасто незначительные
изменения минерального состава (ска-
жем, присутствие сульфидов в горной
породе) указывает на то, что здесь может
быть руда, или что порода совершенно не
годится для постройки дороги.
Петрограф должен хорошо знать мине-
изменчивы и не дают много информаций,
то есть они недостаточны для определе-
ния минералов. Конечно, минералог изу-
чает кристаллические формы минералов.
Датский ученый Нильс Стенсен (Стено)
сформулировал одно из основных мине-
ралогическо-кристаллографических пра-
вил, которое говорит, что углы между
поверхностями кристаллов того же мине-
рала одинаковы. Это значит, что у кварца,
219 Агат по своему
составу — очень
простой окисел
кремния SiO2, îäíàêî
характерное для этого
полудрагоценного
камня многообразие
иллюстрирует
и многоликость мира
минералов.
220 Кристаллы серы
представляют собой
минералогический
курьез, крупные же
залежи используются
в химической
промышленности. Ее
характерными
чертами являются
цвет и хрупкость.
221
определения
достаточно
нескольких капель
соляной кислоты, пед
влиянием которой
кальцит, подобно
другим углекислым
солям, освобождает
пузырьки углекислого
газа.
218 Легко узнать
галенит, для которого
характерна
кристаллическая
структура,
свинцовый блеск
и отчетливая
кубическая спайность.
свидетельствующая
о кубической
симметрии, серый
165
зуемый известным минералом кальцитом.
Итак, петрографы исследуют горные
породы под микроскопом, определяют их
модально-объемную структуру, то есть
соотношение главных представленных
минералов. В соответствии с тем, как
расположены их составные части, каково
. их соотношение и величина, горные поро-
ды получают свое название, а иногда еще
и какое-нибудь определение. Поскольку
величина и форма составных частей,
а также их соотношение и качество отра-
жают процессы, которые формировали
горную породу, их классификация не яв-
ляется самоцелью: она в общих чертах
информирует о том, где в земной коре эта
порода возникла, каковы были условия
в том месте, где она кристаллизовалась
или осаждалась. Это относится как к оса-
дочным, так и магматическим горным
породам и к породам метаморфическим.
Вам кажется, что петрография беспо-
лезна? Так вот, например, определение
217 пористости горной породы помогает
определить ее способность удержать во-
ду, нефть или газ, а это уже имеет боль-
ралогию — ведь горная порода представ-
ляет собой агрегаг минералов. Если хотя
бы немного заняться предметом изучения
минералогов — минералами, можно обна-
ружить, что и эта, на первый взгляд
непрактическая наука связана с целым
рядом областей человеческой деятель-
ности. Вот только один пример: в керами-
ческой промышленности специалист дол-
жен сначала определить минеральные
компоненты, образующие глину, и в со-
ответствии с их свойствами предложить
технологический метод обработки сырья.
И при оценке руды минералог определяет
метод ее обработки. В зависимости от
того, что скажет минералог о почечном
камне пациента, врач предпишет диету.
Таким образом, диапазон минералогии
как науки довольно значительный. Мине-
ралог сегодня исследует свойства минера-
лов с точки зрения химии и физики,
интересуют его и агрегаты минералов.
Физические свойства, как, например,
твердость, цвет, блеск, удельная плот-
ность, наличие трещин и другие, весьма
происходящего, скажем, из Бразилии,
точно такие же углы, как у сибирского
кварца. Внешняя форма кристалла
— отражение ero внутреннего устройства,
то есть размещения молекул и атомов.

222 Агат-другие
образцы,
свидетельствующие
о красоте
полудрагоценных
камней.
Na
Со
Са
Ni
А
N
К
Са
Мд
Na
Са
А!
Со
224
223 Температура
и давление
определяют, полнит~я
ли из углерода
— одного из самых
распространенных на
Земле веществ-
графит (слева) или
алмаз (справа).
Диаграмма также
показывает, что при
высокой температуре
и исключительно
большом давлении
можно из графита
получить алмаз.
Алмазы таким
образом уже
производятся.
224 Отдельные слои
Земли отличаются
своим составом. Какое
место занимают они
в общем строении
Земли, показывает
рисунок: А-кора,
В- мантия, С-ядро,
D- Земля как целое.
223
Для познания внутренней структуры
минералов уже недостаточен лишь мик-
роскоп или гониометр, с помощью кото-
рого измеряются углы между плоскими
гранями кристаллов. Здесь требуются бо-
лее остроумные и чувствительные прибо-
ры и методы. Изучение структуры разме-
щения составных частиц минералов тесно
связано с физикой твердого тела. В этой
дисциплине важную роль сыграли рентге-
новские лучи. Кристаллы подвергаются
ренггеновскому облучению и на основе
полученных снимков определяется их
структура и рассчитывается расстояние
между составными частицами. С'груктура
минералов является первостепенным
определительным и характеризующим
признаком. Но, кроме структуры, мине-
ралог должен еще знать точный химичес-
кий состав и только потом минерал может
быть точно определен. Таким образом,
минерал — это химическое соединение
с определенным расположением состав-
ных частиц. Какую разницу вызывает
расположение составных частиц, иллю-
стрирует наиболее часто приводимый
пример графита и алмаза. Химический
анализ показывает, что в обоих случаях
представлен чистый углерод и ничего
другого. Решающим же является располо-
жение составных частиц. Разницу в крис-
таллической структуре показывает рису-
нок. И вид обеих „модификаций" углеро-
да различный: едва ли вам удастся найти
женщину, которая бы носила кольцо
с графитом.
Изучение внутренней структуры мине-
ралов настолько продвинулось вперед,
что в настоящее время производятся при-
боры, способные определять внут-
реннюю структуру минералов, при этом
показывать объект в оптическом микро-
скопе и, кроме того, определять ero хими-
ческий состав. Методы изучения, кото-
рые были использованы при исследова-
нии космического материала — метеори-
тов и лунных горных пород — таковы, что
при них используется минимальное коли-
чество препаратов, и в настоящее время
они стали широко употребляться при ми-
нералогических исследованиях.
Минералы, образующие горные поро-
ды, которые едва можно различить прос-
тым глазом, анализируются сложными
электронными микроанализаторами. По-
этому теперь можно каждую частичку,
часто химически весьма изменчивую, ха-
рактеризовать гораздо точнее, чем два-
дцать лет тому назад. Параллельно с из-
менением представления о строении Зем-
ли, о ее системе двигающихся платформ,
много изменений претерпел и геологичес-
кий микромир.
Геологу нужна
химия и физика
Земля состоит из 90 химических эле-
ментов. Однако при исследовании хими-
ческого состава горных пород на земной
поверхности или тех, которые залегают
до 400 км в глубину, обнаруживается, что
лишь 10 элементов встречается в таком
количестве, которое заслуживает внима-
ния. Возьмем, например, земную кору
— это кислород (60,5 %), кремний
(20,4 %), алюминий (6,2 %), водород
(2,8 %), натрий (2,5 %), кальций (1,9 %),
железо (1,9%), магний (1,8%), калий
(1,4 %) и титан (0,2 %). И только потом
следуют углерод, фосфор, марганец, сера,
фтор и другие. Мы перечислили только
15 элементов. Остальные 85 составляют
всего 0,19 %. К ним относятся столь ред-
кие элементы, как иридий, платина, тан-
тал и ниобий. Этот перечень доказывает,
какой редкостью является месторожде-
ние минерального сырья, содержащего,
скажем, 2,5% металла в руде, какое
необычное стечение обстоятельств при-
вело вообще к такой концентрации ме-
талла на Земле.
Состав Земли изучают геохимики. Они
исследуют структуру горных пород, сос-
тав воздуха и воды, сравнивануг строение
А В С
горных пород и почв, стараются понять
как, где, когда и почему концентрируются
или рассеиваются элементы, как они цир-
кулируют в природе. Эта работа не яв-
ляется самоцелью. Земля напоминает жи-
вой организм: элементы в ней меняются
местами, происходит их поглощение и вы-
свобождение. Если понять, например,
круговорот серы в природе, можно хотя
бы частично понять и метаболическую
систему Земли, что, в свою очередь, яв-
ляется важным условием решения основ-
ных вопросов дальнейшей жизни челове-
ческой цивилизации.
Другой проблемой, волнующей геохи-
мию, является строение земных недр.
Иными вопросами занимается так назы-
ваемая практическая геохимия, в задачи
которой входит найти с помощью прос-
тых „химических" методов залежи мине-
рального сырья. Ведутся поиски повы-
шенного содержания элементов в почвах,
речных отложениях, даже в листьях де-
167

228 Определение
эпицентра
землетрясения
является несложной
геометрической
задачей, если имеются
три сейсмические
станции (например,
P-Палермо, R-Рим
и N — Неаполь)
и точное время,
зарегистрированное
сейсмографами. Чем
225 Большинство
ученых предполагает,
что источником
называется
деклинацией (D).
Стрелка компаса
имеет еще одно
отклонение — она
наклоняется
несколько вниз, „к
земле". Это
22В
226 Принцип
гравиметрических
методов весьма
несложен: там, где
скопилось большое
называется
инклинацией.
Де клин ация
и инклинация
являются
горизонтальным
и вертикальным
компонентами
количество материи,
ускорение силы
тяжести больше. На
рисунке обе гири
одинаковы, однако на
левую действует
большая плотность
(больший вес) горных
пород, находящихся
под поверхностью.
229 Приход
сейсмических волн
и их регистрация
сейсмографом.
Значение
А — амплитуда,
величина волны,
Т- продолжительность
во времени одного
колебания.
больше станций
принимает участие
в определении
эпицентра, тем точнее
можно определить
область его
магнитного вектора.
нахождения.
ггв
169
магнетизации
является земное ядро,
как показывает
нижний рисунок.
Одновременно видно,
что ось вращения
Земли (синяя)
и магнитная ось Земли
(красная) не
тождественны.
Поэтому магнитная
стрелка показывает не
географический север
(G), а магнитный
север (М).
Отклонение
ревьев, потому что такое повышенное
содержание может указывать на нахожде-
ние полезных ископаемых под слоями
почвы. А поскольку эти „повышенные
содержания" в действительности очень
малы составляют, скажем, сотые и тысяч-
ные доли процента, геохимикам нужны
для работы лаборатории, оборудованные
специальными приборами.
Когда мы говорили о минералах, мы
отметили, что их главной характерной
чертой является структурное размещение
составных частиц и химический состав. То
же самое относится и к Земле: для того,
чтобы ее описать и определить как косми-
ческое тело, нужно знать ее внутреннюю
стурктуру, которую можно понять имен-
но на основе физических свойств и хими-
ческого состава.
Основным свойством каждого тела яв-
ляется его масса. Каждой массе соответ-
ствует сила тяжести — гравитационное
ускорение, которое можно рассчитать на
основе известных законов Ньютона. Мас-
са и гравитация — это два свойства, кото-
рые нельзя отделить друг от друга. Други-
ми физическими свойствами, посредством
которых мы могли бы характеризовать
Землю как тело, являются земной магне-
тизм, земное электричество, тепловой по-
ток и эластичные свойства горных пород,
из которых сложена Земля. Физика Зем-
ли интересна тем, что использует одина-
ковые физические принципы для описа-
ния и изучения всего земного шара и для
описания более мелких и совсем незначи-
тельных образований.
Возьмем, например, силу тяжести: из
рисунка 226 видно, что измерение силы
тяжести используется для определения
формы земного шара (эта форма карто-
фелеобразна), а также для определения
границы соприкосновения двух образова-
ний породы, отличающихся удельной
плотностью. Или магнитные свойства:
Земля как целое представляется одним
огромным магнитом. Геофизик изучает
изменения этого магнита, его перемены
в течение дня или месяца, а поэтому он
должен знать также магнитные свойства
горных пород и составляющих их частиц
— минералов. Ежегодно землетрясения
приносят людям многомиллионный
ущерб. Неудивительно поэтому, что им
уделяется столько внимания. О землетря-
сениях люди знают с незапамятных вре-
мен, стараются их предсказывать, предуп-
реждать, а в наше время даже появляются
попытки ими управлять. Само по себе.
предсказание землетрясения — задача не-
обыкновенно сложная, но поскольку оно
имеет очень большое экономическое
и общественное значение, то уже в начале
нашего века в мире была создана широкая
227 Большинство геофизических приборов основано на
простом принципе: большая инерционная масса- гиря
1 — находится в покое, тогда как земная поверхность
и прикрепленный к ней сейсмограф колеблются,
в результате чего возникает сейсмическая запись. Для
того, чтобы можно было регистрировать землетрясения,
идущие с разных направлений, следует установить
несколько сейсмографов.
сеть станций, неустанно регистрирующих
толчки в недрах Земли.
Приборы для регистрации землетрясе-
ний несложны. Называются они сейсмо-
графами и основаны на принципе инерции
массы. Представьте себе кастрюлю, в ко-
торую положили тяжелый камень. Потом
кастрюлей быстро потрясли из стороны
в сторону. Поскольку камень имеет тен-
денцию оставаться на месте, будут слыш-
ны его удары о стенки кастрюли. Это
и есть принцип сейсмографа. Корпус при-
бора (кастрюля) прикреплен к Земле
и сотрясается вместе с ней. Камень в сейс-
мографе заменен телом с большой мас-
сой, которое обладает инерцией покоя.
Если это тело подвешено или прикрепле-
но так, что корпус может двигаться неза-
висимо от этого тела, а вся конструкция
связана с записывающим устройством,
получается сейсмограф. Для того, чтобы
можно было определить направление
приходящих волн землетрясения, тело
сейсмографа совершает движения только
в одном направлении. Для определения
всех других направлений прихода сейсми-
ческих волн на одном месте располагается
несколько сейсмографов.
Землетрясения интересуют геологов
и еще по одной причине: уже давно они
познали их значение для изучения строе-
ния недр Земли. Без них мы бы знали
гораздо меньше о земной коре и земном
ядре. Благодаря сейсмографам мы узнали
очень много и о строении нашего соседа
— Луны. На основании скорости распрос-
транения, хода, отражения и преломления
сейсмических волн было создано пред-
ставление о слоистом строении Земли.
Хотя это кажется невероятным, но зем-
летрясение и вызванные им волны обе-
гают весь земной шар, скажем, они возни-
кают, например, вблизи Таити и возвра-
щаются туда же с другой стороны. Прав-

230 Овромное
развитие
исследований
морского дна в 60-е
годы способствовало
познанию
метаболизма Земли.
Первые исследования
были связаны
с определением
морфологии дна,
глубоководных
желобов
231 Опускание
буровой установки на
глубину нескольких
километров — сложная
техническая операция.
Необходимо удержать
судно на одном месте,
а при замене
бурильных
инструментов снова
попасть на то же
место. Для этого
используется
современная
электронная техника.
и срединно-океанических
хребтов. Таким
образом, новейшую
теорию
возникновения
материковой части
Земли — историю
континентов — начали
создавать на море.
да, не везде их удается зарегистрировать.
Сейсмические волны преломляются на
границе двух сред, точно так же, как
и световые волны: они отражаются, за-
медляют или ускоряют свое движение
в соответствии с тем, в какой среде рас-
пространяются. Существует несколько
типов сейсмических волн и отличаются
они тем, как колеблются отдельные час-
тицы при прохождении волны. Наиболее
важными являются те, которые назы-
ваются продольными и поперечными.
Они распространяются внутри Земли.
Менее значительны поверхностные сейс-
мические волны.
Между продольными и поперечными
волнам имеются значительные отличия,
на которых геофизики основали теорию
внутреннего строения Земли. В твердом
теле продольные волны распространяют-
ся быстрее, чем поперечные. В магмати-
ческих и некоторых метаморфических
горных породах, по которым мы ходим на
поверхности Земли, эта скорость состав-
ляет около 6 км/сек. Поперечные волны
распространяются медленнее и, кроме то-
го, обладают одной особенностью: они не
распространяются в веществе находя-
щемся в жидком состоянии. А поскольку
они не распространяются по всему телу
Земли, то этим дают одно из доказа-
тельств, что внутри Земли, где-то очень
глубоко (примерно 2900 км под поверх-
ностью) Земля находится в жидком сос-
тоянии, что ее железно-никелевое ядро
расплавлено. Это наблюдение не ново,
оно было сделано в начале нашего века.
К тому же времени относится и определе-
ние того, что Земля покрыта тонкой
корой, а под ней находится мантия. О гра-
нице между корой, толщина которой
в среднем составляет 35 км, и мантией,
впервые написал в 1908 году, после одно-
го из разрушительных землетясений
в Скопле, югославский исследователь Ан-
дрий Могоровичич. По имени этого уче-
ного граница между корой и мантией
называется разделом Могоровичича и на-
ходится на глубине or 10 до 75 км при
средней глубине 35 км.
Если сравнить Землю с чем-нибудь
очень знакомым, тогда нужно предста-
вить себе необычное яблоко, в середину
которого помещена гнилая слива. Кожура
яблока — это земная кора, его мякоть
— мантия, гнилая слива — жидкое внешнее
ядро, а косточка сливы — это собствен-
но ядро, которое, повидимому, твердое.
А теперь еще покажем, насколько чело-
век, который умеет создать искусствен-
ные спутники и летает в Космос, пока еще
не имеет достаточно сил для исследования
недр своей планеты. Возьмем булавку
и клещами отщипнем как можно чище ее
головку. Как бы мы не старались, кусочек
булавки там останется. Теперь головку
воткнем в яблоко — мы едва проткнем
кожуру. Вот так глубоко проникают и на-
ши буры под „кожу" Земли.
Помимо скорости распространения
сейсмических волн ведется изучение
и других физических свойств Земли. При
этом используются такие же простые по
принципу, но точные приборы. Так, изме-
нение магнитного поля Земли основано на
факте, что земной магнетизм состоит из
двух частей — горизонтальной и верти-
кальной. Геологи и геофизики исполь-
зуют земной магнетизм для получении
многих информаций, например, для опре-
деления возраста горных пород, которые
сохраняют в своих магнитных частицах
следы магнитного поля периода своего
возникновения. Некоторые минералы,
в частности железная руда, сами по себе
сильно намагничены, поэтому поиски за-
лежей минерального сырья, содержащего
такие намагниченные породы, ведутся
с помощью магнитометров.
И землетрясения геофизики часто ими-
тируют сами, чтобы определить строение
самого верхнего слоя земной коры. Заряд
взрывчатого вещества помещается неглу-
боко под поверхностью, в определенных
местах оставятся небольшие „сейсмогра-
фы" и все взаимно связывается проволо-
кой. После этого происходит взрыв, вы-
зывающий малое землетрясение, и на
основе движения волн определяется про-
филь части земной коры.
Температура Земли, или тепловой по-
ток, исходящий из нее — это физическая
величина, которая тоже указывает на то,
как выглядят недра планеты, а также на
рассеяние или концентрацию радиоактив-
ных элементов, при распаде которых вы-
деляется тепло. Поэтому в тех местах, где
в земной коре или мантии имеется боль-
шая концентрация урана и тория, из Зем-
ли выходит больше тепла, чем там, где
концентрация этих элементов меньше.
Высокая концентрация тепла наблюдает-
ся в вулканических областях, а также там,
где вулканическая деятельность погасла
сравнительно недавно (конечно, с точки
зрения геологического измерения време-
ни — миллионы лет). И в этих местах тепло
имеет, вероятно, радиогенное происхож-
дение. Но оно исходит из больших глубин
и достигает поверхности Земли с потоком
материи мантии, подобно тому, как стру-
ится вода в сосуде, подогреваемом
снизу.
'человек исследует море
Большинство доказательств, касаю-
щихся состава, развития и метаболизма
Земли, получено сравнительно недавно
и происходит со дна океана. Еще двадцать
лет назад казалось бессмысленным иссле-
довать „организм Земли" именно там.
Сегодня это общепризнаный факт. Изу-
чение океанов и их дна принесло данные,
которые свидетельствуют о том, что Зем-
ля — это динамичная, живая планета, на
поверхности которой двигаются почти все
точки, включая континенты и океанское
дно.
Техника иследования океанов пережила
после второй мировой войны огромный
170
171

235 Происхождение
атмосферы Земли
связывается
с дегазацией ее недр
в течение длительных
геологических
периодов. На рисунке
показано, как
происходит дегазация
в настоящее время
в результате
вулканических
процессов и как
232 „Гломер
Челленджер" — судно,
которое в 60-х — 70-х rr.
внесло важный
вклад в изучение дна
морей и океанов. Оно
располагает буровой
установкой,
способной брать
образцы из глубоких
слоев дна. На судне
работало много
десятков ученых.
233 Тотфакт,чтона
больших морских
глубинах не было
обнаружено много
осадочных горных
пород, удивил в 60-е
годы многих ученых.
Позднее фотографии
показали, что морское
дно покрыто
лавовыми надвигами.
Волнистые лавы на
азг
гзз
снимке ясно
свидетельствуют
о том, что лава
выливалась на
морское дно.
234 Одно из первых
судов,
предназначенных для
исследования моря-
подводная лодка
„Тьюртл"
Океанографического
института Скриппса.
в преобразовании
вулканических газов
принимает участие
солнечное излучение
и биосфера (зеленые
растения).
прогресс. Были разработаны новые,
сложные в техническом отношении, но
простые по своему принципу приборы для
измерения температуры океанского дна
и испускаемого им теплового потока.
Эра спутников помогла подробно отме-
тить на карте поверхностные течения
в океанах. Для измерения глубины мор-
ского дна уже более полстолетия не ис-
пользуется свинцовое грузило на тонкой
веревке, а эхолокаторы. Сейсмические
методы, регистрирующие эпицентры зем-
летрясений, также способствовали разга-
дыванию тайн океанского дна. Исполь-
зуют их и для обнаружения запасов нефти
в переходной зоне от материка к океану.
Во многих местах спокойных ранее морей
сегодня стоят или держатся на огромных
якорях колоссальные платформы, позво-
ляющие бурить морское дно континен-
тального шельфа. Оттуда тянутся по мор-
скому дну трубы, по которым течет доро-
гая черная жидкость — нефть. По океанам
плавают десятки научно-исследователь-
ских кораблей Советского Союза, Соеди-
ненных Штатов Америки, Франции, Япо-
нии, ФРГ.
Наряду с классическими методами взя-
тия проб воды, с помощью особых сетей
вылавливаются образцы планктона для
изучения самых верхних ее слоев.
В настоящее время существует уже ряд
подводных лодок для научных наблюде-
ний (а не для военных целей). Некоторые
из них, например „Триест", достигли дна
океанской впадины на глубине десяти
километров. Исследовательские корабли
обнаружили свежую лаву на океанском
дне и источники минерализованной воды,
вокруг которых осаждаются полезные
минеральные вещества. Были найдены
живые организмы не только вокруг сер-
ных источников (которые, по существо-
вавшему до сих пор мнению, совершенно
непригодны для жизни), но и на глубине
нескольких тысяч метров. Само фотогра-
фирование морского дна — дело весьма
сложное. Достаточно заметить, что почти
весь свет поглощается уже на глубине 100
метров. И тем не менее человек сумел
посмотреть, как выглядит океанское
дно.
Геологи десятки лет были убеждены
в том, что океанское дно образуют глав-
ным образом осадочные горные породы.
Современные океанографические иссле-
дования показали, что все совсем наобо-
рот: большую часть горных пород на дне
океанов составляют магматические ба-
зальтовые породы. Образцы морского
дна сегодня получают не только методом
волочения и сгребания, но и с помощью
современных буровых установок, кото-
рые многократно направляются в одну
и ту же скважину размером в несколько
сантиметров.
Атмосфера-
составная часть Земли
Люди привыкли отделять атмосферу от
гидросферы. Первая образует газовую
оболочку Земли, вторая — жидкую. Попы-
таемся теперь показать, что это разделе-
ние слишком искусственно. Между обеи-
ми частями происходит неустанный об-
мен: атмосфера, гидросфера, но и самая
верхняя часть земной коры образуют об-
щую „динамичную" систему с обменом
веществ и энергии. Посмотрим на воду.
В виде водяных паров она переносится
атмосферой, переходит в рекииозераили
впитывается в часть земной коры в виде
свободной воды, например, проникает
в поры горных пород или находится в ми-
нералах в химически связанном состоя-
нии. Методы исследования атмосферы,
гидросферы и литосферы в принципе
отличаются друг от друга. В первом слу-
чае изучается газ, во втором — жидкость
и в третьем — твердое тело. Однако сле-
дует напомнить, что все три слоя возникли
в результате длительной геологической
деятельности. Атмосфера, как и гидрос-
фера, возникла в результате дегазации
мантии Земли. И кора Земли является
следствием обмена веществ земной ман-
тии. Ее нынешний состав и строение
образовались в ходе взаимного воздей-
сгвия. И только атмосфера имеет еще
одного серьезного соседа: космическое
пространство. Некоторые газы, напри-
мер, водород, уходят через атмосферу
в космическое пространство, поскольку
Земля не способна его удержать своим
притяжением. В атмосфере под воздей-
ствием космических лучей возникают
слои, которые, в свою очередь, препят-
ствуют другим лучам проникать к поверх-
ности Земли. Исследование верхних слоев
атмосферы с тех пор, когда люди проник-
ли в Космос, быстро прогрессировало.
Технология, связанная с использованием
спутников, сегодня уже стала обычной.
Снимки, с которыми нас ежедневно зна-
комит телевидение в метеорологических
передачах, вжились уже настолько, что
многим людям даже не хочется верить,
что еще совсем недавно погода предска-
зывалась лишь на основе данных, полу-
ченных земными станциями, т.е. на осно-
ве знания давления воздуха, ero темпера-
туры и силы ветра. Но это не значиг, что
волна новых методов изучения атмосфе-
ры (к которым относится, помимо ис-
пользования воздушных зондов, также
использование спутников, ракет и самоле-
тов, летающих на больших высотах)
упразднила методы, которые использова-
лись в течение десятков лет. Давление
и температура воздуха, его влажность,
состав, направление и сила ветра — все это
весьма важные факторы, служащие для
изучения атмосферы.
Важным и, к сожалению, новым типом
изучения атмосферы является наблюде-
ние за ее загрязненносгью. Увеличиваю-
щееся промышленное производство, сжи-
гание низкокачественного топлива, на-
пример, угля с большим содержанием
серы, загрязняет атмосферу многими хи-
мическими соединениями, которые ока-
зывают неблагоприятное влияние на рас-
тительность и живой мир планеты. Так,
сера в форме окисла делает кислой дожде-
вую воду, а это значит, что с неба падает
слабая кислота. Повышается кислотность
рек и озер, вымирают некоторые формы
жизни, происходит целый длинный цикл
изменений, который ведет к нарушению
равновесия в природе. Современные ис-
следования атмосферы сосредоточены на
ее состав с целью устранения из атмосфе-
ры вредных составных частей. Ведь это не
только сера, но и много других веществ,
172
173

236 На рисунке
показано все, что мы
называем
атмосферой, а также
главные средства ее
исследования:
1 — вертолеты
и турбовиновые
самолеты,
2 — радиозонды,
3 — реактивные
самолеты,
4- метеорологические
ракеты, 5— - спутники
связи. В нашей
атмосфере уже
имеются „памятные
места", связанные
с изучением Космоса:
б — полет Гагарина,
7 — космическая
прогулка Леонова,
8- отделение лунного
модуля „Аполлона".
Ряд явлений, которые
мы считаем
космическими, имеют
свое происхождение
и причину
в атмосфере:
падающие „звезды"
— это горяющие
метеориты, больше
всего их сгорит
в мезосфере (9); для
ионосферы типично
полярное сияние (10).
237 Caarn3
картофельный
клубень
характеризует форму
Земли. Естественно,
Земля круглая и ее
картофелевидная
форма художником
несколько
преувеличена. Цифры
показывают в метрах,
как ее подлинная
форма — геоид
— отличается от
вращающегося
эллипсоид а.
например, углекислый газ, свинец, ртуть,
которые привлекают внимание геохими-
ков при изучении атмосферы. Изучение
Земли в этой области связано со здоро-
вьем человека, защитой и формирова-
нием окружающей его среды.
Земля из Космоса
Когда в 1957 году с Земли поднялся
первый спутник, многие, включая геоло-
гов, еще не представляли себе, сколь
революционные изменения в исследова-
нии планеты Земля означает эра спутни-
ков всех видов и автоматических станций.
Сегодня еще преждевременно давать
оценку вкладу космической эры в позна-
ние Земли, поскольку мы находимся где-
то в ее начале, поэтому напомним только
о двух областях, в которых был совершен
поистине гигантский скачок вперед.
Первой областью является изучение
собственно Земли: фотографирование ее
поверхности, достижение достаточно
большого расстояния от наблюдаемого
объекта, точное определение физических
свойств нашей планеты.
Вторая область — это изучение друтих
планет. Ввиду того, что Земля представ-
ляет собой слишком живое и динамичное
тело, первоначальные стадии ее развития
стерты более молодыми процессами. Зна-
ния, полученные в результате изучения
поверхности планет или лунных образцов,
найденные аналогии, а также особеннос-
ти показывают, что остальные планеты
не были столь динамичными и что позна-
ния, полученные в ходе изучения их по-
верхности, можно использовать при изу-
чении развития и истории наиболее ран-
них этапов существования Земли.
Начнем с ознакомления с Землей. Ос-
новным свойством материи является при-
тяжение, которое вызывает падение тел
на поверхность Земли и то, что тела,
получившие определенную скорость, кру-
жатся вокруг нее по орбите. Поскольку
движение спутников по круговой или эл-
липтической орбите вокруг Земли нахо-
дится под влиянием силы тяжести, мы
можем на основании траектории их дви-
жения доказать, что Земля обладает
в разных местах разным притяжением
и таким образом представляет собой не-
однородное, разнообразное тело. В неко-
торых местах оно „тяжелее", в других
— „легче", а это означает, что в нем есть
свои гравитационные „горбы" и гравита-
ционные котловины.
Это значит, что один и тот же предмет
в одном месте будет падать быстрее,
а в другом медленнее. Именно эти отли-
чия можно легко и очень точно измерять
при изучении траектории полета спутника
вокруг Земли (или вокруг другого плане-
тарного тела). Подобные гравитацион-
ные возвышения и углубления, то есть
разница в величине гравитационного
ускорения, были обнаружены не только
на Земле, но также на Луне и на других
планетах.
Каков смысл исследований, при кото-
рых определяется форма Земли? Измере-
ние силы притяжения Земли и ускорения
силы тяжести представляет один из самых
эффективных методов поисков место-
рождений минерального сырья. В качес-
тве примера можно привести поиски не-
фти. Нефтеносные горные породы обла-
дают сравнительно малой плотностью
и меньшим притяжением, поэтому они
могут быть открыты как места с меньшей
силой тяжести. С другой стороны, горные
породы, содержащие сульфиды тяжелых
металлов, например, железа, никеля и ме-
ди, обладают более высокой плотностью,
а, следовательно, и большей силой притя-
жения и на карте будут обозначены как
значительная гравитационная аномалия.
Теперь посмотрим в ту область исследова-
ний, в которую космическая геология
(исследования Земли из Космоса или с ор-
биты) принесла непосредственный и со-
вершенно необычный взгляд. Мы уже
отметили, что этот способ исследований
помог человеку достичь определенного
расстояния от изучаемого объекта. Вы
знаете, что в картинной галерее, чтобы
лучше рассмотреть картину целиком
(особенно большого формата), нужно от
нее отойти. Общий взгляд, взгляд с рас-
стояния позволяет правильно восприни-
мать объект целиком. Поэтому с высоты
270 и 1000 км, где были получены снимки,
сделанные спутником, люди увидели во
всей красоте Альпы, Гималаи, коралло-
вые утесы, окаймляницие австралийское
174
язв
175

температура 1ооо с
238 Вид окрестностей
Сан-Франциско
(западная часть
США). Облака
закрывают большую
часть водной
поверхности (слева),
над материком небо
ясное. В районе залива
видно густое
заселение. Хорошо
видны горные хребты
и их строение
(„Скайлаб" — НАСА,
1973).
240 Помере
возрасгания
температуры
и давления меняется
начало плавления
и кристаллизации
горных пород. Кривая,
отделяющая
полностью
10 кб
расплавленную
горную породу от
расплавленной
породы с кристаллами
(С), называется
ликвидус кривая
характеризующая
полную
кристаллизацию
горных пород,
— солидус. Их
температура зависит
от содержания
летучих компонентов
в магме и отличается
239 Камеры,
установленные на
космическом корабле
э>Скай а
запечатлели часть
Стщилии с вулканом
Этна (вверху
в центре). Хорошо
виден дым,
выходящий из
главного кратера,
и ряд паразитарных
кратеров на склонах
вулкана.
б
гч
также по химическому
составу горных пород.
Область А обозначает
твердую
нерасплавленную
горную породу,
область  — зону
частичной
наплавленности.
побережье. В Антарктике были обнару-
жены совершенно неизвестные горные
массивы, люди увидели трудно доступные
места, например, некоторые области Са-
хары или полуострова Саудовской Аравии.
Космические исследования позволили
увидеть Землю и в таких спектрах „виде-
ния", которые недоступны человеческо-
му глазу. Известно, что часть спектра
электромагнитных волн, воспринимаемо-
го человеком, чрезвычайно узка. Ее мы
называем „видимой" частью спектра. Ин-
фракрасное излучение, испускаемое Зем-
лей, можно запечатлеть на пленку, и таким
образом люди могут распознать даже не-
значительные отличия в температуре по-
верхности планеты. И вот снимки со спут- .,
I
ников, сделанные в инфракрасной части
спектра или в области с более короткой
длиной волны, чем воспринимает челове-
ческий глаз, открыли такие детали, о ка-
ких человеку даже не снилось. На таких
космических снимках можно не только
прекрасно распознать теплые и холодные
области (например, температуру совер-
шенно остывших или еще не полностью
остывших лавовых потоков), но можно
определить и температуру поверхностных
горных пород и их влажность
Спутники, предназначенные для иссле-
дования Земли (в Космосе их кружится
довольно много), принесли уже такое
количество фотографий, которое при
современном количестве специалистов
превышает возможности их подробной
обработки. Снимки поступают непрерыв-
но на разной длине волн. Обычно это
область излучения, воспринимаемая че-
ловеческим глазом, но часто бывают бо-
лее короткие или длинные волны. Снимки
поступают каждый в отдельности и лишь
потом составляются и комбинируются.
Так возникают цветные фотографии,
очень красивые и интересные, подлинные
живописные произведения. Для геолога
они являются источником новых инфор-
маций. Он видит на них много неизвест-
ных структур, сбросов, складок, сводов,
которые нельзя видеть при хождении по
поверхности Земли. Так космический
снимок становится основой хорошей гео-
логической карты. На нем видны основ-
ные черты области, границы горных по-
род разного состава и различных цветов,
разной влажности и т.п.
Гидрогеологам и гидрологам, занимаю-
щимся обеспечением людей и промыш-
ленности достаточным количеством, во-
ды, космические снимки предоставляют
информацию о запасах воды не только
в горных породах, но и в областях, покры-
тых снегом и льдом. Эти снимки сооб-
щают специалистам также количество
растаявшего снега и воды в реках. Для
картографов снимки служат основой при
изготовлении подробных и наглядных
карт. Карты могут быть изготовлены
в течение нескольких дней в отличие от
месяцев и даже лет при работе с использо-
ванием классических картографических
методов.
При изучении качества и состояния
° е
Ф
окружающей среды эти снимки предос-
тавляют информацию о пострадавших
территориях, можно наблюдать загряз-
ненные области, охранные зоны вод, рай-
оны, опустошенные добычей или болез-
нями, признаки „больного" растительно-
го покрова. Земледельцам и экономистам
снимки обширных районов предостав-
ляют возможность приблизительно опре-
делить урожай с гектара, плодородие,
степень зрелосги урожая или нападение
вредителей, не выезжая в поле.
Для геологов важен и тот факт, что
спутник, посылающий снимки определен-
ной области, пролетает над ней в разное
время суток. При этом высота Солнца над
горизонтом или утренний иней могут под-
черкнуть такие детали, которые видны
только из Космоса Сегодня уже трудно
предсгавить себе современные геологи-
ческие исследования . без использования
снимков, сделанных в Космосе.
Второй областью, в которую эра спут-
ников сделала огромный вклад, является
область изучения окружающего нас кос-
мического пространства. И в этом случае
можно было бы думать, что познавание
Луны или Марса не имеет ничего общего
с Землей. Но представьте себе, что вокруг
вас нет друзей, нет людей, что вы живете
изолированно, а это значит, что нет меры
для сравнения ваших качеств. Но если мы
хотим в совершенстве изучить нашу
Землю, тогда нужно найти сравнитель-
ные величины. Так, исследования Луны
показали, что с геологической точки зре-
ния она пассивна уже в течение очень
длительного времени, что там уже нет
вулканов, отсутствует атмосфера и гид-
росфера, что Луна давным-давно лишь
безответно принимает удары метеоритов.
Лунные горные породы показывают так-
же, что количество частиц, падающих на
ее поверхность, было в прошлом во много
раз больше, чем сейчас. Чем глубже мы
погружаемся в ее историю, тем больше
видим метеоритов, падающих на поверх-
ность Луны за единицу времени. Из этого
следует, что и Земля не избежала этого
космического бомбардирования и что ны-
нешняя поверхность нашей планеты иная,
чем в начале ее исстории. Именно потому,
что на Луне сохранилась самая ранняя
стадия ее развития, мы можем размыш-
лять о том, как выглядела Земля на заре
истории.
Эксперименты в геологии
Геологи, изучающие Землю, исследуют
слагающие ее вещества. Если перевести
их работу на уровень основных отноше-
ний, то мы неизбежно придем к физике
и элементарной химии. Ведь комплексы
горных пород представляют собой агрега-
ты минералов, минералы — это химичес-
кие соединения с данным, точно опреде-
ляемым расположением основных состав-
ных частиц. Однако описать некоторые
геологические процессы с помощью про-
стейших физических законов и химичес-
ких формул пока еще не в силах человека
по причине необъятной широты и взаимо-
зависимости природных явлений. Возь-
мем, например, вулканическую деятель-
ность. В ней играет роль много факторов
— температура, давление и состав горных
пород в месте возникновения, путь магмы
по направлению к поверхности, сопро-
вождаемый поглощением и кристаллиза-
цией составных частиц, и т.д. Если эти
процессы описывать с помощью физичес-
ких законов, можно легко ввести читате-
ля в заблуждение.
Помимо наблюдений, в геологии ис-
пользуются в последнее время и экспери-
менты — метод, который помог естествен-
ным наукам добиться основных успехов.
Большинство из того, чем преимущес-
твенно занимается геолог, можно срав-
нить с чтением заметок или расшифров-
кой уже существующих, прошедших про-
цессов. Это, в сущности, детективная дея-
тельность.
Геологи стараются получать и прове-
рять данные о внутреннем строении Зем-
ли в лабораториях. Долго существовали
сомнения о том, можно ли вообще имити-
176
177

ровать в лаборатории условия геологи-
ческих явлений.
За последние двадцать лет лаборатор-
ные эксперименты в геологии заняли свое
прочное место. Эти опыты очень сложны
и требуют большой осторожности. Спе-
циалисты работают с давлениями, царя-
щими внутри Земли на глубине сотен
и тысяч километров, а также с температу-
рами, при которых плавится большинство
металлов и силикатные горные породы
(например, базальты, фонолиты или гра-
ниты). Осторожным следует быть и при
объяснении полученных результатов.
Опыты проводятся с количествами, кото-
рые можно сравнить с величиной гороха,
но экспериментальная аппаратура имеет
размеры промышленного оборудования,
занимающего целую комнату. Лучше не
думать о том, что бы могло случиться,
если бы в результате поломки произошел
взрыв.
Эксперименты показали, что представ-
ления геофизиков, изучающих землетря-
сения и состояние земных недр, в основ-
' ном правильны. Самый верхний слой Зем-
ли находится в твердом состоянии и лишь
в отдельных случаях на глубине между 80
и 350 км встречаются некие „карманы",
или зоны расплавленной материи (соб-
ственно, только частично расплавлен-
ной), и только за пределом мантии нахо-
дится жидкая масса; внешнее ядро в своей
большей части расплавлено. В настоящее
время ученые спорят о том, существует ли
внутри ядра еще твердое, нерасплавлен-
ное ядрышко (вспомните пример с гнилой
сливой и ее косточкой). И в этом случае
существуют геофизические доказатель-
ства, но лабораторные доказательства
все-таки отсутствуют. Столь высокие
давления и температуры воспроизвести
в течение более или менее длительного
времени еще не удалось, поэтому экспе-
риментального доказательства существо-
вания твердого и жидкого ядра и ядрышка
нужно будет еще какое-то время подо-
ждать.
К простейшим опытам, имитирующим
природные процессы, относится отпари-
вание морской воды. Изучение вязкости
лав при высокой температуре и давлении
относится к наиболее сложным. Свое мес-
то в геологическом экспериментировании
заняли компьютеры. Моделируются из-
меряемые ситуации при распространении
сейсмических волн, статистически обра-
батываются огромные количества анали-
тических данных, производятся расчеты
вероятности встречаемости минерально-
го сырья. И тем не менее лучшей лабора-
торией человека остается природа.
241 Наша планета — прекрасно организованная
и упорядоченная смесь космической материи, металлов, камней
и газов. Современные сведения о структуре поверхности
и внутреннем строении тел Солнечной системы получены
посредством точных измерений, проводимых автоматическими
станциями. При этом принимается в расчет наш опыт,
накопленный в ходе исследования строения и состава Земли.
178

Планета
242 Земля — планета
и обитель
человечества,
увиденная из окна
космического
корабля, летящего
к Луне
(„ Аполлон-10") ..
244 След первого
человека на лунной
поверхности не
характеризует только
вторую половину ХХ
века — начало
завоевания Космоса,
но и имеет
информационную
ценность: он
показывает
механические
свойства самого
верхиего лунного
слоя.
гаг
243 Луна и Земля
— два космических
тела, как их
запечатлел зонд
„Войеджер" на
расстоянии 11,5 млн.
км.
для нашей жизни
Земля несколько сплюснута на полю-
сах, и, кроме того, на ней имеется ряд
больших или меньших „бугров" (она по-
добна картофелине). Земное сжатие сос-
тавляет несколько более 0,3 %. Поляр-
ный радиус составляет 6356,755 км, эква-
ториальный — 6378,16 км. Окружность
Земли по экватору равна 40 073 км.
Массу Земли можно высчитать на осно-
ве гравитационных законов Ньютона.
Она составляет 5,976 . 10" граммов.
Средняя плотность, которая выражает
массу на единицу объема, составляет
55ã.см з.
Из этого значения и из знания физичес-
ких свойств горных пород на поверхности
Земли можно сделать вывод, что в ее
недрах находится материя с более высо-
кой плотностью, чем на поверхности.
Изучение скорости расширения сейсми-
ческих волн показало, что Земля обла-
дает корой, которая там, где находятся
континенты, составляет около 35 км,
а там, где разливаются сегодняшние океа-
ны, составляет в среднем 10 км. Под
корой находится промежуточная оболоч-
ка,которая состоит из верхней и нижней
мантии. В глубине 2900 км под поверх-
ностью проходит граница между проме-
жуточной оболочкой и ядром.
Над слоем горных пород, образующих
кору, лежит прерывистый слой воды, на-
зываемый гидросферой, к которой отно-
сятся океаны, реки, озера и вода, находя-
щаяся в порах горных пород. Газовая
оболочка Земли образует атмосферу, сос-
тоящую из азота, кислорода и других
газов.
Размещение материковой и океанской
коры на Земле ассиметрично. Основные
контуры континентов и мелких морей
показывают их рубежи. Океаны преобла-
дают над материками. На материках сох-
ранились стадии развития Земли, относя-
щиеся к периоду 3,7 млрд. лет тому назад.
Кора океанов, в сравнении с корой мате-
риков, очень молода. Возраст Земли сос-
тавляет 4,6 млрд. лет. Древнейшие же
открытые области коры океанов насчи-
тывают лишь 200 миллионов лет. С гео-
логической точки зрения океаны весьма
молоды и кора под ними находится в по-
стоянном движении. Она возникает в сре-
динно-океанических хребтах и исчезает
в областях островных дуг и континенталь-
ных окраин. Земля находится в постоян-
ном динамичном движении. Основными
движущими факторами являются ее внут-
реннее тепло, возникающее в результате
распада радиоактивных элементов, и дви-
жение Земли по орбите вокруг Солнца.
Самым интенсивным источником энер-
гии, играющим роль в развитии поверх-
ности планеты, является солнечное излу-
чение.
Материя, из которой созда-
ны планеты
В Солнечной системе у Земли есть свои
„братья" и „сестры". Весьма вероятно,
что и у других звезд, подобных Солнцу,
есть свои планетарные системы.
Планеты, находящиеся ближе к Солн-
цу, называются внутренними, или земной
группы, поскольку по размерам, удельной
плотности и составу они подобны Земле.
К ним относятся Меркурий, Венера, Зем-
ля и Марс. Более отдаленные планеты
называются внешними, или юпитеровой
группы. Они отличаются от планет зем-
ной группы, но между собой также имеют
много родственных черт. Если более
близкие и меньшие планеты состоят из
камня, то более отдаленные — из газооб-
разных веществ. Близкие планеты мы
знаем гораздо лучше, хотя их изучение
весьма непросто. Даже известные астро-
номы, к которым относился, скажем, Ни-
колай Коперник, сетовали на то, что не
могяи как следует рассмотреть Мерку-
рий,поскольку эта планета видна втече-
ние очень короткого времени перед вос-
ходом Солнца и низко над горизонтом,
что чрезвычайно оспожняет наблюдения.
Наши познания о планетах Солнечной
системы в настоящее время несравненно
шире, чем двадцать лет тому назад. Изу-
чение планет — одна из наиболее интерес-
ных областей современных научных ис-
следований. И тем не менее, а может
быть, именно поэтому здесь еще много
белых пятен и, благодаря интенсивным
работам, количество их постоянно воз-
растает. Каждый день созданные по по-
следнему слову техники автоматические
станции типа „Венера" или „Вояджер"
посылают много новых данных, которые
подтверждают, но часго и нарушают на-
ши представления о ближайших соседях,
ставят новые вопросы, на которые уче-
ные должны дать ответ.
Современные знания относительно сос-
тава поверхности и внутренней структуры
планет основываются на точных измере-
ниях автоматических станций. При этом
используется наш опыт, полученный в ре-
зультате изучения структуры и состава
Земли. Но что такое все измерения, про-
веденные или принятые на расстоянии, по
сравнению с подлинным куском породы,
привезенным с Луны, который можно
взвесить, измерить, над которым можно
сидеть и до бесконечности придумывать
новые процессы и методы получения от
него возможно большего количества ин-
формаций?
Но у нас на Земле есть не только кусок
Луны. Мы располагаем еще одной груп-
пой свидетелей, которые могут расска-
зать гораздо больше, чем поверхность
уже готовой Луны, которые это знают, но
пока молчат. Это — мереориты, представ-
ляющие собой как бы кем-то написанную
книгу о развитии нашей системы, отдель-
ные страницы которой сбрасываются на
поверхность Земли без соблюдения их
последовательности. Вот когда нам удаст-
ся правильно сложить страницы и эту
книгу прочитать...
Падающая „звезда" вызывает в нас
разные ощущения. Некоторые считают,
что если в этот момент загадать желание,
то оно исполнится. Но редко исполняется
желание геолога или минералога, наблю-
дающего огненный след на небосводе.
Дело в том, что их желание очень сложно:
чтобы падение продолжалось как можно
дольше, чтобы „звезда" не сгорела и упа-
ла на поверхность Земли в форме мете-
орита, который можно было бы найти
и привезти в лабораторию, где его можно
было бы исследовать.
180
181

245 Классификацня
метеоритов основана
на соотношении
силикатной,
сульфндной
и металлической
частей. Ахондриты
больше всего
напоминают земные
или лунные базальты.
Хондриты
представляют собой
материал, в котором
произошло
сравнительно мало
химических
изменений с момента
его возникновения,
и считаются составной
частью
первоначальной
Солнечной системы.
Каменножелезные
и железные
метеориты
представляют сильно
дифференцированную
матершо, возникшую
где-то внутри уже
распавшихся
космических тел.
ахондриты
хондриты
сидеролиты
железо
силикаты
сульфиды
245
Большинство метеоритов, попадающих
в атмосферу, невелико по размерам: это
частички межпланетной материи, веся-
щие несколько граммов, которые или
оттолкнутся, или сгорят под влиянием
трения о верхние слои атмосферы. Их
удельная плотность весьма низка
— 0,25 г . см з. Только более крупные и тя-
желые тела, попадающие в атмосферу
под благоприятным углом, могут достичь
поверхности Земли. Но и это еще не все.
Большинство из них падает в море. По-
этому каждый метеорит, который попа-
дает в руки исследователя, представляет
собой небольшое чудо и подвергается
тщательному изучению. Он приносит по-
разительное множесгво информаций
о том, из чего состоит окружающий нас
мир, какова среда, в которой движется
Земля, какую интенсивность и состав
имеет космическое излучение, оказывав-
шее на него воздействие. Тщательные
исследования и остроумные приборы об-
наружат, где метеорит возник, когда отде-
лился от материнского тела, был ли он
составной частью поверхности или внут-
ренней структуры какой-то планеты и да-
же возраст этой планеты. Более подроб-
ный анализ показывает, что метеорит
содержит и такие частицы материи, кото-
рые происходят из иной части Космоса,
находящейся вне пределов нашей Солнеч-
ной системы.
Метеориты, то есть упавшие на Землю
метеоры, делятся по своему составу. Из
основных данных физики и химии сле-
дует, что метеориты содержат те же эле-
менты, что и Земля, Солнце и другие
небесные тела. Главные составные части
метеоритов известны давно — это встре-
чающиеся на Земле силикатные минера-
лы, сплавы железа и никеля и сульфиды.
Наиболее популярны метеориты метал-
лические, в которых преобладает железо
и никель. Их можно видеть в витринах
музеев. Однако они составляют лишь
5,7 % всех метеоритов, падающих на на-
шу планету, тогда как каменные метеори-
ты, состоящие в большей части из сили-
катных минералов, образуют 92 % всех
падающих метеоритов. Остаток — это
„гибриды" железных и каменных мете-
оритов.
В ранний период истории люди не вери-
ли, что метеориты происходят из внезем-
ного пространства. Однако в XVIII u XIX
веках было собрано много убедительных
доказательств об их космическом проис-
хождении. Тогда встала другая проблема,
о которой ученые долго спорили: откуда,
из какой части Космоса происходят мете-
ориты? Тщательные наблюдения и изме-
рения светящегося следа, а также измере-
ние скорости падения показали, что мете-
ориты относятся к Солнечной системе,
где движутся в течение длительного вре-
мени. Траектории метеоритов перед паде-
нием ясно свидетельствуют о том, что
перед падением на Землю они движутся
по круговым или эксцентрическим, эл-
липтическим орбитам в Солнечной систе-
ме. С помощью продуманно расставлен-
ных камер удалось сфотографировать
с нескольких мест одновременно падение
большого метеорита. Место его падения
было точно рассчитано и вскоре ero
остатки удалось найти близ города Пр-
шибрам в Чехословакии. Этот экспери-
мент, а также два следующих, которые
удалось провести на североамериканском
континенте (Айнесфри и Лост-Сити), до-
казали, что метеориты происходят из
Солнечной системы и что большинство из
них перед падением двигалось в зоне
астероидов — планеток, кружащихся меж-
ду Марсом и Юпитером.
Многие ученые считают, что метеори-
ты могут происходить с Луны, откуда
были выбиты падением иного космичес-
кого тела. Вначале эта гипотеза была
принята, однако позже расчеты показали
малую вероятность того, что такие мете-
ориты могли бы попасть на поверхность
Земли. Кроме того, изучение лунных гор-
ных пород, доставленных на Землю ас-
тронавтами и автоматическими станция-
ми, показало, что эти породы отличаются
по своему составу от метеоритов.
Большинство каменных метеоритов на-
зывается хондритами, поскольку они со-
держат своеобразные сферические части-
цы (хондры) — шарикообразные кристал-
лические капли, распыленные в основной,
тонкозернистой материи. Хондры обра-
зованы из обыкновенных, широко рас-
пространенных минералов, известных по
земным горным породам, как, например,
оливин и пироксен. Более чем столетние
исследования хондров показывают, что
это остатки расплавленной материи, ко-
торая затем кристаллизовалась. Хондры
очень малы, некоторые из них едва разли-
чимы на осколке метеорита невооружен-
ным глазом. Огкрыты они были более
100 лет тому назад видным английским
ученым Генри Клифтоном Сорби. Хоро-
шо рассмотреть хондры можно на срезе
метеорита или на петрографическом пре-
парате.
Другими минералами, встречающимися
в каменных метеоритах-хондритах, яв-
ляются полевые шпаты, тоже хорошо
знакомые по земным горным породам.
Интересно, что куски космической мате-
рии, происходящие из отдаленных плане-
ток, имеют минералогическую структуру,
схожую с земными горными породами.
В метеоритах действительно очень не-
много минералов, которые геологи не
встречали бы на Земле. Кроме силикатов,
к которым относятся оливин, пироксен
и полевой шпат, в метеоритах-хондритах
обычно встречаются также обломки
и зерна металлов и кусочки сульфидов.
Этим они отличаются от земных горных
пород. Комбинация сульфидов и силика-
тов для большинства земных горных по-
род нехарактерна, а присутствие металла
в них — исключительно редкое явление.
Химические анализы метеоритов доказы-
вают их несхожесть и одновременно схо-
жесть с земными горными породами.
Точно так же другие планеты земного
типа, химический состав которых свиде-
тельствует о том, что история их развития
похожа на путь, пройденный Землей, име-
ют отношение к структуре метеоритов.
Чем подробней исследуется химический
состав метеоритов-хондритов, тем боль-
ше становится очевидной их схожесть со
структурой Солнца. Конечно, следует ис-
ключить водород и гелий, после чего
выявляется сходство соотношения основ-
ных элементов и содержания микроэле-
ментов. Если не упускать из вида тот
факт, что Солнце является обычной звез-
дой, тогда можно предполагать, что мете-
ориты представляют собой широко рас-
пространенный космический материал.
Некоторые хондриты содержат даже
углерод и воду, а также определенное
количество летучих веществ. Это доказы-
вает, что с момента своего возникновения
они. не претерпели никаких изменений,
поскольку в процессе плавки, которым
проходят, например, магматические по-
роды, отделились бы некоторые элемен-
ты: летучие от нелетучих, металлы от
силикатов и сульфидов, исчезли бы вода
и углерод. Поэтому ученые считают, что
хондриты предсгавляют собой примитив-
ные строительные составные части Сол-
нечной системы. Возможно, что именно
материя, похожая на метеориты, является
основным строительным материалом
планет земного типа и остальных.
Мир метеоритов исключительно инте-
ресен и загадочен. Так, большой загадкой
182
183

246 Планеты
вращаются по
эллиптическим
орбитам: М вЂ” Марс,
Š— Земля, Л вЂ” Юпитер,
БА — Сатурн. Более
мелкие тела,
например астероиды,
приближаются
к Земле по сильно
вьггянутым
эллиптическим
орбитам: А — главный
247
247 Поверхность
Луны,какеевидели
астронавты
„Аполлона-11".
Большие круглые
кратеры заполнены
базальтными горными
породами, в то время,
как более старые
части Луны-
материки-
образованы
поле вошпатными
пояс, AD — Адонис, 1С
— Икар, АР
— Аполлон,
Н вЂ” Идальго,
Т- Троянцы. Точно
так же траектории
метеоритов
Пршибрам (&g
и Лосг-Сити (F), полет
которых был
сфотографирован,
а сами метеориты
найдены,
свидетельствуют об
эксцентричности
орбиты
и о происхождении из
D
горными породами—
анортозитами.
областипояса
астероидов между
Марсом и Юпитером.
Кометы двюкутся по
сильно
эксцентричным
орбитам (К).
185
является присутствие углеродистой мате-
рии в углеродисгых хондритах, что одно-
временно предлагает ученым одно из ре-
шений вопросов, связанных с возникнове-
нием жизни. При подробном химическом
анализе углеродистых соединений, встре-
чающихся в метеоритах, оказывается, что
эта углеродистая материя содержит ами-
нокислоты. Биологи же считают, что
аминокислоты являются основным строи-
тельным материалом, основными состав-
ными частями органической жизни. Так
что зародыши жизни, видимо, уже давно
путешествуют по Космосу и некоторые из
них иногда совершенно случайно попа-
дают на Землю.
Метеориты, а говорим мы все еще об
обычных метеоритах, которые не слиш-
ком изменились с момента своего возник-
новения, скрывают в себе и другие сюрп-
ризы. Так, ученые, занимающиеся иссле-
дованием изотопного состава образую-
щих их частиц, обнаружили, что некото-
рые из них содержат такие составные
части, которые не происходят из Солнеч-
ной системы и по возрасту старше ее. Но
еще до возникновения нашей Солнечной
системы в Космосе существовал мате-
риал, происходящий из более старых
звездных систем. При исключительно тща-
тельных исследованиях удалось найти
остатки этого материала в метеоритах.
Таким образом, изучение метеоритов по-
казывает развитие планет, Солнечной
системы и вообще Космоса с новых точек
зрения.
К метеоритам, претерпевшим измене-
ния и представляющим собой полную
противоположность примитивных хон-
дритов, относятся ахондриты, в которых,
как указывает их название, нет типичных
шариков-хондров. Отличаются они и тем, .
что не содержат ни железа, ни сульфидов.
Они напоминают магматическую породу
— базальты и почти не отличаются от
базальтов, встречающихся на Луне. Это,
в сущности, лавы с неизвестной нам пла-
неты или планетки, химический и изотоп-
ный состав которых свидетельствует
о том, что это было космическое тело,
принадлежавшее к нашей Солнечной сис-
теме.
Преобразованием первоначального ма-
териала можно было бы объяснить и во-
зникновение металлических, железных
метеоритов. Если расплавить хондрит, то
есть весьма примитивный, неизмененный
метеорит, можно отделить, как в домен-
ной печи, металл от силикатных минера-
лов, которые образуют ахондрит — ба-
зальтовый метеорит.
Ученые, занимающиеся изучением ме-
теоритов, создали на страницах научной
литературы гипотетические, предпола-
гаемые планеты. Такие „планеты", рас-
считанные на основе химических и мине-
ралогических исследований метеоритов,
обладают ядром, образованным мате-
рией, похожей на металлические метео-
риты. Их поверхность состоит из ахондри-
тов или углеродистых хондритов, однако
их главная часть состоит из обычных
хондритов. Такое представление ведет нас
к познанию того, что между предме-
том изучения астрономов (состав звезд)
и геологов (состав Земли) существует
общий знаменатель — метеориты.
Раньше в группу метеоритов включа-
лись и особые куски оплавленного стекла,
ибо считалось, что они попадают на
Землю из Космоса. Их общее название
— тектиты, а три специфические названия
связаны с местом находок: в Европе (в
Чехословакии) встречаются влтавины
(или молдавиты), на острове Ява — яваи-
ты, в Индокитае — индошиниты. Подоб-
ные куски стекла — тектиты можно найти
также в Ливийской пустыне и в американ-
ском штате Техас. Они обладакуг очень
красивой формой, неровной поверх-
ностью и богатой цветовой шкалой — от
прозрачных травянисто-зеленых до тем-
но-зеленых, или от коричневых до совер-
шенно непрозрачных черных. В настоя-
щее время они широко используются
в ювелирных изделиях, ибо каждый кусок
— это, собственно говоря, неповторимый
оригинал.
Формы тектитов свидетельствуют
о том, что эти куски стекла являются
расплавленными и застывшими кусками
горных пород, пролетевших через атмо-
сферу. Ученые в течение длительного
времени изучали их с помощью самых
разнообразных методов. Одни считали,
что это расплавленные в атмосфере мете-
ориты, другие, что тектиты происходят
с Луны, откуда были выбиты при столк-
новении Луны с большими метеоритами.
В ходе такого сголкновения кинетическая
энергия метеорита превращается в тепло
и на месте падения плавятся горные поро-
ды. Однако при сравнении состава лунных
горных пород и тектитов становится ясно,
что они не могут происходить с Луны.
А вот сравнение с земными горными
породами и их химическим составом сви-
детельствует о их близком родстве. На
базе комбинирования этих двух точек
зрения возникла гипотеза о столкнове-
ниях, или импактная гипотеза, принятая
большей частью ученых. Тектиты — мол-
давиты, яваиты и все другие разновиднос-
ти — являются продуктом столкновения
больших метеоритов с планетой Землей.
Мы едва ли дождемся такого события, ибо
крупный метеорит сталкивается с Землей
примерно раз в миллион лет.
Планетная система
С незапамятных времен знают жители
Земли своих ближайших соседей. Об этом
свидетельствуют древние обсерватории
там, где обитали когда-то разные цивили-
зации: в Великобритании, в Мексике,
в Южной Америке. Это были ближайшие
соседи — Луна, Меркурий, Венера, Марс,
Юпитер и Сатурн, то есть больше полови-
ны Солнечной системы, тогда как ее
меньшая и более отдаленная часть ждала
своего открытия до XVIII, XIX и ХХ
века.
Самый близкий сосед — Луна — является
самым ярким объектом ночного неба.
В настоящее время Луна хорошо исследо-
вана как людьми, так и спутниками, вра-
щающимися вокруг нее. Однако еще не-
давно это небесное тело представлялось
весьма загадочным. К Земле Луна повер-
нута постоянно одной стороной. Только
новейшие исследования помогли познако-
миться с ее оборотной стороной. Именно
детальным изучением лунной поверхнос-
ти в 70-е годы нашего столетия начались
современные исследования планет внут-
ренней части солнечной системы — Мер-

286
128
249 Изучение
возраста поверхности
планет на первый
взгляд кажется
сложным делом.
Однако
сравнительный
возраст двух
территорий можно
определить на основе
количества
В
3
1
и
251 Удары,
столкновения
планетных тел
с небольшими
космическими телами
— метеоритами,
являются основной
характерной чертой
формирования
поверхности тех
планет, у которых
отсутствует защитный
слой атмосферы, а ее
внутренние рессурсы
не в состоянии
восстанавливать ее
находящихся на них
кратеров. Рисунок
иллюстрирует
„старение" планетной
поверхности
и показывает, что
даже мелкие
метеориты, кратеры
от которых на первый
взгляд почти
незаметны, стирают
первоначальные
черты. Часто говорят
об эрозии,
вызываемой
1
Y
поверхность.
космическими
часпщами.
248 Только после
того, как человек
посетил Луну, можно
было определить
сравнительную
возрастную шкалу
лунной поверхности.
Количество кратеров
на единицу
поверхности можно
с помощью
приведенного графика
перевести на
подлинный возраст.
Из графика следует,
что в течение
геологических
периодов снижается
вероятность
столкновения
планетных тел
с метеоритной
материей.
курия, Марса, Венеры и некоторых спут-
ников Юпитера и Сатурна.
При первом же взгляде на Луну можно
видеть две разных части — темные, непра-
вильно называемые морями (с водой и мо-
рем они не имеют ничего общего), и свет-
лые — материки, которые занимают 80 %
поверхности Луны. Материал, образую-
щий обе части, отличается химическим
и минералогическим составом. Следует
4 з г
Время в млллларлак лег
заметить, что на противоположной сторо-
не Луны находятся только светлые, мате-
риковые горные породы. Поверхность
Луны усеяна большими и меныпими кра-
терами. Возникновение кратеров являет-
ся исключительно важным процессом
формирования и образования лунной по-
верхности. Их количество на данной тер-
ритории является хорошим критерием для
определения возраста этой части. В наи-
более древних частях гораздо больше
кратеров, чем в более молодых.
Самой замечательной вехой в истории
изучения планет была высадка людей на
Луне, где они собрали более 400 кг образ-
цов, установили на ее поверхности сейс-
мографы, определили количество испус-
каемого ею тепла, измерили ее магнитное
поле и силу тяжести на разных местах.
Что из всего этого следует? Луна, как
и остальные планеты, имеет слоистое
строение и горные породы на ее поверх-
ности иные, чем внутри. На первых этапах
ее развития, примерно 3-4 миллиарда лет
тому назад на Луне были очень активные
вулканы, из которых выливалась лава,
заполнившая крупные углубления, во-
зникшие в результате сголкновения Луны
с метеоритами. На этих местах возникли
нынешние темные моря.
Луна — это тело, которое развивалось
совершенно самостоятельно, как, напри-
мер, Земля или любая другая планета.
Образцы лунной поверхности, горных по-
род и почвы позволили людям объяснить
некоторые черты метеоритов, бывшие до
того времени неясными. Именно благода-
ря тому, что люди привезли на Землю
образцы лунной поверхности, они могут
теперь принимать данные, посылаемые
автоматическими станциями, и расшиф-
ровывать их, а также далее познавать
свою собственную планету — Землю, ее
силу и динамику развития. Ведь на Луне
нет и никогда не было воды, благодаря ее
малой удельной плотности у Луны нет
атмосферы и все процессы на ней (внут-
ренние геологические процессы — вулка-
ническая деятельность) прекратились бо-
лее двух миллиардов лет тому назад. И на-
оборот, Земля цветет и развивается не
только благодаря присутствию воды, но
и под влиянием вулканической деятель-
ности, в результате которой возникла
газовая оболочка Земли, а также вся
поверхностная вода.
,Цанные, полученные в результате изу-
чения лунной пбверхности, можно ис-
пользовать и при изучении ранней исто-
рии формирования земной поверхности.
Так, в этой связи были открыты и на
Земле ударные кратеры, возникшие
в результате столкновения Земли с боль-
шими метеоритами.
У Луны есть в Солнечной системе мно-
жество родственников. Например, самую
близкую к Солнцу планету Меркурий на
некоторых снимках трудно от нее отли-
чить. Поверхность Меркурия тоже по-
крыта бесчисленным количеством крате-
ров разных размеров и высоты, однако их
физические свойства весьма различны.
Если удельная плотность Луны состав-
ляет около 3,3 г . см ~, то удельная плот-
ность Меркурия гораздо выше
— 5,4 г . см ~, что означает, что у Мерку-
рия есть, по всей вероятности, довольно
большое металлическое ядро. Об этом же
свидетельствует и сильное магнитное по-
ле этой планеты. Так что, хотя поверх-
ность Луны и Меркурия похожа, их внут-
ренняя структура раздельна. Черты по-
верхности Меркурия также показывают,
что, наряду с кратерообразованием, важ-
250 Возникновение
ударного кратера на
поверхности
планетного тела
представляет собой
событие,
оказывающее
большое влияние на
его жизненные
условия. Существует
даже предположение,
что такое событие
было главной
причиной гибели
гигантских ящеров на
нашей планете.
Космическое тело
в доли секунды теряет
свою кинетическую
энергию, часть
которой
преобразуется
в работу по
образованию кратера,
а остальная — в тепло.
При этом происходит
испарение падающего
тела и расплавление
горных пород.
186
187

253 Вид части
колоссальной долины
на Марсе- Копрат на
территории Озера
Титония, в сравнении
с которой Болыпой
Каньон в Аризоне- ее
маленький брат.
Протяженность
долины, ее глубина
и система притоков не
имеют на Земле
эквивалентов.
Несмотря на то, что
252 После почти
двадцатилетних
интенсивных
исследований
планетологи и геологи
ттредлагают
следующее строение
планет земного типа:
Меркурий (1), Венера
(2), Земля (3), Луна
(4), Марс (5).
253
все свидетельствует
о том, что каналы
были созданы водой,
сегодня на Марсе от
нее ничего не
254 Тело,
вращающееся вокруг
Марса, когда-то
считалось его
искусственным
спутником,
запущенным
разумнымн
марсианами. От
искусственного
спутника осталось
неинтересное,
бесформенное тело
Фобос, усеянное
ударными кратерами.
255
255 Планета Венера,
которую не раз
называли и отвергали
в качестве сестры
Земли, постоянно
закрыта быстро
вращающимися
тучами. Температура
на поверхности
достигает 450 С.
Атмосфера
непригодна для
дыхания. Стптмок
сделан американским
зондом
„Маринер-10".
188
189
ную роль в формировании лица этой
планеты играло ее сжатие и силы прилива
и отлива (взаимное притяжение косми-
ческих тел). И только вулканическая дея-
тельность поверхности, если она была,
выражалась значительно слабее, чем на
Луне.
Следующей планетой, которую люди
интенсивно изучали и изучают, является
Марс. Зонды „Мэринер" и „Викинг" по-
казапи, что история развития поверхности
этого загадочного тела — красной плане-
ты — значительно сложнее, чем история
развития Меркурия или Луны. Это, ве-
роятно, связано и с тем, что Марс несколь-
ко крупнее и расположен дапьше от Солн-
ца, а поэтому сохранил хотя бы часть
своей истории — летучие вещества.
И Марс является дифференцированным
телом, имеет слоистую поверхность, как
Луна, Меркурий и Земля, а вулканическая
деятельность на нем играла и продолжает
играть важную роль в формировании ero
поверхности. Физические измерения по-
казывают, что и у Марса есть ядро, обла-
дающее значительной удельной плот-
ностью, а его поверхность образована
корой с низкой удельной плотностью.
В морфологическом отношении Марс
— одно из наиболее разнообразных тел
Солнечной системы. Помимо геологичес-
ких особенностей, к которым относится
присутствие полярных шапок, образуе-
мых настоящим льдом, появляются на его
поверхности красные и оранжевые крас-
ки. Наличие вулканов и русел сближает
Марс с Землей. Поэтому высказывались
предположения, что на Марсе существует
жизнь. Доказать это не удалось. Марс
представляется погасшей планетой, поте-
рявшей атмосферу, а также имевшуюся
раньше воду, о чем свидетельствуют вы-
сохшие русла рек. На поверхности видны
следы ветренных бурь, иногда еще и те-
перь бушующих на планете, несмотря на
ее разреженную атмосферу, содержащую
преимущественно углекислый газ. Погас-
шие щитовые вулканы, не имеющие себе
равных в. Солнечной системе, встречают-
ся в областях больших сбросов. Верти-
кальные расстояния между горами и доли-
нами на планете колоссальны. Со дна
самых глубоких долин до вершин самых
высоких rop насчитывается 12 — 16 км.
Вокруг Марса вращаются два спутника
— Фобос и Деймос, представляющие со-
бой, в сущности, куски камня, покрытые
значительным количеством кратеров,
размером в 13 и 10 км (соответственно
самая длинная сторона). Это, скорее все-
го, захваченные притяжением Марса ас-
тероиды, хотя двадцать лет тому назад
некоторые ученые верили, что спутники
представляют собой искусственные тела,
выпущенные на орбиту интеллигентными
существами, обитающими на Марсе (рис.
254).
Наиболее загадочной и негостеприим-
ной планетой внутренней части Солнеч-
ной системы является Венера, часто назы-
ваемая сестрой Земли. Ее размеры, масса,
удельная плотность очень похожи на зем-
ные. Однако условия на поверхности не-
сравненно тяжелее. Человек бы их не
вынес: температура там достигает 450'
Цельсия, давление атмосферы в 100 раз
больше, чем на Земле, атмосфера содер-
жит не только углекислый газ, но и сер-
ную кислоту. Аппаратура, изготовленная
людьми и приспособленная к этим усло-
виям (высокой температуре и химически
агрессивной среде) обычно через не-
сколько десятков минут прекращает ра-
боту. Поверхность Венеры, как и поверх-
ность других планет, покрыта многочис-
ленными кратерами. И для нее характер-
ны огромные круговые углубления, по-
добные тем, которые имеются на Луне
и Меркурии. И все-таки Венера остается
наименее исследованной планетой земно-
го типа. В настоящее время удалось с по-
мощью радаровой аппаратуры опреде-
лить еще некоторые топографические
черты Венеры: высокие горы, подобные
Гималаям (называемые Максвелл Монтс)

257
257 Юпитер, который
часто приравнивается
к неудавшемуся
Солнцу, — самая
большая планета
Солнечной системы.
Его спутники тоже
пустынны.
Американский зонд
„s~~"
запечатлел два
спутника — Ио
и Европу.
Поверхность Юпитера
и большое красное
пятно на втором
плане.
258 259 Спутники
Юпитера принесли
наиболее интересные
данные конца 70-х
и начала 80-х годов.
Некоторые из этих
спутников были
открьггы еще
Галлилеем, однако тот
факт, что они
Ф ЯВЛЯЮТСЯ
„планетками"
с собственными
чертами развития,
можно было
установить только
с помощью зонда
„Войеджер". Так,
оказалось, что
поверхность Ио до сих
пор вулканически
активна, тогда как
поверхность Каллисто
подобна мертвой
поверхности нашей
Луны.
259
256
256 Большие и самые
большие спутники
планет Солнечной
системы в сравнении
с Землей, Меркурием
и Луной, диаметр
которой составляет
3476 км.
и своеобразные плато под названием Иш-
тар Терра и Афродита Терра, которые
подобны земным рифтам и щитам. Точно
так же горные породы, полученные
с единственного места, по своему хими-
ческому составу во многих отношениях
похожи на земные горные породы (рис.
255).
Теперь рассмотрим планеты внешней
Солнечной системы. Наиболее далеко от
Солнца находится Плутон, размер которо-
го подобен размерам планет внутренней
части, однако вращается он очень мед-
ленно и движется по сильно вытянутой
эллиптической орбите. Плутон невелик,
не может сравниваться с Юпитером, Са-
турном и Нептуном, поэтому на первый
взгляд кажется, что он вообще не прина-
длежит к этой части системы. Ближе
к Солнцу находится Нептун, несколько
больший по размерам, чем Плутон, да
и более интересный, хотя бй~ уже потому,
что излучает собственный свет (излучает
больше тепла и света, чем получает от
Солнца). Один его оборот вокруг Солнца
в 165 раз дольше, чем оборот Земли. На
Нептуне, так же, как и на его ближайшем
соседе Уране, очень холодно: — 200'
Цельсия. Прием энергии от Солнца очень
незначителен. Вокруг Урана и Нептуна
вращаются их небольшие спутники.
Последние три планеты Солнечной сис-
темы известны недавно и их открытия
(Уран — в 1781 году, Нептун — в 1846 году
и Плутон — в 1930 году) считались боль-
шим успехом астрономии. Данные о сос-
таве и структуре этих отдаленных соседей
весьма скудны. Нам известна их темпера-
тура, частично состав их атмосфер (ме-
тан, аммиак, водород, гелий) и почти
ничего не известно об их спутниках. Коль-
ца Урана состоящие из камней, были
открыты лишь в 1977 году. Последний (по
времени) спутник Плутона был открыт
в 1978 году и назван Харон. Остальные
спутники перечислены в рис. 256. Сред-
ства классической астрономии в настоя-
щее время почти исчерпаны и остается
лишь надеяться, что люди пошлют в Кос-
мос другие станции типа „Вояджер", что-
бы лучше познакомиться с внешними пла-
нетами Солнечной системы. О том, что
это оправдано, свидетельствуют резуль-
таты, полученные при исследовании бо-
лее близких планет — Юпитера и Сатурна.
Вторая самая крупная планета Солнеч-
ной системы — Сатурн — окружена мно-
жеством кругов, сателлитов и спутников.
Только в последние годы была разгадана
загадка таинственных, сплошных, как ка-
залось, колец. Обнаружилось, что их не
пять-шесть, а тысячи и состоят они из
небольших обломков камней примерно
метровых размеров. Сатурн обладает ма-
лой удельной плотностью (меньшей, чем
вода). Температура на нем достигает
— 170' Цельсия, атмосфера образована
метаном.
Самый большой партнер Солнца
— Юпитер. Его масса в 320 раз больше
массы Земли. Он испускает в простран-
ство больше тепла, чем получает от Солн-
ца, поэтому нам иногда он кажется не-
удавшимся Солнцем, в котором реакции,
при которых образуется тепло и свет, не
проходят правильно. Атмосфера Юпите-
ра непрозрачна, в ней можно видеть не-
сколько климатических поясов с разной
температурой. Кроме того, там появляет-
ся огромное красное пятно, вызываемое
атмосферными течениями, которое мож-
но наблюдать с большого расстояния.
Размеры и малая удельная плотность
являются причиной того, что на Юпитере
не проходит ядерная реакция слияния, как
на Солнце. И, тем не менее, Юпитер
излучает свое собственное тепло и свет.
Это явление, которое в прошлом счита-
лось свойственным лишь Солнцу, объяс-
няется „сжатием" планеты. Было высчи-
тано, что достаточно сжатия радиуса пла-
неты всего только на один миллиметр
в год, чтобы произвести энергию, обра-
зуемую Юпитером. Он, как и Солнце,
состоит преимущественно из водорода
и гелия, в его атмосфере присутствует
метан и аммиак. Значительная интенсив-
ность магнитного поля объясняется при-
сутствием металлического ядра. Является
ли это ядро железным или его образует
металлический водород, пока еще неиз-
вестно.
Спутники Юпитера настолько интерес-
ны, что в будущем геологи будут ими
подробно заниматься. Они состоят из
твердых материалов — камней. На одном
из них — Ио — можно наблюдать даже
своего рода взрывы, при которых ве-
щество спутника выбрасывается высоко
в атмосферу и потом снова падает на
планету. Анализы показывают, что это
соединения серы. Остальные спутники
Юпитера кажутся мертвыми и до сих пор
на них не наблюдалось явлений, которые
бы свидетельствовали о какой-либо ак-
тивности в настоящее время.
Самая
прекрасная планета
Осталась последняя, но для нас самая
важная планета Солнечной системы — го-
191

374 'С
300
200
~00
0,0099
-10О
1,0
220 бар
260
260 На графике,
показывающем трн
состояния воды, видна
тройная точка- место,
где могут
существовать
одновременно все три
состояния (1). При
иных условиях
сосуществуют всегда
лишь два (2) или одно
состояние. Над
критической точкой
(3) вода как
соединение уже не
существует.
лубая планета, наша мать — Земля. В про-
заическом смысле — это очень хорошо
составленная и распределенная смесь кос-
мического материала, металла, камней
и газов. Ее размеры, слоистое строение
и химический состав напоминают другие
планеты. Отличает же ее от них в первую
очередь гидросфера, то есть океаны, мо-
ря, реки, а также зеленая растительность
и присутствие животных и людЕй. Можно
сказать, что Земля всесторонне уравнове-
шена: вода здесь существует во всех трех
состояниях, расстояние от Солнца как раз
подходит для поддержания оптимальной
температуры, а ее масса и размеры позво-
ляют удержать собственную атмосферу,
состоящую из газов. Другая подобная
планета людям пока неизвестна, по край-
ней мере в Солнечной системе ее нет, а за
границы Солнечной системы людям еще
не удалось проникнуть и будет это, види-
мо, очень не скоро.
Все планеты, включая Землю, вра-
щаются в одной плоскости или почти
в одной плоскости, называемой плос-
костью эклиптики, и только орбита самой
далекой планеты — Плутония — от нее
отклонена. Планеты вращаются в одном
направлении и даже совершают подобное
движение вокруг собственной оси. Вокруг
своей оси они вращаются так же, как
и вокруг Солнца. Исключение составляет
лишь Венера, которая вокруг собствен-
ной оси вращается в обратном направ-
лении.
Планеты и их спутники также движутся
в плоскости эклиптики, движение некото-
рых из них бывает синхронизовано. Это
проявляется в том, что наблюдатель ви-
дит всегда лишь одну, повернутую к нему,
сторону. Если бы на Юпитере бь1ли на-
блюдатели, они видели бы только одну
сторону его спутников. Одинаковое на-
правление движения планет вокруг Солн-
ца и их одинаковое вращение представ-
ляют одно из доказательств того, что они
имеют общее происхождение из некой
„прасолнечной" вращающейся туманнос-
ти. Интересно, что в наше время спутни-
ков, космических кораблей, радаров,
миникалькуляторов и микропроцессоров
в вопросе происхождения Солнечнойсис-
темы мы возвращаемся к старинной гипо-
тезе немецкого философа Иммануила
Канта (1724 — 1804), который считал, что
планетные тела возникают путем сгуще-
ния и уплотнения первоначальной туман-
ности. Современные научные дисципли-
ны, как, например, изотопная геология
или минералогия метеоритов, о которых
ни Кант, ни продолжатель его гипотезы
француз Лаплас (1749 — 1827) не имели ни
малейшего представления, сегодня при-
носят доказательства в поддержку их
мнений.
Геологи и планетологи, изучающие во-
прос возникновения планетных тел, оди-
наково считают, что космическая мате-
рия наматывается или налипает на грави-
тационные ядра. Чем больше масса тела,
тем сильнее его притяжение. Так посте-
пенно образуются все более крупные те-
ла, которые только через многие и многие
тысячи и миллионы лет начинают разви-
ваться собственным путем.
В течение длительной истории развития
нашей Земли, продолжавшейся не менее
четырех с половиной миллиардов лет, из-
менялась ее поверхность, менялась и до
сих пор развивается ее атмосфера, меня-
лись очертания и конфигурация матери-
ков и морей. Возникают новые горные
массивы, старые исчезают, там, где в про-
шлом были моря, сегодня находятся мате-
рики и даже такие важные опорные точ-
ки, какими являются земные магнитные
полюса, не находятся постоянно на одном
и том же месте.
Все эти силы, изменяющие и развиваю-
щие поверхность и внутренность нашей
планеты, действуют взаимосвязанно. Для
того, чтобы развитие продвигалось впе-
ред, а не к глобальной катастрофе, в дей-
ствиях этих сил должна быть гармония.
Однако составной частью общего разви-
тия являются и небольшие катастрофы,
как, например, столкновения Земли с кос-
мическими телами, климатические изме-
нения и т.п. Поэтому важно, чтобы чело-
век знал все эти закономерности, понимал
их, чтобы, как врач, знал метаболизм
своей планеты и не старался лечить ее
воображаемые недуги неподходящими
лекарствами или даже хирургическим
вмешательством.
192

МатЕРИКИ
Первый факт, который привлек бы
внимание пришельца из Космоса при
взгляде на „голубую планету", это ее
красочность. Преобладает синий цвет ее
морей, занимающих более двух третей
поверхности Земли. Именно поэтому пер-
вые космонавты и астронавты назвали ее
„голубой". Остальные части Земли ко-
,,ричневаты, местами зеленые, в области
полюсов преобладает белый цвет льда
и снега. Яркое голубое изображение Зем-
ли знает каждый. Оно присутствует всюду
там, где люди хотят напомнить, что нашей
планете грозит опасность, а она так пре-
красна! Облака, покрывающие некото-
рые части Земли, хорошо известны по
телевизионным передачам сводок пого-
ды, когда демонстрируются снимки с ме-
теорологических спутников. Так, Европа
часто видна в виде белого пятна, на кото-
рое метеорологи чертят силуэт страны
и нахождение городов, чтобы вообще
можно было понять, на что мы смотрим.
С геологической точки зрения наше пред-
ставление о мире, когда мы видим распо-
ложение континентов и океанов на гео-
графических картах, неточно.
Взгляд геолога и географа на соотно-
шение материков и океанов отличается.
Если для географической карты граница
между материком и морем является ос-
новной, то геологическая граница между
ними находится совсем в другом месте.
Для геолога ряд водных поверхностей не
относится ни к океанам, ни к морям,
а является составной частью материков,
которые отличаются от океанов своим
геологическим строением. Поэтому часто
то, что в географическом атласе окраше-
но в синий цвет моря, геологи считают
еще континентом. Например, вся терри-
тория между Норвегией и северным окон-
чанием Британских островов в геологи-
ческом отношении не является морем.
Для геолога это — подводная окраина
материка, называемая континентальным
шельфом. Поэтому в этой части мира
геологи ведут себя как на материке и до-
стигают поистине „материковых" успе-
хов: они открыли здесь залежи нефти
и природного газа, ряд других сырьевых
ресурсов, характерных для материка.
Выяснилось, что материковые отмели
и периферические части материка (шель-
фы) вообще богаты нефтью.
И только там, где в море уже нет
материковых горных пород, для геолога
начинается настоящий океан. Даже если
бы из океанов была выпущена вся вода
или она бы замерзла, все равно по составу
горных пород и общему строению океани-
ческого дна геолог бы определил, нахо-
дится ли он в океане или на материке.
Но, несмотря на эти ограничения и гео-
логические определения, океаны значи-
тельно больше, чем континенты. На гео-
логических картах обозначена Австра-
лия, Африка, Северная и Южная Амери-
ка, Антарктида, нет только Европы, ко-
торая обозначена вместе с Азией, по-
скольку нет геологических причин их
разъединять. Мы увидим, что рас-
пределение континентальной материи
на поверхности Земли в геологическом
прошлом не было таким же, как в настоя-
щее время. Было уже много написано
о дрейфе материков. Изображения дрей-
фа материков в прошлом давались в учеб-
никах скорее как курьез. Однако в 60-е
годы нашего века было обнаружено мно-
го доказательств того, что континенталь-
ные массы действительно перемещаются.
Европа вместе с Африкой отдаляется от
Америки, Индия была составной частью
Антарктиды, а Австралия, спустя сотни
миллионов лет, „приплыла" к Азии, на-
ткнулась на азиатский блок. Однако изме-
рить это движение непосредственно до
сих пор еще не удалось. Геологи изучают
его косвенным путем, используя для этого
магнитные методы: определение намаг-
ниченности древних горных пород, пере-
ход геологических материалов с конти-
нента на континент, сравнение встречае-
261 Гидросфера как необходимое условие жизни на Земле
возникла в результате вулканической деятельности. Связь
воды, ее испарение, конденсирование в ледниках — все это
действует как регулятор температуры на Земле, обеспечивая
весьма чувствительное равновесие, которое могло бы быть
нарушено безоглядной деятельностью человека.

262 Шельф-это
такая часть моря,
строение которой
одинаково
с материком и лишь
затоплено водой.
Шельфовые моря
исключительно
богаты нефтью. На
карте обозначены все
шельфовые моря,
глубина которых не
превышает 200 м, т. е.
такие моря, где можно
искать нефть.
262
265 Каждый может
попытаться составить
континенты
впервоначальное
положение, вырезав
силуэты континентов
из карты мира.
Кконтинентам
относится
и континентальный
шельф (1). После
составления останутся
лишь небольшие
поверхности
океанских глубин (2).
На рисунке
обозначены
древнейшие части
континентов — щиты
(3). Стрелки
показывают
сегодняшний север
каждой плиты (4).
266 Планету Земля
можно разделить
и иначе, чем мы
привыкли. В данном
случае мы видим
в левой части „сухое
полушарие",
а в правой части
— „мокрое".
263 Теория континентального дрейфа немецкого
/
исследователя начала нашего века Альфреда Вегенера
получила в 70-е годы новое наполнение. Рисунки
показывают процесс отделения континентов
и возникновение области расширения (красная)
и столкновения (белая). Самая древняя стадия- единый
материк Пангеа- изображен сверху, в середине- стадия
отделения Лауразии и Гондваны, возникновение
сегодняшних очертаний изображено внизу.
264 Калифорнийский залив как его видели астронавты
„Аполлона-11". Снимок показывает возможности
космической фотографии. Видны не только
метеорологические черты, но и геологическое строение
континента.
мости характерных горных пород на двух
материках, разделенных сегодня глубо-
ким океаном. Так, например, одинаковые,
совершенно неотличимые типы базаль-
тов встречаются в Южной Африке, Ав-
стралии и Антарктиде. Поскольку эти
базальты имеют одинаковый возраст
и подобный минералогический и химичес-
кий состав, весьма вероятно, что они были
составной частью одного гипотетическо-
го континента — Гондваны. Из этого сле-
дует, что эти базальты были связаны
между собой, и что современное положе-
ние континентов отличается от того, ка-
ким оно было в прошлом. Континенты
в течение геологических периодов пере-
мещались, отделялись и сталкивались.
Теория о движении континентов была
предположена в начале нашего столетия
немецким исследователем Альфредом
Вегенером, но широко принята только
. в 70-е годы — в более современной форме
и с рядом доказательств. По теории Веге-
нера континенты — примерно 35-километ-
ровые плиты материковой коры — пере-
двигались на пластической верхней ман-
тии Земли. Наши сегодняшние представ-
ления, основывающиеся и на геофизичес-
ких данных, исходят из того, что переме-
щаются плиты, состоящие из земной ко-
ры, вместе с „прилипшей" верхней
частью мантии, и что их толщина дости-
гает 200 км. Наряду с материковыми пли-
тами существуют так наз. океанские пли-
ты, на которых нет материков. Плиты
подвигаются друг под друга, сталкивают-
ся, их движение, вызванное внутренними
силами Земли, обуславливает большин-
ство геологических процессов. Внутрен-
ние силы Земли (имеется в виду в первую
очередь ее тепло) определяют размеще-
ние материков и континентов на земном
шаре, которое имеет явно ассиметричес-
кий характер. Можно даже образовать
полушарие, почти полностью покрытое
морем, и другое полушарие, большая
часть которого будет покрыта материка-
ми. Однако северный и южный полюс на
таком земном шаре находились бы совсем
в других местах, чем сейчас.
Тот факт, что континенты не размеще-
ны симметрично, связан с континенталь-
ным дрейфом (передвижением континен-
тов) и является типичной чертой также
других планет земного типа — Марса,
Венеры, Меркурия. Заметно размещение
„материков и морей" и на Луне, крупных
бассейнов на Марсе или Меркурии. Сле-
дует снова напомнить, что на Земле мы
говорим о континенте только в геологи-
ческом смысле. Далее мы разберем соот-
ношение материков и морей в географи-
ческом смысле, в частности с точки зре-
ния высоты над уровнем моря и глубины
моря. Здесь можно получить интересные
данные с помощью рисунка 267. На вер-
тикальной оси нанесена высота над уров-
197

с самолетов
268 Точное
измерение земной
поверхности — основа
познания Земли и ее
внутренней
структуры. Такие
измерения проводятся
с помощью
тригонометрии.
В настоящее время
используется также
фотографирование
267 Гипсографическая
кривая показывает,
как на земной
поверхности
представлены океаны
и материки. Видно,
что большинство
материковдостигает
2000 метров над
уровнем моря. Мелкие
моря, высокие горы
и глубоководные
впадины занимают
сравнительно мало
места. Наиболее
расширенное
образование — это
морское дно на
глубине 2500 и более
метров.
и спутников, однако
значение
тригонометрии не
уменьшилось ввиду ее
исключительной
точности: в сумме
углов треугольника
проявится каждая
ошибка.
ОООО
4060
Ом
Ом
-гооо
-гооо
-6000
269
269 Трехосевой
ротацнонный
эллипсоид (Е) лучше
всего передает форму
Земли как тела,
однако ее подлинная
форма выражается
геоидом (С),
образующим
отдельные
перпенднкуляры
внаправлениицентра
тяжести, ввиду чего
геоид (красный)
отличаетсяот
-10 ООО
-1О 79О
soo
4оо
гоо
миллион кмт 100
267
Форма,
объем и масса
эллипсонда.
нем моря, на горизонтальной — количес-
тво суши или моря с данной высотой над
уровнем моря. Такая диаграмма назы-
вается „гипсографическая кривая". Если
мы хотим узнать, какое количество по-
верхности занимает континент с высотой
над уровнем моря между 100 и 200 метров,
то нужно уметь вычитать. Диаграмма по-
казывает, что на континентах преобла-
дают сравнительно невысокие уровни над
морем. Из крутого подъема кривой на
более высоких уровнях над морем можно
высчитать, что чем выше высота матери-
ка над уровнем моря, тем меньшую пло-
щадь он занимает. При геологическом
объяснении этого факта ясно выступает
влияние эрозии, снижающей высоту мате-
риков, а также воздействие пластичного
подкровного слоя материков, в который
материки погружаются. Это явление на-
зывается изостатическим равновесием.
Точно так же самые глубокие части океа-
на не занимают большую площадь, что
свидетельствует о „молодости" и исклю-
чительности этих образований. Совре-
менные гипотезы о перемещении плит, их
столкновениях и поддвиганиях одной пли-
ты под другую предполагают, что наи-
более активная геологическая деятель-
ность концентрируется в узких вытяну-
тых зонах срединно-океанических хреб-
тов, где образуется кора океанских плит,
активных окраин материков, каким яв-
ляется, например, побережье Тихого
океана. Возникновение материковых гор-
ных массивов, как, например, Альпы или
Гималаи, эта теория объясняет столкно-
вением двух плит, в результате чего обра-
зуются морфологические складчатые
образования. Поддвигание плит друг под
друга ведет к разрушению океанской ко-
ры и образует отрицательные морфоло-
гические образования — глубокие морские
трещины.
Когда Христофор Колумб достиг бере-
гов Америки, он полагал, что достиг своей
цели — Индии, поскольку искал иной,
более легкий путь на другую сторону
мира. Его путешествие, как и путешес-
твия других мореплавателей того пери-
ода, основывалось на представлении о ша-
рообразности Земли. При наличии все-
возможных удивительных взглядов на
мир, на положение Земли в Космосе и на
ее внутренее устройство, концепция о ша-
рообразности Земли была сравнительно
быстро принята и доказана. Лишь некото-
рые арабские цивилизации и цивилизация
индийская продолжали придерживаться
представления о том, что Земля плоская
и стоит на подставке.
В древнем мире отцом идеи о шарооб-
разности Земли был Пифагор и ero шко-
ла, а первые измерения, проведенные
греческими учеными-геометрами, были
исключительно точными. Принципы из-
мерения, использованные греками — про-
стая геометрия треугольников — исполь-
зовались еще в недалеком прошлом при
измерении формы Земли. В настоящее
время классические геометрические ме-
тоды заменены искусственными спутни-
ками Земли, с помощью которых прово-
дится не только измерение, но и взвеши-
вание земного шара.
При взгляде на глобус Земля представ-
ляется в виде совершенного, идеального
шара. Также она выглядит и с космичес-
кого тела. Но уже ученые Возрождения,
и среди них славный Исаак Ньютон, сде-
лали вывод о том, что Земля имеет не-
сколько сплющенную форму. Аргументы
в пользу этого факта были весьма разно-
образными, поэтому одни считали, что
Земля сплюснута на полюсах, другие
— в области экватора. Спор был решен
по-спортивному: Французская академия
наук послала две научные экспедиции на
разные места земного шара — в область
экватора и в полярную область. Экспеди-
ции попытались измерить сжатие Земли
и пришли к заключению, что Земля сплю-
щена на полюсах, поэтому экваториаль-
ный радиус несколько длиннее, чем по-
лярный. Разница, правда, незначительна:
на 12 714 км полярного радиуса прихо-
дится 12 756 км экваториального, что
составляет всего 44 км, однако ее можно
измерить, и она важна с точки зрения
геофизики. Из этого вытекает и тот факт,
что гравитационное ускорение (или сила
притяжения) неодинаково на полюсах
и на экваторе. В процентах эта разница
составляет 0,3 % общего среднего значе-
ния. Форму Земли можно характеризо-
вать как ротационный эллипсоид, а не
шар. Еще точнее Земля имеет форму
геоида, что есть фигура Земли, ограни-
ченная уровенной поверхностью, которая
в данном месте пересекает направление
отвесной линии под прямым углом. Геоид
весьма сложен по форме, и каждая круп-
ная масса, например, высокие горные
массивы, оказывают влияние на его фор-
му. В настоящее время форма Земли вы-
водится из измерения гравитационного
ускорения, которое производится не на
Земле, а в Космосе, на спутниках. Движе-
ние спутников испытывает изменения
в гравитационном поле. Анализируя
траекторию, можно определить гравита-
цию, а потом и форму нашей планеты.
Конечно, она похожа на шар, но шар
с многочисленными большими или мень-
шими выступами, так что ее можно срав-
нить с картофельным клубнем.
С величиной силы тяжести связана
и масса Земли, известная с тех пор, когда
Исаак Ньютон сформулировал закон
о взаимном притяжении тел, известный со
школьной скамьи. Английскому ученому
Генри Кэвендишу более двухсот лет тому
назад удалось в лаборатории измерить
величину гравитационной константы, ко-
торая не отличается от полученных зна-
чительно позже с помощью гораздо более
сложных и точных приборов. В настоя-
щее время масса Земли составляет
5,976 . 1027 г. Эта масса вызывает грави-
тационное ускорение на экваторе
978,038 см/секг. Земля более чем в 81 раз
тяжелее Луны, но в 100 тысяч раз легче
Солнца. При сравнении объема Земли
и ее массы видно, что она обладает до-
вольно высокой удельной плотностью
198

Тепло Земли
270 Огромная масса
гор отклоняет отвес от
вертикального
положения.
Отклонение, по
сравнению
с рисунком,
значительно меньше.
Измерением земного
тяготения
определяется форма
Земли, используется
оно и при поисках
месторождений
полезных
27О
ископаемых.
271 В прошлом
форма Земли
приравнивалась
к шару, эллипсоиду,
иногда к картофелине
или груше. На этом
рисунке грушевидная
форма Земли во много
раз преувеличена.
В действительности
отклонение достигает
лишь нескольких
272
272 Горячаялава
базальтовогосостава
десятков метров.
271
изливается на склоны
вулкана Мауна-Лоа
(Гавайские острова).
273 Одна из попыток
решить недостаток
энергии
в общемировом
масштабе
заключается
в использовании
геотермальной
энергии. Помимо
опытов в Италии,
Исландии и США, уже
более 20 лет работает
геотермальная
электростанция
в городе Вайракеи
(Новая Зеландия).
273
200
201
(5,5 r. см 3), что намного больше, чем
плотность горных пород на ее поверхнос-
ти, которая составляет в среднем
2 75 r. cMãç
Уже на ранней стадии истории челове-
чества было известно, что в направлении
к центру Земли температура повышается,
поэтому туда люди поместили в своем
представлении раскаленный ад; они виде-
ли и знали вулканы, горячие источники
и гейзеры. В климатических областях
умренного пояса, а также несколько даль-
ше на север, где почва ежегодно зимой
замерзает, жители знали, что замерзает
она лишь на определенную глубину и что
несколько метров под поверхностью тем-
пература зимой выше, чем на поверхнос-
ти. Поэтому под землей строили склады
для хранения пищевых продуктов. По
мере развития горного дела стало ясно,
что температура с глубиной повышается
равномерно, что называется геотерми-
ческой ступенью. Это явление можно
объяснить двояким способом: или Земля
сама создает в своем центре тепло, или это
тепло остаточное, образовавшееся в пе-
риод формирования горячей планеты.
Размеры, теплопроводность и в особен-
ности возраст Земли, определяемый в
4,6 миллиарда лет, вторую возможность
исключают: Земля давно бы уже остыла,
если бы не имела собственного источника
тепла.
Не только Земля создает свое собствен-
ное тепло. Имеют его и малые планеты,
даже „холодная" Луна обладает своим
источником тепла, каким являются распа-
дающиеся радиоактивные элементы. Та-
ким образом, процесс „сгорания водоро-
да", проходящий на Солнце и отдающий
энергию большей части Солнечной систе-
мы, и внутреннее тепло планет представ-
ляют собой основные энергетические ис-
точники геологических процессов. Энер-
гия, принимаемая планетами, следова-
тельно и Землей, от Солнца, во много раз
выше, чем их собственные источники
энергии. Если сравнить количество тепла,
приходящего на Землю от Солнца (кото-
рое значительно снижается охранным
слоем атмосферы), с количеством тепла,
производимого собственными энергети-
ческими источниками Земли, окажется,
что количество энергии Солнца в шесть
тысяч раз больше.
Земное тепло привлекало и до сих пор
привлекает внимание тех, кто любит ку-
паться в теплой минеральной воде неко-
торых курортов. Для человечества зем-
ное тепло стало одним из новых источни-
ков энергии, на которой возлагаются
определенные надежды в связи с необхо-
димостью решения энергетического кри-
зиса. В некоторых местах это тепло уже
используется. Так, в Новой Зеландии,
в Италии, в Соединенных Штатах Амери-
ки построены электростанции, которые
уже производят электроэнергию. В дру-
гих местах тепло Земли и горячая природ-
ная вода используются для обогрева пар-
ников: жители холодной Исландии и Кам-
чатки могут выращивать овощи даже за
Полярным кругом.
Мест, где можно определить, что Земля
внутри раскалена, вполне достаточно. Об
этом свидетельствуют не только вулканы,
гейзеры и горячие источники. Геологи
измеряют температуру Земли и там, где
на первый взгляд она кажется холодной.
Достаточно пробурить скважину или
спуститься в глубокую шахту, чтобы убе-
диться в том, что с глубиной возрастает
и температура. Не везде повышение тем-
пературы происходит одинаково. В геоло-
гически „молодых" областях, то есть та-
ких, где еще происходят или недавно
происходили геологические процессы,
температура с глубиной повышается быс-
трее, чем там, где уже в течение длитель-
ного времени (сотни миллионов лет) на-
блюдается „геологический покой". Там
температура повышается через каждых
30-40 метров на 1' Цельсия.
На карте мира, на которой отмечены
места с повышенной температурной ак-
тивностью, выделяется область в районе
Тихого океана, которую в специальной
геологической литературе назвали
„огненным кольцом". Однако несколько
лет тому назад геологи открыли, что на
дне Индийского, Тихого и Атлантическо-
го океанов, прежде всего в их централь-
ных частях находятся места с повышенной
тепловой активностью. В этих местах
тепловой поток в два раза выше, чем
в среднем на Земле.
Несколько позже было обнаружено,
что на дне океанов встречаются вулкани-
ческие породы, возраст которых насчи-
тывает всего несколько тысяч миллионов
лет, то есть в геологическом отношении
они очень молоды. Это было одно из

274 Большая часть
солнечного
излучения,
попадающего на
Землю (А), уходит
в Космос (D), почти
половина
превращается в тепло
(В), которое раньше
или позже уходит
в космическое
пространство
276 Идеализированное
изображение
„горячей точки" под
Гавайскими
островами. Плита со
своими вулканами
„проезжает" через
горячее место,
поэтому вулканы
в левой части рисунка
уже погасшие.
Океанская кора
сравнительно
„тонкая" (1), тогда
как через мантию (3)
поднимается горячий
столб астеносферы.
Мауиа Лоа Килауэа
Ом
10 км
20
70
80
ггв
277 Одним из первых
весьма важных
открытий
космонавтики было
открытие магнитных
поясов вокруг Земли,
названных по имени их
открывателя
радиационными
поясами Ван Аллена.
Эти пояса защищают
Землю от опасного
Определенное
количествосолиечной
энергиизатрачивается
при испарении воды,
движении воздуха,
дождя и т.д. (Е).
И только малая часть
используется для
фотосинтеза (G)
и сохраняется
в растениях как
резервуар энергии (g).
Собственная энергия
Земли образует лишь
незначительнуюдолю
энергетического
баланса (F, С).
275 Профиль
океанского дна от
срединно-океанического
хребта до активного
континентального
шельфа имеет свои
характерные
морфологические
черты: хребет, желоб
и островная дуга. Для
отдельных частей
океанскогоднатакже
характернызначения
теплового потока.
космического
излучения.
275
277
202
203
самых крупных открытий на рубеже 60-х
и 70-х годов: через океаны тянутся гор-
ные хребты, сложенные из вулканических
пород. A поскольку эти места весьма
активны, то и посреди океанов случаются
землетрясения. Количество испускаемого
тепла там огромно, ученые считают, что
там происходит истекание материи из
земной мантии, а срединно-океанические
хребты представляют собой места ее вы-
хода на поверхность. Другими подобными
местами являются так называемые горя-
чие пятна, где выделение тепла еще выше,
чем в местах срединно-океанических
хребтов. Поэтому там наблюдается
и мощная вулканическая деятельность.
Именно в таких точках находятся Гавай-
ские острова, Таити, Азорские острова.
Магнитное поле
Некоторые планеты Солнечной систе-
мы имеют собственное магнитное поле,
у других оно весьма незначительно или
полностью отсутствует. Земля относится
к планетам с сильным магнитным полем,
представляющим прекрасную защиту от
космического излучения. Именно благо-
даря ему на Землю не падает такое коли-
чество космических частиц, как на другие
планеты, скажем, на Меркурий. Не так
ощущается на Земле и влияние солнечно-
го ветра — потока заряженных частиц, как
на других планетах, лишенных магнитно-
го поля. Как видно из рисунка, взаимное
воздействие магнитного поля и солнечно-
го ветра весьма сложно. Можно сказать,
что на Земле имеется несколько естест-
венных факторов, защищающих ее от
космического излучения. В силу суще-
ствования магнитного поля вокруг Земли
возникают магнитные „изоляционные
пояса", образуемые быстро движущимися
элементарными частицами, которые по
имени их открывателя называются „пояса
Ван Аллена". Таких поясов два — внешний
и внутренний.
Происхождение магнитного поля было
и все еще остается для нас загадочным.
Известно только, что магнитное поле
возникает там, где протекает электричес-
кий ток. А поскольку имеются доказа-
тельства о существовании металлическо-
го ядра, можно и магнитное поле связать
с процессами, проходящими в этом ядре.
Связь между магнитным полем и геологи-
ческими процессами, так же, как и воздей-
ствие магнитного поля на живые орга-
низмы, до сих пор тоже еще достаточно не
объяснены. Изучение магнитных свойств
горных пород показывает, что в течение
последних 200 миллионов лет (что пред-
ставляет собой незначительный отрезок
истории Земли) магнитное поле Земли
многократно внезапно полностью меня-
лось: Северный и Южный полюс просто
поменялись местами. Что может при этом
произойти, совершенно ясно. Если Земля
хотя бы на мгновение потеряла свою
магнитную защиту, на нее попало бы
большое количество космического излу-
чения, имеющего подобное действие, как
и радиоактивное излучение. По мнению
некоторых ученых, это может привести
к принципиальным изменениям, которые
проявятся в жизни на нашей планете.
Однако магнетизм сопровождает Землю
на протяжении почти всей ее истории.
Поэтому и „магнитные записи" в горных
породах несут весьма важную и полезную
информацию об ее истории, например,
о положении материков.
Основные магнитные информации за-
шифрованы в породах, содержащих фер-
ромагнитные минералы. Это магнетит,
ильменит и пирротин. Если горная порода
кристаллизуется из магмы, то ее части-
цы при температуре выше 425 Цельсия
немагнитны. Ниже этой точки, называе-
мой точкой Кюри, горные породы прио-
бретают магнитную ориентацию, которая
соответствует ориентации существующе-

281 Стихийные
бедствия преследуют
человечество в виде
землетрясений,
извержений вулканов
и других катастроф.
Однако к области
сказок относятся
катастрофы,
вызванные
существованием
магнитной горы,
которая якобы
притягивает гвозди из
проплывающих
вблизи кораблей,
которые так терпят
крушение.
280
278
278 Все
геологические
процессы постоянно
находятся под
влиянием магнитного
поля Земли, поэтому
при возникновении
горных пород
содержащиеся в них
магнитные составные
частицы имеют
одинаковую
ориентацию
— в осадочных
породах,
опускающихся на дно
океана, и в лаве в тот
момент, когда ее
температура
снижается до 450 'С.
Ввиду того, что
магнитное поле в ходе
геологических эпох
меняется, ориентация
магнитных частиц
в каждом слое иная
и даже может быть
противоположной,
как показывают
зеленые стрелки.
204
го магнитного поля и остается в них даже
тогда, когда магнитное поле меняется.
В осадочных породах осаждение магнит-
ных частиц также определяется ориента-
цией магнитного поля в период осажде-
ния. Частица, плавающая в воде, тоже
соблюдает все магнитные законы. Поэто-
му в древних породах, из которых был
взят правильно ориентированный обра-
зец, можно видеть, какой была ориента-
ция магнитного поля в прошлом. При
изучении деталей горных комплексов, на-
пример, излияний лавы на протяжении
одного миллиона лет, видно, что в течение
сравнительно короткого периода — не-
скольких десятков тысяч лет — имеет
место внезапное изменение полярности
магнитного поля. Северный и Южный
полюс меняются местами. При изучении
более длительного периода геологичес-
кой истории обнаруживается еще одно
явление — магнитный полюс перемещает-
ся. Континенты, однако, движутся, а по-
скольку магнитный полюс, вероятно, по-
стоянно находится вблизи полюса враще-
ния Земли, магнитные записи в горных
породах можно использовать как еще
одно доказательство теории дрейфа мате-
риков. Магнитные свойства горных пород
уже дали ряд доказательств о динамичес-
ком, вечно живом характере Земли. На
океанском дне существуют почти парал-
лельные пояса пород с обратной намагни-
279 Положение магнитного поля в течение
геологических эпох меняется. На рисунке показано
движение земного полюса за последние 38 000 лет.
Однако доказательства все еще дискутируются, ибо
горные породы с одного места не совсем точно совпадают
с данными о магнитном поле в горных породах другого
места.
ченностью и соответствуют направлению
срединно-океанических хребтов. И это
открытие сыграло свою роль в формиро-
вании гипотезы о передвижении океан-
ского дна.
Несмотря на то, что возникновение
и преобразования магнитного поля еще
недостаточно понятны, мы полагаем, что
они основаны на принципе динамомаши-
ны. Внутри Земли материя передвигается
280 Горные породы, образующие океанское дно вокруг
Исландии, как и на многих других местах океана,
— базальты. Ориентация магнитного поля в этих породах
меняется: в одних местах она совпадает с сегодняшней (2),
в других- противоположна (3). После нанесения
результатов измерений на карту возникает полосатая
структура океанского дна, параллельная оси
срединно-океанического хребта (1). Это еще одно
доказательство расширения океанского дна.
иначе, чем на ее поверхности. Это движе-
ние создает электрический ток, подобно
тому, как это происходит между статором
и ротором динамо. Так возникает и маг-
нитное поле. Мы внимательно наблюдаем
за изменениями в магнитосфере Земли, за
взаимодействием солнечного ветра и маг-
нитных бурь на Солнце с магнитным
полем Земли. Магнитное поле Земли ис-
пользуется и для практических целей — от
простых навигационных компасов до по-
исков месторождений минерального
сырья.
Слоистое строение Земли
Из сравнения средней плотности Земли
со средней плотностью других планет
следует, что она не представляет собой
ничего исключительного. Однако тут же
бросается в глаза одно несоответствие:
горные породы, находящиеся на поверх-
ности, не могут образовывать всю плане-
ту, ибо в таком случае она была бы
гораздо легче. Поэтому где-то под по-
верхностью должен находиться материал
со значительно большей плотностью, чем
у поверхностных горных пород. К такому
же выводу приводят и другие измерения.
Вращение Земли вокруг собственной оси
и момент количества движения показы-
вает, как размещается материя в шаро-
видном вращающемся теле. Например,
эти измерения говорят о том, что у Мер-
курия должно быть большое ядро, обра-
зованное сравнительно тяжелым мате-
риалом. То же самое относится и к Земле,
Марсу и Венере, в небольшой степени это
относится и к Луне. Как решить такой
вопрос? Можно попытаться объяснить
изменение плотности воздействием боль-
шого давлени и высокой температуры.
В этом случае напрашивается химическая
аналогия между графитом и алмазом, при
этом алмаз, представляющий собой моди-
фикацию, образующуюся при высоком
давлении, обладает значительной плот-
ностью (3,5 г. см ~). Графит образуется
при низком давлении, и ero плотность
ниже (2,1 г . см ~). Однако объяснение,
основанное на зависимости плотности от
повышения давления, приводит в тупик.
Материал, находящийся на поверхности
Земли, даже при сверхвысоких давлениях,
господствующих в глубинах планеты, не
приобретает соответствующие физичес-
кие свойства. Поэтому мы должны изу-
чать химический состав материи, из кото-
рой возникли горные породы, встречаю-
щиеся на земной поверхности, и добраться
до ответа, который бы согласовывался
с геофизическими измерениями. Если мы
хотим изучать внутреннее строение на-
шей планеты, тогда не следует надеяться
на то, что мало вероятно, т. е. что кому-то
удастся заглянуть вглубь Земли хотя бы
до глубины 200 — 300 километров. Каждая
гипотеза о состоянии земных недр и зон
ограничена нашими геологическими, фи-
зическими и космохомическими знания-

282 Слоистое
строение Земли
проявляется
в скорости
распространения
сейсмических волн,
в изменениях
283 Скорость
распространения
сейсмических волн
6 8 10 12 14
Окм
Окм
1000 км
2000 км
3000 км—
4000 км
6000 км
кора
верхняя мантня — 900 км
меняется
в зависимости от
v,
химического состава
и физического
состояния материи
в недрах Земли. Зона
пониженной скорости
может означать,
например, что в этой
части Земли горные
породы находятся
в частично
Ч,
минералогического
состава горных пород,
в изменении средней
плотности
температуры
и давления.
6000 км
плотность г/cM
температура в
скорость сейсмнческнх
волн в км/сек
яавпенне Гпа
расплавленном
8,07
состоянии. Внезапные
изменения скорости
называются
разделами. Наиболее
важным в земной коре
является раздел
Конрада. Раздел
Мохоровнчича
отделяет кору от
мантии.
Земная кора
207
ми. Из знания состава метеоритов исходит
и гипотеза об общем строении Земли, так
же, как и предположение о наличии ме-
таллического ядра. Мантия Земли похожа
на каменные метеориты-ходриты. Сход-
ство между отдельными группами мете-
оритов и слоями Земли привело в первые
десятилетия нашего века к точке зрения,
что и Земля обладает металлическим яд-
ром. Доказательство наличия ядра как
физического образования было получено
раньше — в начале века. Однако даже
сегодня нельзя непосредственно доказать,
что ядро состоит из железа, хотя это
весьма вероятно.
Аналогия с метеоритами не имела бы
цены для рассуждений о строении и соста-
ве Земли, если бы мы не располагали
данными, полученными при измерении
сейсмических волн, проходящих через на-
шу планету. Они дают основную инфор-
мацию о физическом состоянии и поведе-
нии отдельных частей Земли. Совершен-
но ясно, что землетрясения, хотя и прино-
сят людям много неприятностей, могут
быть в определенном смысле полезными.
Большинство геологических процессов
проходит в земной коре, образующей са-
мый верхний слой Земли. Земная кора
издавна привлекала и еще долго будет
привлекать внимание геологов; она яв-
ляется источником сырья для человека.
Граница между земной корой и последую-
° у' 4'.Ф
12-60 км
ншкнЯЯ мантнЯ 2900 IIM
внешнее Ядро 4990 км
нУтРеннее ~О 9370 км
ми слоями Земли — мантией образова-
ак называемым сейсмическим разде-
Мохоровичича, где происходит вне-
запное изменение физических свойств, на-
пример, скорости распространения сейс-
мических волн (рис. 283 иллюстрирует
такое изменение на границе между корой
и мантией, а также в самой мантии).
Два десятка лет тому назад ученые
— геологи, геофизики и геохимики — вели
длительный и действительно настойчи-
вый спор как раз о том, что, собственно,
вызывает изменение скорости распрос-
транения сейсмических волн на границе
земной коры и мантии. Если в коре эти
волны распространяются со скоростью
меньшей чем 6,5 км . сек. ', то в промежу-
точном слое она больше 8,0км. сек. '.
После многих исследований и сопоставле-
ния точек зрения ученые пришли в прин-
ципе к двум мнениям:
1. Изменение скорости распространения
сейсмических волн вызывается разным
химическим, а потому и минералогичес-
ким составом. Это значит, что над и под
разделом находятся горные породы с раз-
ным химическим составом и, следователь-
но, разной минералогией.
2. Другая теория говорит о том, что изме-
нение физических свойств вызывается
только изменением в минералогическом
составе горных пород над и под разделом
Мохоровичича. Это значит, что химичес-
кий состав одинаков, а изменения в мине-
ралогическом составе вызваны повышен-
ным давлением и температурой.
Сегодня считается, что главной причи-
ной изменения скорости распространения
сейсмических волн на границе между зем-
ной корой и мантией является химический
состав, то есть ученые склоняются к пра-
вильности первого объяснения.
Разница между химическим и минерало-
гическим составом горных пород видна на
примере базальта. Это твердая горная
порода с вкраплениями больших или
меньших кристаллов зеленого минерала
— оливина или коричневатых кристаллов
пироксена в мелкозернистую материю,
окружающую эти частички. Петролог
или минералог обнаружит под микроско-
пом еще шпат-плагиоклаз, более мелкие
кристаплики оливина и пироксена, кусоч-
ки магнетита или ильменита, а также
куски некристаллизованной, твердой ма-
терии — стекла. На этом минералогичес-
кое описание горной породы заканчи-
вается, этим определен ее минералогичес-
кий состав. В химической же лаборатории
тот же самый базальт будет растерт в по-
рошок и растворен, после чего выяснится,
что большая часть горной породы образо-
вана девятью основными элементами. Пе-
реведено на окисли, порода, состоящая
из 50 % SiO2 (двуокиси кремния), 1 %
TiO2 (двуокиси титана), 17 % AC12Î3
(окиси алюминия), 10 % FeO (закиси же-
леза), 0,2 % МпО (закиси марганца), 8 %
MgO (окиси магния), 7 % СаО (окиси
кальция), 4 % Ха2О (окиси натрия), 1,5 %
К2О (окиси капия), может иметь следую-
щие три названия: габбро, базальт, экло-
гит. Если основными составными частями
являются полевые шпаты, пироксен и ам-
фибол, тогда это габбро, если составными
частями породы являются оливин, пирок-
сен и полевые шпаты, в этом случае
большая часть горной породы будет весь-
ма тонкозернистой, а если обнаружится
присутствие стекла, тогда это будет ба-
зальт. Но если присутствует гранат и кли-
нопироксен, горная порода такого хими-
ческого состава называется эклогит.
Именно такие различия в минералоги-
скорость Р волн в км/свк
З,6 6,8 6,2 6,8
ческом составе могут информировать
геолога о том, в какой среде порода
возникла — крисгаллизовалась. Так, габ-
бро — это горная порода, которая кристал-
лизовалась внутри земной коры, скажем,
при температуре 800 Цельсия и на глуби-
не около 10 километров; базальт кристал-
лизовался на поверхности Земли или
вблизи нее при температуре, превышав-
шей 1200' Цельсия. А эклогит? При его
кристаллизации температура не играла
важную роль: он может кристаплизовать-
ся в диапазоне от 400 до 1200' Цельсия,
однако давление при кристаллизации дол-
жно быть большим и соответствовать
глубине не менее 20 километров.
Таковы основные причины, по кото-
рым геологи, помимо химического соста-
ва, должны еще знать и минералогичес-
кий состав.
Итак, из чего состоит земная кора и что
лежит под ней? Геологи изучают скаль-
ную основу и характерные черты наносят
на геологические карты, на которых мож-
но видеть, какие горные породы встре-
чаются в данном месте на поверхности

284 На этом профиле
евразийского
континентаземная
кора окрашена
в черный цвет,
а мантия
— в коричневый.
Профиль призван
проиллюстрировать
тот факт, что у всех
высоких горных
образований есть
„корни" и что кора
„плавает" на мантии.
Вертикальные линии
указывают места, где
производились
измерения.
10
20
30
40
60
60
70
286 Шельфовое море,
дельтареки
и сравнительно
толстая кора
характерныдля
пассивного
континентального
шельфа. Переходная
зона между
континентальной
и океанической корой
является в настоящее
времянаиболее
изучаемой областью
земной коры.
209
208
Земли. Если собрать геологические кар-
ты всего исследованного до сих пор мира
и сложить все территории, образованные
отдельными типами горных пород, напри-
мер, песчаниками, сланцами, гранитами
или базальтами, можно получить средний
минер алогическо-петрографический со-
став верхнего слоя земной коры. Слово
„верхний" здесь совершено уместно, по-
скольку весьма вероятно, что этот слой
285 В среднем земная
кора,т.е.верхние
30 км континентов,
образована
осадочными горными
породами (1) — 7,9 %,
метаморфическими
горными породами (2)
— 27,4 %
и выветренными
горными породами,
среди которых
породы, богатые
кремнеземом (3),
составляют 22 %,
тогда как породы,
бедные кремнеземом
(4), образуют 42,7 %
объема горных пород
коры.
земной коры несколько отличается от
лежащего ниже, ибо здесь, естественно,
больше осадочных пород.
Взяв образец каждой горной породы,
встречающейся на поверхности Земли,
в количестве, соответствующем ее коли-
честву в земной коре, смешав все образцы
и получив порошок для химического ана-
лиза, можно определить, что в среднем
поверхность Земли образована девятью
основными окислами: двуокисью крем-
ния, двуокисью титана, окисью алюми-
ния, закисью железа, закисью марганца,
окисью магния, окисью кальция, окисью
натрия, окисью калия. Все эти окислы
образуют более 99 % земной коры
собственно, совершенно не играет роли
тот факт, с какого материка были получе-
ны образцы. Их можно взять в Азии
и в Южной Америке, или в Европе.
В любом случае результаты будут похо-
жими. Если же мы хотим представить себе
такую горную породу, которая возникла
смешением всех пород, встречающихся на
земной поверхности, то такой породой
является гранодиорит. Поэтому говорит-
ся, что верхний слой в среднем имеет
„гранодиоритовый состав".
До сих пор мы говорили о горных
породах, образующих поверхность мате-
риков. Иное положение будет при созда-
нии средней породы, образующей океан-
скую кору. И хотя океаны занимают в два
раза большую поверхность, чем матери-
ки, разнообразие пород, образующих
океанское дно, значительно меньше: за
небольшим исключением горные породы,
образующие океанское дно, повсюду оди-
наковы. Под тонким слоем осадочных
пород на дне океанов встречаются моно-
тонные, неинтересные базальты. Базальт
из Индийского океана не отличить от
поднятого со дна Атлантического или
Тихого океана. На основании данных,
полученных при бурении океанского дна,
и измерений, проводимых океанографи-
ческими кораблями, извесгно, что под
слоем базальтов в океанах лежит еще
один слой горных пород, характер кото-
рых нам еще достаточно неизвестен.
Сравнение состава земной коры океани-
ческого типа с корой континентов пока-
зывает, что в океанской коре меньше
двуокиси кремния, окиси натрия и калия,
однако больше окислов железа, магния
и кальция. Но вернемся на материки.
Именно там зарегистрирована вся исто-
рия развития нашей планеты и скрыты
тайны, которые еще надо расшифровать.
.. Так, геофизики обнаружили, что физи-
ческие свойства нижней части континен-
тальной коры (например, в том, что ка-
сается скорости распространения сейсми-
ческих волн, электропроводности и дру-
гих) отличаются от горных пород ее верх-
ней части. Даже если эти породы подверг-
нуть большому давлению и воздействию
высокой температуры, соответствующи-
ми данной глубине, все равно они не
имеют необходимых свойств. Еще боль-
ше осложняет положение тот факт, что на
глубине 10 — 15 километров меняется ско-
рость распространения сейсмических
волн. Эта область называестя раздел Кон-
рада. По существующей в настоящее вре-
мя теории состав горных пород под и над
этим разделом различен. Однако на та-
кую глубину еще никому не удалось про-
бурить скважину, поэтому не остается
ничего другого,как основывать теорию на
косвенных доказательствах. И все-таки,
в вулканических породах, проходящих че-
рез земную кору, содержатся и такие
породы, которые происходят или из ман-
тии, или из нижнего слоя коры. Это
— гранулиты и горные породы базальто-
вого состава — амфиболиты, которые ши-
роко распространены. Поскольку базаль-
товые породы преобладают, считается,
что нижняя часть земной коры состоит из
базальтов, хотя в условиях высокой тем-
пературы и давления эти породы не могут
иметь минералогический состав базальта.
Часто нижний слой материковой коры
сравнивается с корой океанов. При более
подробном изучении земной коры мы
приходим к выводу, что существует раз-
ница в составе коры между более молоды-
ми в геологическом отношении областя-
ми, то есть областями, возникшими в те-
чение последних 600 миллионов лет, и бо-
лее старыми (например, области щитов
и платформ). Там, где кора очень древняя
(щиты), она обычно не бывает толстой
и достигает в среднем 35 километров
(расстояние от поверхности до раздела
Мохоровичича), тогда как в местах недав-
ней горнообразующей деятельности,
в местах сегодняшних складчатых rop,

290 Одним из
важнейших
образований
океанскогодна
является
срединно-океанический
хребет — разделяющая
граница океанских
плит. Горячий столб
астеносферы
проходит через
плотную литосферу
287 288 289 Горные
породы с одинаковым
химическим составом
часто имеют разные
петрографические
названия. Названия
горные породы
получают
в зависимости от того,
какие минералы
содержат. Вид породы
при изучении образца
невооруженным
глазом отличается от
того, как выглядит
петро графический
срез под микроскопом,
где хорошо видны все
составляющие его
частицы.
Базапьт-
287
магматическая
горная порода,
затвердевшая на
поверхности Земли,
амфиболит—
метаморфичее кая
горная порода -зто
базальт,
преобразованный под
влиянием
температуры
и давления. Эклогит
(на нижнем снимке)
возник путем
преобразования
амфиболита под
влиянием
исключительно
высокой температуры
и давления.
озраст в миллионах пвт
291
и образует
срединно-океаниче-
ский хребет
с центральным
желобом,
заполняемым
поднимающимися из
глубины
магм атическими
породами
базальтового состава.
210
гы
кора достигает большой толщины, часто
более 50 километров, а в некоторых мес-
тах южноамериканских Анд — даже 75
километров.
При сравнении физических и химичес-
ких свойств коры континентов и океан-
ского дна обнаруживается, что это разные
геологические единицы. Кора материков
и океанов отличается как строением, так
и химическим и минералогическим соста-
вом, о чем мы несколько раз упоминали.
Поскольку речь идет о принципиальных
геологических моментах, вернемся к ним
еще раз. Толщина океанической коры
значительно меньше, чем толщина мате-
риковой коры, и в среднем достигает
всего 10 километров. Поэтому один из
первых крупных геологических проектов
— определение структуры раздела Мохо-
ровичича с помощью прямого бурения
— проводился в океане. И хотя экспери-
мент окончился неудачно и никому еще не
удалось пробурить раздел Мохоровичича,
обнаружилось, что хорошая теоретичес-
кая подготовка и лабораторные исследо-
вания могут более дешевым путем дать
столь же ценный ответ, как и дорогое
бурение. Строение океанической коры
гораздо проще, чем материковой. Под
тонким слоем осадочных пород на океан-
ском дне лежит слой базальтовых пород,
который тоже невелик (по данным геофи-
зиков, от сотен метров до одного кило-
метра). Под этим слоем лежат породы
ультрамафического характера, что озна-
чает низкое содержание кремния и высо-
кое содержание магния и железа, которые
образуют нижнюю часть коры океанов,
а под ними находится раздел Мохорови-
чича.
Возникновение океанической коры
современная теория приписывает расши-
рению океанского дна. Собственно дрейф
материков, описанный выше, начинается
именно в результате образования новой
океанической коры (рис. 291, 292). В об-
ластях срединно-океанических хребтов
4
весь материал океанической коры (кроме
тонкого слоя осадочных пород) происхо-
дит из мантии. Было обнаружено, что
кора океанов образуется с довольно боль-
шой скоростью, примерно от 2 до 35 см
в год. На рисунке видно, что образование
океанической коры — процесс сравнитель-
но простой и нетрудный.
Медленнее, в результате длительного
геологического процесса образуется ма-
териковая кора. Насколько быстро
и просто образуется океаническая кора,
настолько же просто и исчезает, что со-
вершенно естественно: для того, чтобы
Земля не увеличивалась, материя, выхо-
дящая на поверхность (рис. 292), должна
исчезать. Доказательства ее исчезнове-
ния довольно убедительны: нигде в мире
геологи не нашли на дне нынешних морей
горные породы, имеющие больше 200
миллионов лет, что в сравнении с общим
возрастом Земли чрезвычайно мало. По-
этому считается, что более старая океани-
ческая кора „ушла" вглубь Земли, была
„поглощена" мантией. Представление
о том, как это происходит, дано на рисун-
ке.
Таким образом, история Земли гораздо
291 Когда удалось определить возраст горных пород
океанского дна, появилось еще одно доказательство
расширения океанского дна и движения океанических
плит от стрединно-океанического хребта к континенту.
На рисунке изображен Атлантический океан, где возраст
горных пород увеличивается от
Срединно-Атлантического хребта (красные оттенки)
через коричневые, оранжевые, зеленые к синим оттенкам
горных пород недалеко от континентов. Эти горные
породы самые древние.

292 В сравнении со
сложной структурой
коры континентов
строение океанской
коры очень простое:
самая верхняя часть
образована тонкими
глинистыми,
кремнистыми, иногда
н известняковыми
осаждениями (1, 2).
Мантия
Ядро
0 км
100
200
300
400
газ
500
600
~00
Под этим слоем
обычно находятся
базальтовые лавы (3).
Следующий слой
образуют горные
породы типа габбро
(4) или перидотит (5).
800
900
293 Вулканические
горные породы
информируют о тех
областях Земли,
откуда они
происходят.
Закрытые
„оливиновые гнезда"
в щелочных базальтах
свидетельствуют об
обеднении верхнего
слоя.
1000
30
3,2
3,4 3,6
плотность в гlсмз
3,8
4,0
горных пород, GS
— минералы имеют
структуру граната, РЕ
— co структурой
перорскита, П.
— силикаты со
~ó~à
ильменита.
Скорость их
распространения
меняется постепенно
и скачкообразно.
Большинство
внезапныхизменений
(разделов)
объясняются
294 Строение
верхней мантии
в настоящее время
хорошо известно
Этому способствовало
не только
экспериментальное
изучение горных
пород при высоких
давлениях
и температурах, но
и изучение скорости
распространения
сейсмических волн.
изменением
минералогического
строения материи
мантии. РА — область
частично
расплавленных
длительнее, чем это показывает дно океа-
на, она зашифрована и записана в горных
породах материковой коры.
Описывая горные породы, находящие-
ся на поверхности материков и на дне
океана, мы неоднократно указывали, что
базальтовые и другие породы происходят
из верхней части мантии. В этом слое
происходит частичное плавление горных
пород и магма оттуда попадает на земную
поверхность. Процессы, имеющие место
в верхней мантии, и движения ее материи
оказывают влияние на то, что происходит
в земной коре. Можно сказать, что воз-
никновение огромных горных массивов,
дрейф материков и движение литосфер-
ных плит начинаются именно там. Наши
знания земной коры и процессов, которые
в ней происходят, основаны на прямых
наблюдениях. Ежедневно мы можем сле-
дить за деятельностью ветра и воды,
а если удается, то и наблюдать выбросы
газа и вулканическую деятельность, пред-
ставляющую собой следствие какого-то
процесса. Это то же самое, как если бы мы
смотрели на конец конвейера, на котором
завертывается шоколад, не зная, как, соб-
ственно, он получается. К сожалению,
наша сегодняшняя техника имеет ограни-
ченные возможности, поэтому людям еще
не удалось добраться до мантии Земли,
и изучение ее строения ведется с по-
мощью нескольких косвенных методов,
человеческой сообразительности, вдум-
чивости и определенной аппаратуры.
Геофизики, изучающие слоистое сгрое-
ние нашей Земли, измеряют и оценивают
свойства верхней мантии. Это материал,
по которому сейсмические волны рас-
пространяются со скоростью, превышаю-
щей 8,3 км/сек. Ero плотность более
3,3 г. см з. Но точно его характер нам
неизвестен.
Мы не поставили вопрос о том, каково
его минералогическое и химическое
строение. Ясно, что это должен быть
материал, который при нагревании и дав-
лении, имеющем место на глубине от 50
до 400 км, образует горные породы ба-
зальтового типа. В противном случае на
Земле не было бы таких вулканических
островов, как Гаваи, Таити или Исландия.
Один из путей определения химического
состава верхней мантии — это анализ
подобных базальтовых пород.
Еще один аргумент в дискуссию о соста-
ве мантии вносят космохимики. Аргумент
этот интересен. Он исходит из того, что
Земля в целом не очень отличается от
первоначальной материи Солнечной сис-
темы — от метеоритов-хондритов. Поэто-
му состав мантии можно высчитать.
И третьим вкладом в дискуссию о том, из
чего состоит мантия Земли, является гео-
логическое доказательство. Алмазы, ко-
торые совершенно определенно возни-
кают при огромных давлениях в мантии,
происходят из горной породы, называе-
мой кимберлит, которая встречается
в Южной Африке, в Сибири и в Бразилии.
Но кроме алмазов, кимберлиты содержат
обломки других горных пород, которые
они приняли в себя по пути к земной
поверхности. Поэтому там мы можем
найти небольшие куски пород, происходя-
щих из верхней мантии. Это породы с вы-
соким содержанием железа, магния и не-
большим количеством кремния — ультра-
основные породы, как, например, дуниты,
верлиты, лерзолиты и породы группы
гранитов — перидотиты и эклогиты. Все
минералы этих горных пород верхней
мантии кристаллизовались при высоком
давлении и температуре.
Верхняя зона мантии, о которой свиде-
тельствуют приведеннные выше факты,
уходит в глубину Земли всего на 400 км.
Вся же мантия, как видно на рис. 293,
достигает глубины 2900 км. Однако то,
что находится на таких глубинах, остается
для нас тайной. О составе мантии на этих
глубинах существуют лишь косвенные
данные. Мы показали, что горные породы
земной коры, хотя и имеют одинаковый
химический состав, могут содержать раз-
ные минералы, что зависит от глубины,
давленияитемпературы, вкоторыхпоро-
да находится. То же самое относится
и к материалу мантии — здесь действуют те
же правила: по мере увеличения глубины
возрастает температура и давление, и ма-
терия йа этих глубинах приспосабливает-
ся к существующим условиям. Внутрен-
нее строение составных частиц минералов
отвечает высокому давлению, то есть
структура „сжимается", становится гуще.
Поэтому удельная плотность минералов
повышается. Об этом свидетельствуют
и лабораторные данные. При огромных
температурах и давлениях в лаборатории
создаются условия, похожие на условия,
царящие внутри Земли. Естественно, ис-
пользуются исйлючительно малые — мил-
лиграммовые — образцы пород. Результа-
ты опытов сравниваются потом с резуль-
татами распространения сейсмических
волн. Было усгановлено, что глубины, на
которых происходит увеличение скорос-
ти, хорошо сравниваются с глубинами, на
которых, в соответствии с лабораторны-
ми данными, могло бы происходить изме-
нение внутренней структуры минералов.
На рис. 294, 295 демонстрируются как
изменения скорости распространения
сейсмических волн, так и изменения
структуры минералов в глубоких зонах
Земли.
В наше время констатирование факта,
что Земля имеет ядро, никого не удивит.
г1г
г13

295 Доказательство
о существовании
жидкого земного ядра
дает распространение
сейсмических волн.
Сейсмические волны
преломляются при
переходе из одной
среды в другую,
отражаются,
а некоторые из них не
распространяются
в жидкостях. Именно
из этого факта и из
наличия тени делается
вывод о том, что по
крайней мере часть
земного ядра
находится в жидком
состоянии. А — место
298 Важными вехами
в разделении
атмосферы являются
разделы
в температуре ее
отдельных слоев.
т — тропосфера,
S — стратосфера,
М вЂ” мезосфера,
1- ионосфера.
7ОО.С.
ФФ
(200 км)
150
(600 км)
1
гипотетического
землетрясения,
 — область, где
сейсмографы
зарегнсгрировали
волны P и S, D — тень
сейсмических волн,
С вЂ” область, где
зарегистрированы
лишь волны P.
(80 км)
295
(48 км)
S
(11 км)
Т
-во -ао о а(г во 120.
296
Атмосфера
296 Геологи считают
образование земного
ядра наиболее
важным
геологическим
событием в истории
Земли. Его
возникновение,
вероятно,
сопровождалось
нагреванием всей
планеть~ и отделением
металлических н,
возможно,
сульфидных
компонентов от
силикатов (А).
Образование
металлических гнезд
(В) и их опускание (С)
до гравитационного
центра планеты
изображено так, как
это представляет
новозеландский
ученый Эльсэссер.
А вот подкрепить это констатирование
каким-нибудь доказательством значи-
тельно сложнее. Для того, чтобы дока-
зать наличие металлического и притом
жидкого ядра, следует обратиться
к оправдавшей себя дисциплине, какой
является сейсмология. Попробуем тогда
собрать те немногие аргументы, которые
говорят в пользу существования, состоя-
ния и состава земного ядра.
Основные физические данные, о кото-
рых мы уже говорили — масса Земли,
средняя плотность Земли, момент коли-
чества движения — показывают, что по
направлению вглубь Земли увеличивает-
ся количество материала, масса которого
весьма отличается от массы верхних слоев
горных пород. Это должна быть материя,
которая значительно тяжелее, чем та,
которая встречается на поверхности Зем-
ли. Даже породы, из которых состоит
верхняя мантия, не обладают такой высо-
кой плотностью, какая соответствовала
бы физическим свойствам Земли, требуе-
мым средней плотностью всего земного
шара. В промежуточной оболочке удель-
ная плотность пород составляет лишь
3,3 — 3,8 г . см з. Поэтому предположение
о наличии тяжелого ядра является, с фи-
зической точки зрения, в сущности, един-
ственным решением. И с космохимичес-
кой точки зрения, при сравнении количес-
тва элементов в метеоритах и состава
звезд следует, что Земля должна иметь
внутри гораздо больше тяжелых элемен-
тов, чем находится на ее поверхности:
например, больше железа, чем встречает-
ся в верхних горных породах и в породах
верхней мантии. Но где-то на Земле оно
должно быть. То же самое можно сказать
и о других металлах, подобных железу,
которые геохимики называют сидеро-
фильными, поскольку они ведут себя по-
добно железу. К ним относятся металлы
платиновой группы, которые тоже отсут-
ствуют в верхнем слое Земли по сравне-
нию с метеоритами. Таким образом желе-
зо является самым подходящим кандида-
том: оно обладает высокой плотностью,
и в Космосе и на Земле его достаточно
много.
Доказательство о наличии ядра исходит
от сейсмологии, из изучения распростра-
нения сейсмических волн при прохожде-
нии через Землю. Доказательство было
получено в начале нашего века. Граница
между мантией и внешним ядром лежит на
глубине 2900 км. Ее называют разделом
Вайхерта-Гуттенберга. Она значительно
выразительнее, чем граница между зем--
ной корой и мантией (раздел Мохорови-
чича). Здесь происходит сильное изгиба-
ние и отклонение сейсмических волн.
А волны одного типа, так называемые
S-волны, через эту границу даже не про-
никают. Именно это и является доказа-
тельством, что внешняя часть ядра нахо-
дится в жидком состоянии, поскольку S-
волны в жидкости не распространяются.
Но это не последнее слово геологов,
геофизиков и геохимиков о состоянии
и составе ядра. Лабораторные опыты, во
время которых в течение более длитель-
297 Объем атмосферы более чем в два раза превышает
диаметр Земли. Для человека имеет значение лишь самый
нижний слой атмосферы, которым мы дышим. В- зона
кислорода и азота, С вЂ” зона кислорода, D — зона гелия,
Š— зона водорода, F- зона межпланетного газа.
Химический состав нижнего слоя иной, чем состав самых
отдаленных слоев, мест, где Земля (А) соприкасается
с межпланетным пространством.
ного времени проверялись физические
условия, существующие на границе ман-
тии и внешнего ядра, то есть на глубине
2900км, удалось провести пока лишь
в отдельных случаях и на короткий пери-
од, поэтому геологи надеются на изучение
явлений, имеющих место при крупных
взрывах. Итак, внешнее ядро является
жидким, тогда как внутренняя часть—
субъядро, называемое ядрышком, ве-
299
роятно, твердое. Но само железо не имеет
соответствующих свойств, поэтому пред-
полагается, что в земном ядре присут-
ствует еще один металл — никель, а неко-
торые ученые полагают, что там есть еще
довольно значительное количество (око-
ло 10 — 20 %) металлического кремния.
При этом проводится сравнение с метал-
лическими метеоритами, которые, поми-
мо железа, содержат значительное коли-
чество никеля. А поскольку весьма воз-
можно, что железные метеориты явля-
ются остатками какой-то небольшой,
распавшейся или разбитой в результате
столкновения планетки (результат столк-
новения в Космосе), мы считаем, что
и Земля обладает железно-никелевым
ядром. Однако ответ на эти вопросы уче-
ные смогут получить только в будущем,
сначала экспериментальным путем в ла-
боратории. Может быть, удастся скон-
струировать и такую аппаратуру, которая
проникнет в фантасгические глубины
мантии или даже в само ядро.
Земная кора, мантия (верхняя и ниж-
няя) и ядро (внешнее и внутреннее), кото-
рые мы разобрали, представляют собой
214
215

299 Изменчивость
и разнообразие нашей
планеты
иллюстрирует карта,
на которой указано
количество осадков,
выпадающих
в отдельных областях
Земли.
1 — размер пустынь
и полупустынь
2 — меньше чем
250 мм в год
3-250-500 мм в год
4- 500-1000 мм в год
5- 1000-2000 мм в год
6 — больше чем
2000 мм в год
300 На границе
фронта возникает
пестрая смесь
разнообразных
облаков
взакономерной
последовательности
и на определенной
высоте. Прогноз
погоды на основании
туч и облаков—
старый и надежный
метод.
301 Изменения
погоды происходят
обычно в месте
столкновения
холодного и теплого
воздуха. Водяные
пары конденсируются,
превращаются в капли
и выпадают в виде
дождя. Фронтальная
граница тянется на
большое расстояние
и сопровождается
характерной
облачностью.
217
216
твердые слои Земли. Перейдем теперь
к атмосфере — слою, который трудно
видеть, но который имеет решающее
влияние на жизнь на Земле. Именно эта
среда обусловливает наше существо-
вание.
Атмосфера, как и земная кора, является
продуктом дистилляции — развития ман-
тии. Возниклаона,вероятно,одновремен-
но с земной корой, поэтому атмосферу
можно назвать ее побочным продуктом.
Некоторые ученые даже считают атмос-
феру составной частью коры. В ходе
геологического времени развивалась
и атмосфера. На ранних стадиях развития
Земли атмосфера имела иной состав, чем
сегодня — в ней, вероятно, отсутсвовал
свободный кислород. Геологи даже счи-
тают возникновение атмосферного кис-
лорода за веху в истории Земли. „Кисло-
родный взрыв", имевший место более
двух миллиардов лет тому назад, вызвал
колоссальное развитие жизни на Земле.
При изучении и описании земной коры,
мантии и ядра мы анализировали их со-
став, строение и структуру. Точно так же
можно описать и атмосферу. Но если мы
будем использовать геологические крите-
рии, то возникнут трудности, Геологичес-
кие процессы в земной коре и мантии,
хотя и имеют динамичный характер, а са-
ма кора изменяется, но все это происходит
в течение длительных периодов времени.
Атмосфера же меняется каждый день
и гораздо резче. Она образует связующее
звено между космическим пространством
и Землей. Поэтому большинство косми-
ческих влияний (например, солнечное из-
лучение, солнечный ветер, поток заря-
женных частиц из Космоса) проявляются
в атмосфере. Излучение здесь тормозит-
ся, поглощается. Таким образом атмосфе-
ра образует защитный покров Земли. На
атмосферу оказывает влияние и человек.
К сожалению, это влияние имеет отрица-
тельный характер: человек загрязняет

305 По мере развития
индустриализации
возрастает влияние
человека на процессы,
происходящие на
Земле. Опасное
загрязнение газовыми
выбросами вызывает
образование
„микроклиматов". На
рисунке показано
возникновение
„тепличного
эффекта", когда
атмосфера сильно
нагревается и смог
оказывает
неблагоприятное
amaze на погоду:
наряду с перегревом
образу~отси
конденсационные
центры образования
тумана.
Гидр осфера
302 Облачность типа
„кумулус" внутри
теплого фронта
типична для летней
погоды.
303 Низкая
облачность,
образованная
облаками типа
„стратус", обычно
сопровождается
дождем. Она
возникает прямо на
фронтальной границе.
304 Высокая
облачносгь типа
„цнррус"
предсказывает
изменение погоды.
Фронтальная граница
еще находится на
расстоянии
нескольких сотен
километров.
219
218
атмосферу углекислым газом, соедине-
ниями серы и азота, пылевыми частица-
ми. Некоторые ученые считают, что сни-
жение температуры в северном полуша-
рии за последние 25 лет почти на 0,5'
Цельсия человек вызвал сам. Эта величи-
на может показаться незначительной, но
даже столь малый сдвиг в температуре
может оказать влияние на сельскохозяй-
ственную продукцию путем сокращения
вегетационного периода.
Мы уже упомянули о кислороде, как
существенной и важной составной части
атмосферы. Он образует 20,9 % нижней
части атмосферы. Приблизительно три
четверти атмосферы состоит из азота
(78,08 %). Остальная часть приходится на
аргон (0,93 %) и углекислый газ (0,33 %).
Других газов в атмосфере так мало, что
при нашем разборе их можно оставить
в стороне. Все указанные составные части
(кислород, азот, аргон, углекислый газ)
образуют 98,8% атмосферы. Эту смесь
мы называем воздухом. Было установле-
но, что атмосфера в таком составе дости-
гает высоты 88км. Водорода в самом
нижнем слое атмосферы действительно
очень мало, поскольку он так легок, что
без труда уходит в межпланетное про-
странство.
Если по направлению к центру Земли
температура возрастает, то по мере уве-
личения высоты температура воздуха по-
нижается. Уже на высоте 10 — 12 км, где
летают реактивные транспортные само-
леты, температура очень низка, порядка
— 50' Цельсия. Выше, до 30 км, подни-
маются исследовательские зонды, однако
здесь температура не только не пони-
жается, но даже она выше, чем на высоте
10 км. Самая низкая температура в атмо-
сфере была обнаружена на высоте
80 — 90 км.
В соответствии с температурой, соста-
вом и физическими свойствами атмосфе-
ру можно разделить на разные слои. Тро-
посфера — это область, лежащая между
поверхностью Земли и высотой в 11 км.
Это довольно толстый и густой слой,
содержащий большую часть водяных па-
ров, находящихся в воздухе. В ней имеют
место почти все атмосферные явления,
которые непосредственно интересуют
жителей Земли. В тропосфере находятся
облака, атмосферные осадки и т. д. Тем-
пература здесь снижается с каждым кило-
метром высоты примерно на 6,5' Цель-
сия. Естественно, что с высотой снижает-
ся и давление воздуха. Поэтому на этом
принципе созданы приборы для измере-
ния высоты — высотометры, которыми
пользуются геологи при работе в горах,
летчики в спортивных самолетах и т. д.
Слой, отделяющий тропосферу от сле-
дующего атмосферного слоя — стратосфе-
ры, называется тропопауза. Это область
весьма низких температур. Толщина это-
го слоя неодинакова. Ниже всего от по-
верхности Земли тропопауза находится
в области Северного и Южного полюса,
тогда как на экваторе — выше всего.
Стратосфера представляет собой следую-
щую область низких температур. Ее со-
став такой же, как и тропосферы, но в ней
возникает и концентрируется озон (трех-
атомная форма кислорода). Слой озона
исключительно важен для жизни на Зем-
ле. В последнее время о нем ведутся
многочисленные дискуссии, поскольку
озон абсорбирует большую часть ультра-
фиолетового излучения, падающего на
Землю. Без этого слоя мы бы быстрее
загорели, но ультрафиолетовое излуче-
ние убило бы большую часть жизни на
нашей планете. Когда было обнаружено,
что озоновый слой уничтожают фтороуг-
лероды (вещества, содержащиеся, напри-
мер, в распылителях), ученые стали бить
тревогу. Стратосфера — сравнительно
спокойная область, в отличие от более
низко лежащих слоев атмосферы. Так,
здесь почти не бывает воздушных пото-
ков, обычных для тропосферы, лишь в ис-
ключительных случаях происходит пере-
мешивание отдельных слоев стратосфе-
ры. Облака в этой части атмосферы — ис-
ключительное явление.
Ионосфера, то есть ионизированный
слой воздуха, образуется как в тропосфе-
ре, так и в более низких слоях. Она
отражает высокочастотные радиоволны
(например, короткие волны). Ионизация
воздуха вызывается солнечным излуче-
нием, в частности, гамма, рентгеновским
и ультрафиолетовым излучениями, по-
этому граница ионосферы меняется в те-
чение суток. В течение дня ионизирован-
ный воздух образуется в нижних слоях
атмосферы. Короткие радиоволны от
этих слоев отражаются, поэтому не могут
распространятся на большие расстояния.
По этой причине днем слышно так мало
радиостанций, работающих в этом диапа-
зоне. Ночью, когда граница ионосферы
поднимается очень высоко, радиоволны
отражаются от высших слоев и могут
распространяться на большие растстоя-
ния. Именно тогда и можно слышать
самые отдаленные радиостанции.
Говорить о гидросфере как о жидком
слое Земли — неточно, ибо к гидросфере
относится и вода, находящаяся в порах
горных пород, а также, вода, которая
в настоящее время находится в твердом
состоянии в виде льдов Арктики и Ан-

306 Наши
го воды с суши, а испарение невелико. Их
соленость (например, Балтийское море)
низка, в других морях (Красное море), где
испарение значительно сильнее, а с суши
вода не поступает, соленость воды очень
велика, вода здесь только испаряется,
а обмен с другими морями весьма огра-
ничен.
Из этого ясно, как возникает соленость
представления о том,
что море дает
большую часть влаги
для дождя, падающего
на сушу, не совсем
точные. Только 27 %
осадков над сушей
имеет морское
происхождение
н снова стекает в море.
Южная Ирландия
Ньюфаундленд
,14
308 Профиль между
Северной Америкой
и Европой показывает
распределение
температуры
в океане: синий цвет
обозначает самые
Ом
1ООО
низкие значения,
красный и оранжевый
— более высокие
значения. Хорошо
виден Гольфстрим
(слева вверху).
Срединно-океанический
хребет имеет вид
могучего
горообразования.
2000
зооо
4000
суша 149 000 000 кмг
море 361 000 000 кмг
зов
5000
зов
тав морской воды. Каждый знает, что
морская вода соленая на вкус, и что это
вызвано присутствием в ней поваренной
соли — хлористого натрия. Из 100 % рас-
творенных в ней соединений 77,7 % при-
ходится именно на хлористый натрий.
Морская вода также горчит, что вызы-
вают соли магния, как, например, хлорид
магния, которого содержится 10,8 % от
общего количества содержащихся в мор-
ской воде солей. Сульфат магния придает
ей неприятный привкус. Его содержание
— 4,7 %. Далее, в ней присутствует суль-
фат кальция (который при конденсирова-
нии воды превращается в гипс ангидрит),
сульфат калия, углекислый кальций
и бромиды. Других соединений в морской
воде незначительное количество, а в об-
щем морская вода содержит почти все
известные, встречающиеся в природе эле-
менты. Количество солей, растворенных
в морской воде, называется соленостью. зов
Соленость морской воды не одинакова,
однако в среднем в ней содержится на
1000 частей 35 частей соли. Существуют
моря, в которые вливается довольно мно-
зо7
307 Карта Европы
в период последнего
ледникового периода
(25 тыс. лет тому
назад). Северная
Европа покрыта
ледником ($),
большинство
Хвойные леса (2)
и степи (4)
дорисовывают
картину тогдашней
Европы.
35 г
континента занято
холодной северной
тундрой (3) и только
на юге в то время
росли обширные
лиственные леса (1).
965 r
309 Haдиаграмме
показан состав
морской воды. В 1 кг
морской воды
находится в среднем
35 г минеральных
веществ.
220
221
тарктики и высокогорных континенталь-
ных ледников. Если же понятие гидросфе-
ры органичить соленой водой морей
и океанов, то и в этом случае термин был
бы не точным, но мы были бы ближе
к правде. Эта вода составляет 97 % объе-
ма гидросферы. О ее значении для жизни
на Земле каждый будет говорить иначе:
рыбаки и жители прибрежных областей
будут подчеркивать значение рыбной
ловли, жители пустынь будут говорить
о важности резервуаров для питьевой
воды и т. д. По своему происхождению
гидросфера связана с образованием зем-
ной коры и является побочным продуктом
этого процесса. Кажется невероятным,
что вся вода океанов, как и весь атмо-
сферный воздух, происходят из недр Зем-
ли. Они возникли в результате дистилля-
ции мантии, что было убедительно дока-
зано в 50-е годы нашего века. При вулка-
нической деятельности образуются новые
порции так называемой ювенильной во-
ды, поступающей в гидросферу (то есть
такой воды, которая еще не прошла гид-
рологическим циклом и с момента во-
зникновения Земли находилась в связан-
ном состоянии в мантии). Составной
частью гидросферы является также вода
атмосферы — водяные пары. Каждая мо-
лекула воды в атмосферной влаге нахо-
дится в атмосфере в среднем около трех
недель, после чего становится составной
частью собственно гидросферы. Вода
конденсируется, падает на Землю, впиты-
вается почвой, попадает в водотоки — по-
токи и реки, течет в море, в океан, после
чего круговорот, называемый гидрологи-
ческим циклом, повторяется. Это извест-
но уже из учебников естествознания:
длинный путь молекул воды через атмо-
сферу, почву и реку. Гармония климати-
ческих условий на Земле — испарения
и конденсирования воды — достигается на
границе между земной корой, гидросфе-
рой и атмосферой. Связанная вода, ее
испарение, а также конденсация в ледни-
ках представляют самые лучшие регуля-
торы температурного баланса на Земле.
В гидросфере и ее проявлениях так сохра-
няется избыточное тепло и „избыточный
холод". Это равновесие весьма субтильно,
и люди на него слишком надеются, но
очень мало делают для того, чтобы его
сохранить. Так, например, они строят
города на побережьях, хотя достаточно,
чтобы при небольшом потеплении на зем-
ном шаре растаяли ледники в полярных
областях (а в ледниках связано около 3 %
объема гидросферы), чтобы начала под-
ниматься вода в океанах (если бы растая-
ли все ледники, вода в Мировом океане
поднялась бы на бО м). Нагревание Земли
люди могут вызвать и увеличением за-
грязнения атмосферы, что, в свою оче-
редь, может вызвать тепличный эффект,
подобный существующему на Венере.
При разборе отдельных слоев Земли
— ядра, коры и мантии — мы интересова-
лись их составом и структурой. 'У гидро-
сферы эти черты кажутся более просты-
ми, поскольку речь идет все время о воде.
И все же ее состав очень сложен и измен-
чив. Возьмем, например, химический сос-
Саг' К+ Mgã+ SO г-
15% 15% 37% 77%

Европа
310 Еслибымы
сгояли на
Африка
Антарктика
311 Подпочвенная
вода заполняет
в горных породах
трещины и впадины
(А, В), а также поры
(С, D, Е). В левой
половине рисунка
видна проницаемость
сланца через
трещины. Выходящие
здесь источники
называются
трещиновыми (1). Под
сланцами лежит
известняк, где вода
протекает в пещерах
и кавернах. Такие
источники
американском
континенте
и смотрели
в направлении
Африки
и одновременно
видели дно океана, то ф
нам представилась бы ~4~
Ф
такая картина
распределения теплой
и холодной воды
в Атлантическом
океане: справа
находится
Антарктика, слева
— Гренландия,
А — Центральное
антарктическое
течение,
В -Северное
полярноетечение,
С вЂ Антарктическ
нижнее течение.
называются
карстовыми (2).
Примером пористой
проницаемости
является осыпь на
откосах или речная
галька. Из осыпи
60' 60' 40' 30' 20' 10' О' 10' 20' 30' 40' 50' 60' 70' 80'
поверхностныв течения ~ поверхностные
40-1 50 см/сек ° Я течения
6-40 см/сек
цифры, означающие скорость
о течения в см/свк
З10
называются
артезианскими (4).
Если проницаемый
слой перерезан
долиной,
подпочвеннаявода
свободно вытекает из
него через слойный
источник (5).
л'/
4
,к
морской воды. Дождевая вода, о которой
можно думать, что она „самая пресная",
содержит растворенный углекислый газ,
двуокись серы и друтие соединения.
В сущности, это очень слабая кислота.
Когда такая вода соприкасается с горны-
ми породами на земной поверхности, она
вступает с ними в реакцию, и таким путем
в нее попадают другие вещества — натрий,
калий, кальций, алюминий и железо. По-
этому даже самая пресная речная вода,
вливающаяся в море, содержит опреде-
ленное, хотя и небольшое, количество
растворенных веществ. В море вода испа-
ряется, сгущается, поэтому морская вода
имеет большую удельную плотность, чем
пресная, в ней легче держаться на поверх-
ности. Другое интересное явление заклю-
чается в том, что при соприкосновении
морской воды с пресной, морская вода
опускается, поэтому в устьях крупных рек
море на поверхности бывает менее соле-
ное, чем на глубине. Естественно, содер-
жание соли оказывает влияние и на точку
замерзания морской воды. Соленая вода
замерзает при температуре на 1,5' Цель-
сия более низкой, чем пресная вода.
Температура и соленость морской воды
определяют и структуру океанов — ги-
дросферы. При низкой температуре — для
пресной воды при 4' Цельсия — вода
обладает максимальной плотностью. По-
этому около океанского дня вода имеет
эту температуру. На эту воду оказывают
влияние совершенно иные течения и дви-
жения, чем те, которые нам известны по
картам. Верхний слой воды до глубины
100 м легко перемешивается под влия-
нием ветра и волн и ведет себя иначе, чем
вода на больших глубинах, на которую
уже не воздействует атмосфера. Эквато-
риальные воды на поверхности самые
теплые — их температура достигает в сред-
нем 24 — 25' Цельсия, тогда так в поляр-
ных областях вода замерзает. Температу-
ра же воды у дна океана как в эквато-
риальных областях, так и в полярных
областях одинакова. В воде растворены
некоторые газы: кислород, азот, углекис-
лый газ. Их количество зависит от ряда
факторов: глубины, темиературы и при-
сутствия живых организмов, жизнь кото-
рых зависит от потребления кислорода,
азота (денитрификационные бактерии)
и серы (бактерии, редуцирующие серу).
Если сравнить количество воды, которой
располагают для потребления люди, с об-
щим объемом и массой гидросферы, то
полученный результат выглядит почти
устрашающе. Человек может легко ис-
пользовать лишь ее незначительную
часть. Так, во всех пресноводных озерах
находится всего 0,006 % всей воды, в ре-
ках и потоках — лишь 0,0001 %. В сравне-
нии с этими средними цифрами количес-
тво воды, находящееся под землей, колос-
сально — 0,31 %, что составляет 4,2 . 10"
кубических метров воды. Это количество
содержится в горных породах, залегаю-
щих до глубины около 700 м. Такое же
количество воды содержится и на боль-
шей глубине, вероятно до границы между
земной корой и мантией. Буры, проник-
щие на глубину почти 10 км, наткнулись
на горные породы, которые и на такой
глубине содержат в порах воду.
Считается, что пресная питьевая вода
не должна содержать более 1 грамма
растворенных веществ в 1 литре. Это
такая вода, которая течет из водопровод-
ного крана. Если таких веществ больше,
тогда речь идет или о минеральной воде,
или о технической, загрязненной воде.
Среднее содержание соли в морской воде
составляет 3,5 %, что означает 35 грам-
мов в 1 литре, но одни моря более соле-
ные, другие — „преснее". Так, Балтийское
море содержит от 0,3 до 2 % растворен-
ных веществ, Черное — от 1,3 до 2,5 %,
а Средиземное — уже от 3,6 до 3,95 %.
вытекают осыпные
источники (3). Из
речных наносов
питьевую воду
получают в колодцах
(6). Во многих
домашних колодцах
мелкаяподпочвенная
вода скапливается из
выветренной,
распавшейся скалы
(7). Иное положение
складывается, когда
в непроницаемых
горных породах
заключен
проницаемый слой
(правая часть
рисунка). Вода здесь
находится под
давлением и, если
найдет путь на
поверхность, бьет
фонтаном. Такие
источники
222
з11
ггз

312 Обдукция — один
из сравнительно
редких случаев
столкновения двух
плит. В отличие от
субдукции, когда
океанская плита
погружается под
континентальную
плиту, в случае
обдукции океанская
плита надвигается
сверху на
континентальную
(черная). 1 — базальт,
2 — габбро,
3- перидотиты.
Явление хорошо
видно у восточного
побережья Папуа:
P Òèõîîêåàíñêàÿ
плита, NB—
глубоководный
желоб у Новой
Британии, IA—
Индоавстралийская
плита.
з1г
Самое соленое море — Красное — содер-
жит 3,8 — 4,15 % растворимых веществ.
На географической карте хорошо видны
моменты, оказывающие влияние на соле-
ность воды: в Балтийское море впадает
много пресных рек, а поскольку это море
расположено в северной части, испарение
здесь невелико. В Красное море впадает
мало рек, а испарение вблизи экватора
велико.
Огромно количество воды, испаряюще-
еся из морей. Если бы прекратился есте-
ственный круговорот воды в природе, то
за 1000 лет испарилось бы 26% всей
воды, а это значит, что из Европы в Ис-
ландию или из Австралии в Азию можно
было бы пройти пешком. Но до тех пор,
пока в атмосфере Земли не произойдут
какие-либо серьезные изменения, будет
продолжаться конденсирование испарив-
шейся воды, которая снова попадет в ре-
ки, питающие океаны.
Дождевая вода, содержащая углекис-
лый газ и, следовательно, представляю-
щая собой угольную кислоту, является
прекрасным растворителем. В ней не
только хорошо растворяется соль, но и ве-
щества, которые на первыйвзглядкажутся
нерастворимыми. Например, известняк.
Он растворяется хотя и медленно, но до-
вольно легко. Для возникновения мор-
ской воды важно и то, что дождевая вода
растворяет некоторые элементы, содер-
жащиеся в выветренных минералах, на-
пример, в обычных полевых шпатах, при-
сутствующих в выветренных горных по-
родах и содержащих, помимо кремния,
алюминия и кальция, определенное коли-
чество натрия. Именно это незначитель-
ное количество растворенного натрия
пресная вода несет в море. Кроме натрия,
в море попадает много других соединений.
Преобладают кальций и карбонатные ио-
ны, их количество во много раз превы-
шает количество натрия, приносимого ре-
ками. Так мы подошли к кажущемуся
парадоксальным явлению: морская вода
должна была бы быть кальциевой
и отнюдь не соленой — а это не так.
Кальций в воде не остается так долго, как
натрий.
Геохимики употребляют термин „время
нахождения". В приложении к морской
воде он означает время, которое проходит
между „приплытием" среднего атома-ио-
на определенного элемента (кальция, на-
трия) в морскую воду и его осаждением
в виде „твердого" вещества. А поскольку
кальций быстро используется живыми ор-
ганизмами для строительства их тел (мол-
люски, ракушки, кишечнополостные),
время его пребывания в морской воде
сравнительно коротко. То же самое мож-
но сказать и о других растворенных ве-
ществах, об алюминии, титане, хроме
и железе, которые осаждаются и обра-
зуют на дне моря новые минералы. Расче-
ты показали, что эти элементы остаются
в морской воде всего несколько сот лет.
Зато хлор и натрий — единственные два
элемента, входящие в состав морской во-
ды, „время нахождения" которых в ней
составляет около 100 миллионов лет. Та-
кова причина, по которой море соленое,
а не железистое или кальциевое, хотя эти
соединения, растворенные в пресной воде,
в него попадают.
Самые большие запасы пресной воды
скрыты в ледниках, но людям они пока не
приносят много пользы, ибо получение
воды из них обходится дорого и большин-
ство стран не имеет для этого средств.
Пресная вода получается иными способа-
ми: тут она вытекает из Земли сама,
в другом месте ее нужно выкачивать.
Вода под поверхностью Земли имеется
почти всюду — в трещинах горных пород,
в их порах. Поэтому для получения воды
имеют такое значение пористые породы,
как, например, песчаник или конгломе-
рат. На рисунках видно, где и как присут-
ствует вода под землей, и где ее искать.
Качество воды, в особенности в про-
мышленных районах и в областях с интен-
сивным земледелием, создает множество
трудностей. Если качество воды хорошее,
обычно им люди не занимаются. Но в тот
момент, когда вода оказывается сильно
загрязненной или отдает дезинфекцион-
ными средствами, мы начинаем понимать,
что такое хорошая вода. Не всякую прес-
ную воду можно пить. Так, не годится
дождевая вода: хотя в результате дистил-
лирования через атмосферу она очень
чистая, но в то же время очень мягкая,
поскольку почти не содержит растворен-
ных минералов; Однако в ней содержится
растворенный углекислый газ и в момент
соприкосновения с почвой и горными по-
родами ее характер меняется. В ней рас-
творяются минеральные вещества. Такая
вода уже больше подходит для питья.
Обычно это бывает легко растворяю-
щийся кальций. Чем больше в воде рас-
творено минеральных веществ, тем она
жестче. Слишком жесткая вода имеет
свои отрицательные свойства, при про-
мышленном использовании ее нужно
обрабатывать. Но вода может содержать
и другие ионы, помимо кальциевых. Не-
которые могут быть даже опасными (на-
пример, азотнокислые ионы, попадаю-
щие в воду из минеральных удобрений).
Если питьевая вода содержит соединения
свинца или-ртути, она превращается в по-
стоянно действующий яд.
Вулканы создают материко-
вую и океанскую кору
Если бы не было исследований, прове-
денных в течение последних двух десяти-
летий, мы бы до сих пор считали, что
океанское дно состоит из таких же горных
пород, как и материковая кора — из магма-
тических извержений и осадочных пород
на местах, бывших ранее сушей. Альфред
Вегенер и много других геофизиков пыта-
лись еще в первые десятилетия нашего
века доказать на основе далеко не точных
гравиметрических данных, что состав
океанического дна может отличаться от
состава материковой коры. Естественно,
осадочные породы встречаются и там, но
отнюдь не в таком количестве, как можно
было бы ожидать. Это объясняется в пер-
вую очередь тем, что океанические впади-
ны не такие старые, как материки. Ведь
отдельные части океанов до сих пор во-
зникают в результате вулканической дея-
тельности и вполне вероятно, что это
будет продолжаться и в будущем.
Существует много доказательств вул-
канической деятельности на дне океанов.
Самое главное предоставляют вулкани-
ческие горные породы, являющиеся ос-
новной материей, образующей дно океа-
нов. Буровые установки, имеющиеся на
океанографических кораблях, помогли
получить образцы современных вулкани-
ческих пород, а также провести измере-
ния, доказывающие, что вулканическая
деятельность на дне океана не представ-
ляет ничего исключительного. И неглу-
бокие землетрясения, сопровождающие
вулканическую деятельность, доказы-
вают то, что посреди океана, на срединно-
океанических хребтах происходят интен-
сивные геологические процессы, о кото-
рых геологи 30 — 50 лет тому назад не
имели никакого представления.
Горные породы океанского дна — так
называемые глубоководные базальты
— весьма невзрачны и неинтересны.
Обычно они бывают плохо выкристалли-
зованными, поскольку при излиянии на
океанское дно они резко охлаждаются
(часто образуются так называемые по-
душечные лавы). Кроме того, они содер-
жат большое количество стекла, которое
позднее легко подвергается изменениям,
вызываемым морской водой.
224
225

313 Классификация
магматических
КИСЛЫЕ
(ЗЮа ллюс 65 %)
НЕЙТРАЛЬНЫЕ
(ЗЮа 52-65 %)
ОСНОВНЫЕ
(Зюа 42-52 %)
УЛЬТРАОСНОВНЫЕ
(ЗЮ минус42%)
горных пород
основана на их
тра хит
химическом
и минералогическом
составе. Химический
состав породы дан
в момент ее
образования, тогда
какминералогический
определен местом
и способом
ли крит
лиларит
риода
аагитит
кристаллизации
в земной коре. Одна
и та же горная порода
может иметь
несколько разных
названий
в зависимости от того,
кристаллизовалась ли
она на большой
глубине, неглубоко
под поверхностью или
излилась на земную
поверхность, где
быстро затвердела.
з1з
ггб
гг7
Химические анализы вулканических
пород морского дна показывают, что их
с трудом можно отличить друг от друга:
незначительную разницу можно найти
лишь на основании анализа изотопов от-
дельных элементов и в содержании неко-
торых микроэлементов. Одинаковый сос-
тав имеют горные породы из разных
частей Мирового океана — из Индийского,
Атлантического или Тихого. Поскольку
различия между ними действительно не-
значительные, геологи полагают, что
процессы, ведущие к образованию гор-
ных пород в срединно-океанических хреб-
тах во всех океанах одинаковы. В лабора-
тории удалось доказать, что они возни-
кают в результате плавления горных по-
род верхней мантии. Когда магма подни-
мается к поверхности Земли, она диффе-
ренцируется в неглубоких магматических
полостях и потом поступает на океанское
дно. Однако нельзя сказать, что здесь
образуются исключительно базальты.
Некоторые из них кристаллизуются не-
глубоко под поверхностью, а иногда попа-
дают на поверхносгь и другие горные
породы из верхней мантии. Так что строе-
ние и состав горных пород океанского дна
несколько сложнее. Здесь встречаются
ультраосновные породы, как, например,
перидотиды, дуниты, верлиты и другие,
самые разнообразные комбинации оливи-
на, пироксена и шпинелей. Эти породы
сопровождают базальты. Изучение гор-
ных пород морского дна довольно затруд-
нительно, поэтому геологи, стремящие-
ся выяснить состав и процессы, проходя-
щие в нем, широко используют геофизи-
ческие данные.
В некоторых местах земного шара на
современной суше были обнаружены,
„обрывки" океанской коры, куски океан-
ского дна. То, как они попали на сушу,
объясняет рисунок: они туда были надви-
нуты. Такие куски океанского дна были
обнаружены на острове Кипр в Средизем-
ном море, на острове Папуа в Новой
Гвинее, в Альпах и на Урале. Геологи эти
горные породы интенсивно изучают не
только потому, что они показывают, как
развивалось океанское дно, но и потому,
что в них встречаются никель, хром,
медь. Ученые их называют офитовыми
комплексами. А поскольку в офито-
вых комплексах встречаютсв также оса-
дочные породы, возникшие на дне глубо-
ких морей, они считаются доказатель-
ством того, что океанская кора может
1
в результате длительных геологических
процессов, передвижений и наползаний
стать составной частью континентов.
Горные породы
переходной зоны
от океана к материку
На карте Тихого океана видно, что его
побережье окаймлено вулканами. Начать
можно с Новой Зеландии, продолжать
через Тонго и Кермадекские острова,
Фиджи, Новые Гибриды, Соломоновы ос-
трова, Новую Гвинею, Филиппины, Япо-
нию, далее через Курилы, Камчатку
и Алеутские острова перейти на западное
побережье США и через Центральную
Америку спуститься до Южноамерикан-
ских Анд, потом через Южные Сандвиче-
вы острова достичь Антарктики. В более
старых геологических публикациях даже
встречается термин „огненное кольцо"
Тихого океана, в работах, написанных
позже, употребляется термин „андезито-
вая линия", поскольку считалось, что все
вулканы образованы вулканическими
горными породами — андезитами.
Как уже было отмечено в предыдущей
главе, вулканическая деятельность на
среднинно-океанических хребтах сопро-
вождается землетрясениями. То же самое
происходит и в районе Тихого океана
— будь то на островах или на окраинах
материков. Там происходят мелкие и глу-
бокие землетрясения. Тщательные изуче-
ния и точные измерения эпицентров
землетрясений показывают, что эпицен-
тры создают большую тектоническую по-
верхность, называемую по имени ее
открывателей зоной Вадатти-Бениоффа,
направленную под углом от океана под
материк. Вдоль нее происходят не только
колоссальные передвижения континен-
тальных и океанских плит, но и возникает
магма и вулканические породы. И если
деятельность вулканов в срединно-океа-
нических хребтах остается скрытой
огромными массами воды (за исключе-
нием небольших точек, как, например,
Исландия и ее окрестности), вулканы,
окаймляющие Тихий океан, представ-
ляют собой ero опасное украшение.
Горные породы, встречающиеся в райо-
нах тихоокеанских островных дуг, значи-
тельно разнообразнее, чем породы океа-
нической коры. Сравнительно простой

314 Огненное кольцо
Тихого океана.
Тихоокеанская плита
(Р), плита Назца (N)
и Кокосовая плита (С)
двигаются от
океанического хребта
к континентам, где
погружаются
и частично плавятся.
316
315 Соприкосновение
двух океанских плит
06Ð63)'eT островную
дуту — длинную цепь
вулканических
островов.
К характерным
чертам относится
глубоководный желоб
в месте погружения
и возникновение
магматических
горных пород в месте
сиорикосновения
состав горных пород океанской коры и их
химический состав сменяет богатая шкала
пород тихоокеанских дуг и активных ма-
териковых областей. Здесь встречаются
как простые базальтовые породы (очень
похожие на горные породы срединно-
океанических хребтов), так и андезиты
— магматические породы с повышенным
содержанием кремния и более низким
содержанием железа и магния, чем в ба-
зальтах.
Вулканическая деятельность в районах
тихоокеанских островных дуг и окраин
материков сопровождается кристаллиза-
цией вулканических пород под поверх-
ностью. Так возникают плутонические
горные породы, иногда сопровождаемые
рудными жилами. Например, большин-
ство меди добывается из распыленных
месторождений, встречающихся только
в местах современной или недавней вулка-
нической деятельности в этих районах.
Подобно тому, как на континентах бы-
ли обнаружены „обрывки" океанского
дна со всеми сопровождающими его гор-
ными породами, на них можно найти
и горные породы, встречающиеся в мес-
тах вулканической деятельности тихо-'
океанских островных дуг и окраин мате-
риков. Канадские геологи, изучающие од-
но из древнейших образований в мире
— Канадский щит, утверждают, что в пе-
риод его возникновения — примерно 2 — 3
миллиарда лет тому назад, на месте сего-
дняшней Канады — стабильного конти-
нентального щита — существовали усло-
вия, похожие на наблюдающиеся ныне
в районе тихоокеанских островных дуг.
Остатки горных пород, характерных для
этого района, геологи находят почти во
всех концах мира, в складчатых горах
и в стабилизированных частях коры. По-
скольку этот тип вулканической деятель-
ности обычно сопровождается поднятием
гор — орогенезом, все эти горные породы,
от базальтов до андезитов, называются
орогеническими вулканическими горны-
ми породами.
Причиной возникновения этих пород
в прошлом занималось много геологов
и геофизиков, изучавших их минералоги-
ческие и химические свойства. Ученые
пытались создать в лаборатории условия
их возникновения и пришли к заклю-
чению, что они возникают на сравнитель-
но большой глубине путем плавления
горных пород в верхней мантии,
(100 — 200 км), а также в результате плав-
ления горных пород океанических плит
— литосферы, которая на эту глубину
попадает вследствии субдукции — погло-
щения. Температура на этой глубине до-
стигает 1000' Цельсия. Поскольку плавя-
щиеся горные породы содержат также
воду, процесс плавления проходит легче.
Добавление воды в магму при высоком
давлении снижает точку плавления.
Именно обыкновенная вода вызывает
такие сильные взрывы вулканов. Она же,
при благоприятных условиях, играет
главную роль в формировании рудных
жил.
316 Рисунок показывает основные геологические
формы магматических горных пород: 1 — батолит илн
плутон, 2 — плутон посыпает струю магматическнх пород,
3 — жерло вулкана, 4- радиальная жила, связанная
с жерлом, которая на поверхности проявляется в форме
хребта (5), 6 — жила, проникающая между осадочными
слоями, 7- лакколнт, 8- настоящая жила, прорезающя
слои поперек, 9 — жильник, 10 — лавовый паданг (дай-
ка), 11 — вулканический конус, 12- паразитический конус.
ггпу

319 Теория
литосферных
плит объясняет
и давно известное
явление
„перемещения"
вулканической
активности океанских
островов, например,
Гавайских или
Галан агос~жих.
Горячая точка
в мантии остается
в одном и том же
положении, движется
лишь плита, на
которой расположены
острова.
317 Кальдера-это
зрелое вулканическое
образование,
характерное для
вулканов
с длительным
периодом действия.
Часть материала
сползает
в магматический
320 Конусы
вулканических горных
пород среди океана-
главная черта
горячихточек.
Активная
камин, где
переплавляется.
Характерной чертой
кальдер является
наличие младших
вулканических
конусов
и паразитических
кратеров. Некоторые
кальдеры заполнены
водой.
деятельность земных
недр здесь в зародыше
уничтожается водной
эрозией.
з1в
318 Одним из
наиболее опасных
вулканических
образований является
вулканический колпак
— очень вязкая лава,
выдавливаемая из
кратера вулкана. На
поверхности лава
затвердевает и только
в некоторых местах
появляются острые
каменные выступы,
так наз. лелейские
иглы, н струи горячих
газов. Часто
внезапный подъем
магмы и накопление
большого количества
газа являются
причиной сильного
взрыва (например,
вулкан Сент-Хеленс
на западном
побережье США).
230
231
Вулканические породы там,
где они не должны
были бы быть
Вулканические породы, которые мы
описали, ясно связаны с местами, где
соприкасаются отдельные литосферные
плиты. Вулканическая деятельность
океанских областей связана с местами, где
эти плиты расходятся в стороны. Вулка-
ническая деятельность островных дуг Ти-
хого океана и окраин материков связана
с местами, где эти плиты сближаются, где
одна поддвигается под другую или где они
сталкиваются.
Однако имеются области, где встре-
чаются вулканы и вулканические породы,
которые не имеют отношения к сближе-
нию или расхождению плит. Примером
могут служить Гавайские острова, Таити,
Канарские острова и другие. Наконец и на
материках встречаются вулканы, находя-
щиеся не на окраине плит, а в середине.
Оглянувшись в прошлое, мы можем обна-
ружить огромное множество вулканичес-
ких горных пород, обширные базальто-
вые покрытия в Индии, в западной части
США, в Антарктике, на Тасмании. Это
свидетельствует о том, что в прошлом на
материках имела место бурная вулкани-
ческая деятельность.
Доказано, что большинство материко-
вых и внутриокеанских вулканов извер-
гает базальтовые лавы. Эксперименты
в лаборатории, проводимые при высоких
давлениях и температурах, показывают,
что температура плавления базальтовых
горных пород столь высока, что они дол-
жны происходить из верхней мантии, ибо
в земной коре таких высоких температур
нигде нет. При попытках объяснить при-
сутствие базальтов внутри плит в верхней
мантии были обнаружены места с более
высокой температурой, чем их окруже-
ние. Здесь изнутри Земли поднимается
поток тепла. Поскольку эти места имеют
цилиндрический характер, то они были
названы термальными столбами или го-
рячими пятнами. В этих местах материя
верхней мантии медленно, в течение дли-
тельных геологических периодов подни-
мается вверх. При этом подъеме происхо-
дит частичное плавление горных пород,
что ведет к возникновению щелочных
базальтов с большим содержанием калия
и натрия. Некоторые составные части
твердой части верхней мантии плавятся
легче, другие — труднее, образуя так оста-
точную часть. Именно такими легкоплав-
кими компонентами являются щелочные
элементы калий и натрий. И хотя их
в верхней мантии мало, они переходят
в расплав.
Теория термальных столбов предоста-
вила доказательства того, что океанское
дно, собственно мощная плита океанского
дна, перемещается. При изучении возрас-
та отдельных островов Гавайского архи-
пелага выяснилось, что центр вулкани-
ческой деятельности за последние десять
миллионов лет переместился. Однако
можно считать и наоборот, что центр
вулканической деятельности не перемес-
тился, оставался стабильным, а что над
этим местом переместилась вся океанская
плита с ранее и вновь образованными
островами. На рис. 319, 320 показаны обе
возможности.
Изверженная горная
порода без вулканов
Изверженные горные породы весьма
важны для метаболизма Земли: они обра-
зуют земную кору. Так, в местах нахожде-
ния срединно-океанических хребтов из
недр Земли — ее мантии — поднимаются
горные породы, создающие океанскую
кору, кору окраин материков и тихо-
океанских островных дуг, горные поро-
ды, встречающиеся всюду в ядрах матери-
ков и орогенических зонах (т.е. там, где
происходит горообразование). Ясно, что
магматические горные породы являются
главным источником образования оса-
дочных и преобразованных горных пород.
До сих пор мы говорили о магматичес-
ких породах, происходящих главным
образом из верхней мантии, говорили
о базальтах, а также о щелочных базаль-
тах и об андезитах островных дуг. Земная
кора, имеющая иной состав, чем мантия,
также производит магматические породы
и даже такие породы, которые имеют
значительно более низкую температуру
плавления, чем базальт. На первый взгляд
, кажется, что это противоречит тому,
о чем говорилось в предыдущей главе.
Как же это возможно? В земной коре
имеется достаточно воды, а вода, как мы
уже сказали, при высоком давлении сни-
жает точку плавления. Это значит, что
разный материал земной коры и большое
содержание воды могут вызвать образо-
вание в ней многих расплавленных гор-
ных пород — магмы. На некоторых окраи-
нах материков, например, на западе США
или в Южной Америке, уже удалось найти
подтверждения того, что горные породы,
которые в виде вулканических лав попали
на поверхность, происходят из земной
коры. Например, риолиты и дациты
— очень светлые вулканические породы
— являются продуктом плавления материи
земной коры. В их химическом составе
преобладает двуокись кремния (кроме то-
го, окись алюминия, окиси натрия и ка-
лия). В химическом отношении они ничем
не отличаются от гранитов, гранодиори-
тов и других горных пород, которые назы-
ваются плутоническими.
Разница же заключается в том, что
риолиты и дациты были вынесены на
поверхность, где быстро остывали (об
этом свидетельствует присутствие стекла

321 Связь между
магматическими
горными породами,
в первую очередь
теми, в которых
находятся граниты
и гранодиориты, еще
со времен спора
плутонистов
и нептунистов
привлекала внимание
людей, искавших
руды, ибо магму часто
считали носителем
рудных элементов.
Рисунок
иллюстрирует одну из
наиболее успешных
старших рабочих
гипотез, созданную
американским
геологом Эммонсом
о связах между рудами
и магматическими
горными породамн.
згг
322 На первом
рисунке отражено
развитие
среднеевропейской
буройпочвы,на
втором показан
подзол, который
образуется там, где
частые дожди лишают
почву минеральных
веществ. На третьем
— противоположный
процесс в тропических
областях, где после
сезона дождей
наступает длительный
сухой период
и поднимающаяся
к поверхностивода
несет с собой
минеральные
вещества (А, В,
С вЂ” обозначения
почвенных
горизонтов).
и расположение минералов этих пород),
тогда как плутонические горные породы
кристаллизовались медленно и довольно
глубоко под поверхностью.
Наблюдая, как быстро выветривание
и эрозия сглаживают вулканы, можно
понять, почему в древних образованиях,
например, палеозойских или докембрий-
ских, встречается больше пород плутони-
ческих, чем вулканических. Достаточно
пары миллионов лет, чтобы вулкан, гордо
возвышавшийся над окружавшей его
местностью, под дейсгвием воды и ветра
был сровнен с землей. Изверженные плу-
тонические горные породы, образующие
большие территории, являются, повиди-
мому, продуктами эрозии существовав-
ших в этих местах вулканов. Во многих
местах магматические породы не достиг-
ли поверхности, и здесь плутоны и бато-
литы представляют не только основание
вулканов, но и самостоятельные геологи-
ческие образования, не имеющие отноше-
ния к вулканизму. Плутоны встречаются
всюду на свете: в Центральной Европе
и во Франции, на западе США и в Гима-
лаях. Плутонические изверженные поро-
ды отличаются от остальных вулканичес-
ких пород уже тем, что они хорошо крис-
таллизовались, размеры их минералов
бывают примерно одинаковыми, и от-
дельные составные части можно доволь-
но легко распознать. К ним относятся
граниты и их разновидности, отличаю-
щиеся меньшим количеством кремния
и большим количеством так называемых
темных составных частей — например,
слюды, амфибола, иногда присутствует
и пироксен. Кроме калиевого полевого
шпата встречается также полевой шпат
натриево-известковый. К плутоническим
горным породам относятся также габбро
и диориты, которые гораздо темнее гра-
нитов.
Геологи ищут плутонические горные
породы потому, что их часто сопровож-
дают залежи минерального сырья. Так,
гранит сопровождает месторождения
олова (оловоносный гранит геолог рас-
познает по его составу), в других местах
в гранитах залегают медные руды, иногда
даже золото. Плутонические горные по-
роды — гранит, диорит и ряд других — яв-
ляются хорошим строительным материа-
лом, используемым для облицовки зда-
ний. При этом ценится не только их
прочность, но и красивый вид.
Почва — самая ценная
горная порода
Тот, кто говорит, что самое ценное для
него — друзья, родные и золото, по-своему
прав. Но самое ценное для всего челове-
чества — это земля, почва, которая кормит
человека и животных, необходимых для
его жизни. Определяя человека без осо-
бых церемоний, можно сказать, что это
— обладающий интеллектом паразит на
земле, что, собственно, свойственно всем
сухопутным животным. Без почвы не
было бы жизни. Ведь даже на райских
островах, где люди живут, в сравнении
с нами, в блаженном безделии, должна
быть почва, на которой растут пальмы,
плодами которой эти люди питаются.
Уничтоженный или смытый гектар
плодородной земли навсегда потерян для
поколения, которое это сделало. Харак-
тер и состав почвы на каждом месте
Земли связан с геологической основой,
климатом и многими местными фактора-
ми. В климатических условиях Европы,
например, почва, которую можно обраба-
тывать, возникает сотни и тысячи лет.
Более благоприятное положение в райо-
нах с влажным климатом, где почва обра-
зуется быстрее. Довольно быстро обра-
зуется почва и там, где горные породы
находятся в сыпучем состоянии, легко
разъединяются. Например, на известном
вулкане Кракатоа в Индонезии всего за 45
лет возник слой почвы толщиной в 35 см;
на склонах некоторых вулканов крестья-
не обрабатывают вулканический пепел
через пять-десять лет после извержения.
Почва образуется из материнской породы
скалистой основы путем выветривания,
в котором играет роль не только климат
и водяные осадки, но также микроорга-
низмы. А поскольку этот процесс проте-
кает очень медленно, следует бережно
относиться к каждой пяди земли (в сухом
климате пустынь слой почвы образуется
еще медленнее, чем в условиях нашего
умеренного климата, и быстрее, обычно
ветром, уносится).
Итак, что необходимо для образования
плодородного слоя земли? Прежде всего,
материнская порода, от которой больше
всего зависит будущий характер почвы,
далее, характер климата, ибо от количес-
тва осадков и температурных колебаний
зависит скорость выветривания. Главные
виды почв представлены на рисунке. Так,
например, латеритные почвы возникают
в местах с тропическим климатом, а чер-
ноземы — это остатки древних межледни-
ковых геологических периодов.
Существует еще множество других, на
первый взгляд менее существенных фак-
торов, влияющих на характер почвы.
Весьма важная роль принадлежит микро-
организмам, которые способны разло-
жить „нерастворимые" составные части
горных пород, например, кремний и ба-
зальт. Для природы, собственно, совсем
не трудно с помощью своих простых
средств — воды, ветра, мороза и микроор-
ганизмов — разложить, конечно, в течение
многих лет, стойкий, на первый взгляд
неистребимый материал. Все остальные
факторы видны на рисунке, показываю-
щем разрез типичного образца вида поч-
вы. Почвоведы, изучающие почву, делят
ее на несколько горизонтов. И они хоро-
шо видны на рисунке, да и в природе их
232
233

324 Наблюдая
течение воды от
высокогорного
ледника до морского
дна, можно видеть
большое
разнообразие
осадочных горных
пород: 1-ледниковые
отложения,
2- гравитационные
(осыпные)
отложения,
3 — озерные
отложения, 4- речные
отложения,
в - ветренные
отложения,
б — дел ьтовые
отложения,
7- шельфовые
отложения,
8 — глубоководные
отложения.
323 Влияние
цивилизации на
ландшафт в процессе
развития
человечества можно
характеризовать как
обезле спивание
и получение земли для
обработки. Однако
последние годы
индустриализации
ведут не только
к сведению лесов, но
и к убыванию
сельскохозяйственных
угодий.
S
видел, наверное, каждый. Для этого до-
статочно посмотреть в глубокую яму или
на стену какого-нибудь карьера: над
„твердой, невыветренной" скалой нахо-
дится выветренная скала, и это выветри-
вание заметно тем больше, чем ближе
к пахотному слою оно находится. В зави-
симости от того, как в почвенном разрезе
представлены материнские породы и ка-
ково содержание органических частей,
различаются разные типы почв. Для воз-
никновения почвенного горизонта важно
и место, где почва образуется. Вы, конеч-
но, уже замечали, что на некоторых скло-
нах, оставшихся без лесного покрова, поч-
ва быстро смывается, а на поле после
сильного дождя бывает видно, откуда
и куда вода уносила почву. Поэтому мно-
гое зависит от того, как человек обра-
щается с почвой. Почти никогда эрозия не
разрушает почву в лесу, но там, где дере-
вья вырублены, нам приходится платить
за это землей. На лугах потери почвенно-
го горизонта невелики, однако там, где на
склонах посеяна кукуруза или зерно, поч-
ва теряется прежде всего в тот период,
когда растения еще не взошли. Если такой
процесс повторяется несколько раз, почва
теряет свою функцию кормилицы.
Каждый тип почвы требует иного под-
хода в обработке: один тип не переносит
увлажнение (образуется слой соли), дру-
гой страдает при дренажировании (легко
уносятся питательные вещества), тут тре-
буется добавить больше удобрений, в дру-
гом месте — меньше. В тех районах земно-
го шара, где удобрения до сих пор не
используются (а таких мест еще очень
много), обрабатываемую почву время от
времени оставляют „отдыхать", чтобы
через какое-то время она снова могла
давать урожай (в тропических областях
это может длиться даже пятнадцать
лет).
Горные породы, о которых мы говори-
ли в предыдущих главах,характеризова-
лись как химическим,так и минералоги-
ческим составом. Точно так же можно
характеризовать и каждый тип почвы
— перечислить минералы и химические
соединения, входящие в нее. Однако са-
мым существенным остается тот факт,
что почва — самая ценная горная порода,
которую ничем нельзя заменить.
Осадочные горные породы
Магматические горные породы, о кото-
рых мы до сих пор говорили, можно
назвать первичными породами. Они про-
исходят из верхней мантии (прежде всего
базальты) или являются продуктом час-
тичного плавления древних существовав-
ших горных пород (например, граниты).
Плавление стерло много черт, характер-
ных для первоначального материала, из
которого они возникли.И нужны исклю-
чительно изобретательные методы для
того, чтобы определить историю такой
материи до плавления. Теперь мы рас-
смотрим группу горных пород, которые
можно назвать вторичными, производны-
ми. Это — осадочные горные породы
и преобразованные, метаморфические
горные породы. В дискуссии о том, что
первично, а что вторично, мы могли бы
придти к хорошо известной и нерешимой
проблеме о том, что было раньше — кури-
ца или яйцо. Дело в том, что много
осадочных пород возникло из извержен-
ных пород, метаморфические породы — из
пород осадочных и изверженных, много
изверженных пород является результатом
плавления уже существующих осадочных
и метаморфических, а также извержен-
ных пород.
Начнем простым примером, объясняю-
щим способ возникновения осадочных об-
ломочных (классических) горных пород.
Возьмем базальтовый или андезитный
вулкан, возвышающийся где-то на берегу
Тихого океана. Из вулкана вытекает лава,
вылетает вулканический пепел, склоны
покрыты явно „первичным" материалом.
На лаву и пепел падает дождь, снег, дует
здесь ветер — и горные породы выветри-
ваются, от них механически егделяются
небольшие куски. Выветренные обломки
со склонов уносит вода в потоки, потом
в реку и на дно ближайшего моря, где
обломки горных пород и минералов на-
куливаются. Возникает осадочная гор-
ная порода. Там обломки горных пород
и минералов, галька, песок и глина подчи-
няются процессу, называемому диагенез,
который ведет к возникновению твердых
осадочных пород и пород, первоначально
бывших не твердыми, а, скажем, сыпучи-
ми. Из песка в результате диагенеза воз-
никает песчаник, из глины — аргиллит или
сланец, из гальки — конгломерат.
Процесс диагенеза трудно себе предста-
вить. Если взять мешочек с мокрой гли-
ной и положить на него какую-то тя-
жесть, из него будет вытекать избыточ-
ная вода, а составные части материала
равномерно распределятся. Порода
укрепляется под воздействием раствора,
который в ней остается. Дело в том, что
в процессе диагенеза не играет роль ни
температура, ни высокое давление. Если
же на горную породу оказывают влияние
эти факторы, тогда протекает процесс,
называемый метаморфозом. В этой главе
мы рассмотрим осадочные породы, при
возникновении которых не имеет место
метаморфоз. Возвратимся к примеру об-
ломков и минералов, находящихся вблизи
вулкана. Выветривание — главная причи-
на образования материала, из которого
возникают осадочные породы, поэтому
от вида и хода этого процесса зависит,
какая порода возникает. При сравнении
химического и минералогического соста-
ва вновь возникшей осадочной горной
породы с составом горных пород вулкана
видно, что разница между ними невелика,
потому что в описанном нами случае
происходил быстрый процесс механичес-
кого вы ветривания и унос обломков
к месту их накопления.
234
згз
235

327 Частички,
уносимые водой или
ветром, не движутся
по прямой линии а по
параболе, часто
падают на дно и снова
поднимаются
течением. Такое
движение называется
сальтацией.
згв
скорость течения е см/сек
О,1
15
0,5
гоо
7О
1
2
з
4
5
згв
скорость течения
20 см/сек
100 см/сек
325 Особым видом
выветривания
является химическое
известняка. Под
землей же возникают
разнообразные
пещеры, чаще всего из
трещин, а там, где вода
циркулируе г
длительное время,
образуется пещерный
этаж.
возникают карстовые
образования.
Дождевая вода на
поверхностиобразует
воронкообразные
углубления,дно
которых заполнено
остатками
выветривавие
— обыкновенное
растворение горных
пород. В природе
происходит
растворение
известняка,
в результате чего
растворенного
237
236
Если процесс выветривания носит хи-
мический характер, когда на первичную
породу воздействует, например, вода,
обогащенная углекислым газом или гуми-
новыми кислотами, возникающими в ре-
зультате разложения органических час-
тиц, происходит химическое изменение
составных частей. Естественно, что неко-
торые составные части горных пород лег-
че поддаются химическому выветрива-
нию, например, полевой шпат или слюды,
тогда как другие, например, кварц, к хи-
мическому воздействию весьма устой-
чивы.
Химическое выветривание само по себе
изменяет состав исходной горной породы
— первоначального материала. Поэтому
исходные горные породы сголь отли-
чаются от вторичных осадочных пород.
Так, граниты, образованные кварцем, по-
326 Разница между химическим выветриванием (слева)
н механическим выветриванием (справа) на одной и той
же горной породе. При механическом выветриванни,
например, под влиянием мороза, порода лишь распадается
на меньшие части. При химическом выветривании
меняется химический состав минералов.
левым шпатом и слюдой, под влиянием
химического и механического выветрива-
ния, а также благодаря седиментации,
могут сравнительно легко превратиться
в песчаник. Полевой шпат легко разла-
гается — выветривается и превращается
в глинистые породы. При этом возникает
водяной раствор, обогащенный составны-
ми частями полевого шпата, в частности,
натрием, который этим путем попадает
в море. Действительно, большая часть
натрия в морской воде возникает в резуль-
тате химического выветривания натрие-
вого полевого шпата. Будем наблюдать
дальше продукты выветривания гранита.
Глинистые составные части имеют в водя-
ном растворе совершенно другие свой-
ства, чем зернышки кварца. Вода перено-
сит частицы глины на более далекие
расстояния, при этом зернышки кварца
оседают, а глина все еще остается в рас-
творе. Так происходит дифференциация
составных частей в соответствии с их
механическими свойствами, которые
играют главную роль в возникновении
осадочных горных пород. Но нельзя за-
бывать еще об одном факторе — скорости
и количестве воды и среде, в которой
происходит осаждение. Ведь быстрая вода
горного потока несет камни, весящие де-
сятки и сотни килограммов, тогда как
могучая река в своем нижнем течении
способна нести лишь миллиметровые час-
тицы, то есть тонкую суспензию. Геологи
составили ясную картину о давних реках,
морских течениях и отложениях дельт,
старались воспроизвести условия, имев-
шие место в реках и при их впадении
в море, чтобы определить величину час-
тиц, уносимых водой. Так возникла из-
вестная диаграмма, которая здесь вос-
производится (рис. 328, 329).
Климатические условия представляют
собой следующую характерную черту
процесса выветривания горных пород.
В горах, где воздействует мороз, они одни,
в тропических областях, где постоянно
идет дождь и горные породы легко выще-
лачиваются и растворяются, другие. Важ-
ную роль играет и топография: она ока-
зывает влияние не только на скорость
течения водных токов, но и на процессы,
происходящие на склонах. И, наконец,
следует принимать во внимание и место,
где происходит оседание горных пород:
одна седиментация в горных потоках, дру-
гая — в широких долинах, третья — на
глубоком морском дне и т. д.
Осажденные горные породы классифи-
цируются, делятся на определенные груп-
пы в соответствии с величиной их состав-
ных частей, степенью их обработки в пе-
риод переноса, в зависимости от их разде-
ления, основанного на химическом соста-
ве составных частей.
Все это имеет свой смысл. Осадочные
горные породы должны быть классифи-
цированны так, чтобы они помогли гео-
логам решать их практические задачи.
Так, например, геологи не будут искать
глину, необходимую для керамического
производства в старых руслах горных
рек.Правдоподобно, что угольный пласт,
возникший в небольшой пресноводной
впадине, будет другого характера, чем
угольный слой, возникший в большей
впадине на краю моря. Все это причины,
по которым геологи сортируют горные
породы в соответствии с критериями,
о которых мы говорили. Основную клас-
сификацию осадочных горных пород в у-
прощенном виде дает рис. 328 — 9. Нетруд-
но вокруг себя найти такие горные поро-
328 329 Тот,кто
хочет разбираться
в осадочной геологии,
должен знать эти
диаграммы На первой
показана зависимость
между скоростью
течения и отложением
разных по величине
зерен. По мере
снижения скорости
течения отлагается
сначала галька (5),
потом мелкая галька
(4), песок (3),
пылевые зерна (2) и,
наконец, собственно
уже в стоячей воде
— частицы ила (1). На
второй диаграмме
вода протекает через
отдельные фракции.
Когда скорость
достигает 20 см
в секунду, она
начинает вымывать
песок, при скорости
1 м за секунду
поднимаются
пылевые зерна
и мелкая галька.
Глина и галька
попадают в течение
в последнюю очередь.

332 Высокогорный
ледник- эффективное
средство переноса
обломков горных
пород, содранных
подошвой ледника (2)
или упавших на его
поверхность (3). Там,
где ледник тает, т.е. на
его фронте (1),
возникают моренные
гряды.
330 Профиль русла
реки иллюстрирует
изменение силы
течения и показывает,
как река меняла свое
русло. Главные русла
заполнены
крупнозернистой
галькой, которая
начинает
перемещаться только
в момент сильного
напора воды. Более
спокойные места реки
покрыты песком,
а в мертвых рукавах
откладывае гся
глинистый ил.
331 Количество
,материала, ежегодно
уносимого реками
в виде отложений,
огромно. На рисунке
приводятся данные по
некоторым
крупнейшим рекам
мира: 1- Меконг,
2 — Амазонка,
3— - Ефрат и Тигр,
4- Ганг, 5 - Замбези,
6- Нил, 7- Рона,
8 — Дунай, 9- Рейн,
10 — Инд, 11-Волга.
Пирамида Хеопса по
сравнению с ними
выглядит лилипугом
(СН).
239
гзв
ды, которые можно классифицировать
с помощью рис. 328, 329, и сказать, где
такая порода возникла. Особое внимание
обращайте на текстурные черты, обзор
которых также приведен на рисунке.
Кресгообразное наращивание пластов ха-
рактерно для передвижения дна или для
дельтовых отложений на склонах, а тон-
кое чередование полос — для годовых
изменений погоды. Разнообразные смеси
камней и глины могут быть отложениями
на местах бывших ледников.
Способ возникновения горной породы
бывает лишь одним из классификацион-
ных признаков для тех, кто занимается
этим вопросом. Другим классификацион-
ным признаком является вопрос месга
возникновения горной породы, изучение
среды или области, в которой отложения
получили свой вид. Так, например, отло-
жения могли возникнуть из материала,
приносимого с материка или с переходной
зоны от материка к океану. Но такие
горные породы не могут возникнуть по-
среди океана, поскольку так далеко мате-
риковый материал не заносится. Осадоч-
ные породы в слое глубоководных осад-
ков моря имеют совершенно иной харак-
тер. Они называются пел агическими
и обычно содержат меньше 30% пери-
генного материала, каким обычно бывает
тонкоструктурный ил. В специальной ли-
тературе эти осадочные породы известны
под названиями зеленый, красный или
коричневый ил. Пелагические осаждения
часто возникают из остатков животных,
обитающих в глубоководных частях океа-
на, вдали от материков. Скорость возник-
новения горных пород в устьях рек или
в области, омываемой прибоем, гораздо
выше, чем в глубоководных частях океа-
на. Там слой, толщиной в 1 — 10 см, обра-
зуется за тысячелетия, тогда как в устьях
рек могут появиться метровые слои отло-
жений за один год. Совершенно другие
черты характерны для осадков пород на
дне озер. Это могут быть быстрые и могу-
чие смывы материала, чередование круп-
ных обломочных отложений с тонкозер-
нистым материалом. Если вблизи такого
озера бывает ледник, характер осаждений
опять меняется. Горные породы, возни-
кающие в ходе движения, волочения, тая-
ния ледника получают в результате свои
отличительные черты. Они перемешаны,
рядом с крупными обломками встречают-
ся илистые или глинистые составные час-
ти. В водяной среде такого явления быть
не может, ибо течение воды легко отде-
ляет крупные частицы от мелких, глиня-
ные от песчаных.
Образует осадочные породы и ветер.
Такие породы характеризуются ясным
распределением по величине и составу
отдельных частей. Типичными представи-
телями ветреных отложений являются
некоторые пески — прибрежных дюн или
пустынь. В Европе или в Северной Аме-
рике лессовидные суглинки являются
остатком ледникового периода.
Анализируя осадочные породы, мы го-
ворили пока только об обломках извер-
женных пород и о типах выветривания
— механическом и химическом. Все эти
процессы формируют горную породу с ее
характерными чертами. Следует напом-
нить, что биогенные процессы играют
в возникновении осадочных пород весьма
важную роль. Ведь и составные части
— обломки, создающие обломочную
(кластическую) осадочную породу, могут
иметь животное происхождение. Это,
напр., оболочки морских моллюсков, кос-
ти, остатки растений. Такие осадочные
породы называются органогенными. Так,
в глубоководных областях океана, куда не
может быть занесен материал, переноси-
мый реками, встречаются исключительно
органогенные горные породы — это пела-
гические осаждения, о которых мы уже
упоминали. В красном глубоководном иле
находятся почти исключительно органо-
генные материалы — раковины диа-
томеи.
При описании кластических осадочных
пород мы упоминали о материале, связы-
вающем эти породы. Речь идет о веще-
ствах, выпавших из раствора, который
или циркулировал в породе, или в ней
остался. Само существование химическо-
го выветривания, .то есть растворения
минеральных составных частей в воде или
в других растворах, показывает, что
в природе существует и обратный меха-
низм — их выпадение из раствора. Без
333 Осадочные горные породы-это геологические книги, которые можно
читать бесконечно. Так, например, крестообразная слоистость отложений
в верхней части профиля указывает на отложения в дельте или на откосе.
Крупнозернистые, перемешанные и мелкие отложения во впадине в верхней части
свидетельствуют о том, что порода осаждалась после отступления ледника (1).
Равномерное, пластинообразное разложение говорит о спокойных отложениях на
морском дне, тогда как чередование крупнозернистых и мелкозернистых осадков
указывает на ритмичность (4) и цикличность (5) осаждений, вызываемых,
например, движением коры. Слои, наклоненные друг к другу, называются
крестообразной или косой слоистостью (2, 3). Постепенный или фациальный
переход (б) указывает на изменение условий отложений

334 Весьма
эффективным
средством переноса
выветренных пород
является ветер, что
лучше всего видно
в пустыне, тде
материал находится
в постоянном
движении. Из
каменистой пустыни
мелкие частицы
переносятся
в песчаную пустыню,
где откладываются
недавно возникшая
горная порода
див генез'
метаморфоза
плавпвние
337
336 Огромная масса
магм атических
5 — с хлоритом
и мусковитом,
6- неизменившиеся
горные породы.
337 Преобразование
горной породы под
влиянием
и андалузитом,
336
первоначальных
горных пород
— возникают
мигматиты (10).
341
углекислого газа
в воздухе и кальция
в морской воде.
Коралловые утесы (1)
и раковины мелких
животных являются
естесгве иным
посредником
возникновения
углекислого кальция.
Опускающиеся
остатки живых
существ (2) на
определенной глубине
растворяются (3).
В этих местах
возникает богатая
кальцием красная
глина-
глубоководный ил
(4).
такого механизма морская вода на протя-.
жении геологических периодов станови-
лась бы все соленее. В результате этого
процесса также возникают осадочные по-
роды, которые называются химогенны-
ми. Такие породы встречаются в больших
скоплениях, например, залежи соли или
гипса. На рисунке видно, что раствори-
мость известковых раковин морских жи-
вотных зависит от глубины (то есть давле-
ния) и температуры. Из этого можно
сделать вывод о том, где может и где не
может образовываться химическим путем
углекислый кальций — в данном случае
химогенный известняк. Рассматривая
важность осадочных горных пород для
человека, мы можем сделать вывод о том,
что это столь же важная группа пород, как
и магматические. Достаточно отметить,
что все месторождения классических
энергетических видов сырья залегают
в осадочных породах (уголь), так же как
и вновь открываемые залежи нового
энергетического сырья — радиоактивного.
То же самое относится и к золоту. Осадоч-
ными горными породами является строи-
тельное сырье: известняк — для производ-
ства извести и цемента, гипс, глины и пес-
ки. А поскольку эти породы столь важны
для человека, изучением их ежедневно
занимаются геологи-седиментологи.
Метаморфические
горные породы
Мы уже рассказали, что гранит может
возникнуть в результате плавления ка-
кой-либо уже существующей, скажем,
осадочной горной породы. Для этого не-
обходима высокая температура, что из-
вестно каждому, кто пытался расплавить
какую-нибудь горную породу, что ему,
конечно, не удалось. Процесс плавления
должен происходить на довольно боль-
шой глубине, а присутствие воды снижает
температуру плавления за счет высокого
давления. Описали мы и условия возник-
новения осадочных горных пород в ре-
зультате диагенеза, что происходит в тех
областях земной коры, где нет ни боль-
шой температуры, ни высокого давления.
Однако на диаграмме, показывающей за-
висимость температуры и давления в зем-
ной коре, видно, что как условия для
возникновения расплавленной горной по-
роды, так и условия возникновения оса-
дочных горных пород являются как бы
исключительными. Это две крайние об-
ласти нашей диаграммы — значения самые
низкие и самые высокие. Все остальные
условия, характеризуемые температурой
и давлением, покрывают область мета-
морфических изменений. Следует заме-
тить, что большинство горных пород зем-
ной коры лежит именно в этой области.
Горные породы, независимо от того,
были ли это осадочные породы или извер-
женные, попавшие в эту часть земной
коры и пребывавшие там в течение дли-
тельного геологического периода, пред-
ставляют собой метаморфические гор-
ные породы.
Каждая метаморфическая горная поро-
да имеет своего предшественника — оса-
дочные или магматические горные поро-
ды. В зависмости от этого можно было
бы классифицировать метаморфические
горные породы. Такое разделение было
бы простым, но непрактичным. Оконча-
тельный вид и свойства горной породы
зависят от температуры и давления, кото-
рые оказывали на нее влияние. Мы уже
говорили о том, что алмаз и графит
представляют в химическом отношении
одну и ту же материю — обыкновенный
углерод. Однако расположение строи-
тельных частиц этой материи отличается
(и, конечно, отличается также их цена).
В случае графита атомы углерода обра-
зуют листочки с гексагональной симмет-
рией, тогда как у алмаза атомы углерода
расположены в более сложной простран-
ственной кубической решетке. Именно за
такое более „тесное и крепкое" располо-
жение „отвечают" высокая температура
и давление. Алмаз и графит — это две
разные структурные модификации угле-
рода, причем алмаз — это высокотемпера-
горных пород, плутон
или батолит,
воздействуют своей
температурой на
окружающую среду
(на рисунке — на
напласто ванне
осадочных пород).
Такое воздействие
называется
контактной
метаморфозой. Видны
характерные горные
породы иминералы,
возникающие
в результатетакого
процесса в осадочных
породах:
1 — гранитный плутон,
2 — роговик,
3 — роговик
с силлиманитом,
4- с биотитом
турная модификация, создававшаяся под
высоким давлением. Если бы мы могли
погрузить на глубину 300 км вагон графи-
та и оставить его там какое-то время, то
могли бы получить такое же количество
алмазов. Это пока невозможно, но все-та-
ки ученые стремятся создать подобные
условия в лабораториях. Много данных
температуры
и давления называется
метаморфозой. Своим
минералогическим
составом порода
приспосабливается
к указанным
условиям.
В результате
закрепления
(диагене за)
вулканического пепла
(1) возникает туф (2),
сланец (б) — это
закрепленная глина
(5). С повышающейся
температурой
и давлением эти
горные породы
превращаются
в зеленый сланец (3)
и амфиболиты (4),
а глина также в филит
(7), кристаллический
спанец (8) или гнейс
(9). На большой
глубинепроисходит
частичноеилиполное
плавление

338 По мере
углублениявнедра
Землиувеличивается
температура. Под
континентами это
возрастание
происходит
медленнее, чем
в области океанов, где
на одинаковой
глубине температура
нескольковыше.
800 С
800 'С
О
800 'С
~00 С
ос
кора
1
литосфера
го
астеносфера
го
К вЂ” терм альный
градиент под
континентами, Π— под
океанами, А — зона
полностью
зо
расплавленных
базальтовых горных
пород. Видно также,
что в коре нет условий
для возникновения
базальтовой магмы.
Поэтому ученые
считают, что большая
часть базальтов
40 км
ззв
происходит из
глубоких частей
Земли — из земной
243
о метаморфических горных породах по-
лучено именно в лабораториях, где изу-
чается влияние на них повышенной тем-
пературы и давления. Природа дает гео-
логам уже готовый продукт, в котором
скрыта информация о температуре и дав-
лении, ожидающая расшифровки. Имен-
но в этом случае и нужна лаборатория для
создания условий, напоминающих про-
цесс метаморфизации. Только потом
можно сравнивать естественные горные
породы и минералы, выкристаллизовав-
шиеся при точно определенных темпера-
турах и давлениях.
В главе о земном тепле мы говорили
о том, что по направлению к центру
Земли температура повышается, причем
это повышение довольно значительно
в земной коре и в верхней мантии, что
показывает диаграмма. Температуру
в центре Земли мы пока точно не знаем,
но предподлагаем, что она не превышает
5000 — 6000 'С. Повышение температуры
с глубиной называется геотермической
ступенью. На основе глубоких бурений
и из глубоких шахт известно, что темпе-
ратура в земной коре повышается на
1' Цельсия через каждых 30 метров. Но
Земля не знает шаблонов. Было обнару-
жено, что не на всех местах увеличение
температуры с глубиной одинаково. Так
там, где встречаются вулканические гор-
ные породы, повышение температуры
с глубиной происходит быстрее, чем там,
где таких пород нет, или там, где быстро
накапливаются осадочные породы. По-
этому важнейшей чертой при изучении
метаморфических горных пород является
именно способ распределения температу-
ры и давления в период возникновения
породы. Это, собственно, одна из главных
целей изучения метаморфическия горных
пород. Только зная температуру и давле-
ние, при которых происходила кристалли-
зация горных пород, можно описать гео-
логическую историю данной области и ее
развитие и предсказать, какие минераль-
ные богатства могут здесь встречаться.
При возникновении метаморфических
339 Петрологи, изучающие метаморфические горные
породы, хорошо знают минералы андалузит, силлийанит
и кианит (дистен). Это химическое соединение, имеющее
три модификации, зависящие or температуры и давления,
при которых они кристаллизовались. Андалузит
встречается в местах низшего давления, силлиманит
образуется при более высокой температуре и давлении,
кианит характерен для горных пород,
кристаллизовавшихся при высоком давлении. Область
А- место, где происходит плавление.
горных пород важную роль играет много
факторов. Это, прежде всего, состав пер-
воначального материала, потом темпера-
тура, давление, скорость и, конечно же,
время. Метаморфический процесс про-
ходит в твердом состоянии и отнюдь
не быстро. Происходит медленная ре-
кристаллизация, преобразование одного
минерала в другой, стабильный при дан-
ных условиях, отвечающих температуре
и давлению. На скорость реакции оказы-
вает влияние также присутствие воды
и других жидких веществ. Некоторые
минералы имеют характер геологических
термометров и барометров, поскольку
встречаются при совершенно определен-
ных условиях. Их называют индексными
минералами. К ним относится, например,
гранат, биотит, кианит. На диаграмме
показаны одни из важнейших индексных
минералов модификации A12$Ю5. Это
соединение в зависимости от температу-
ры и давления становится андалузитом
(высокая температура — низкое давле-
ние), кианитом (низкая температура — вы-
сокое давление) или силлиманитом.(высо-
кая температура — высокое давление).

Повторение анатомии
В предыдущих главах мы описали ос-
новные строительные компоненты Зем-
ли. Мы знаем, что атомы собираются
в молекулы, молекулы или ионы обра-
зуют основную кристаллическую решет-
ку минералов. Минералы складываются
в горные породы, а горные породы
— в еще более крупные геологические
комплексы, которые, в свою очередь,
образуют горные массивы, или террито-
рии с давно угасшей геологической дея-
тельностью, или такие места на Земле,
которые возникли недавно. Мы знаем,
что существует кора, верхняя и нижняя
мантия, внешнее и внутренее ядро, с од-
ной стороны, с другой — атмосфера и гид-
росфера как верхние слои Земли, и что
между отдельными частями Земли проис-
ходит энергичный обмен материей и энер-
гией.
Несколько раз мы упомянули о том, что
в давнем геологическом прошлом конти-
ненты меняли свои места и положение по
отношению друг к другу. Земля — очень
живой организм и так называемая нежи-
вая природа полна движения и изменений,
которые, правда, проходят в длительных
временных интервалах.
Наш рассказ несколько походит на объ-
яснение строения человеческого тела.
Врач должен сначала хорошо знать все
органы, их функцию и только потом
может описать функцию всего организма.
То же самое относится и к нашей планете.
Сначала мы познакомились с ее отдель-
ными частями, геологическими комплек-
сами, слоями, горными породами, с их
свойствами, упомянули о связях, сущес-
твующих между ними. Теперь попробуем
отрывочные знания связать в единое
целое.
В начале нашего века была учеными
в Центральной Европе, в Северной Аме-
рике и в СССР создана весьма подроб-
но разработана новая гипотеза о геоло-
гическом развитии Земли. Эта гипотеза,
которая признавалась до 60-х годов, назы-
валась геосинклинальной и связывала
явления осаждения и проявления магма-
тизма — возникновения вулканических по-
род, с процессами образования складчатых
формаций, горообразования и выветрива-
ния. В 60-е годы нашего столетия нача-
лось интенсивное изучение океанского
дна. Были измерены свойства дна, изуча-
лась сила тяжести на материках и в океа-
нах, были собраны образцы с океанского
дна. Все это принесло столько новых
данных, что старые концепции, которые
до того времени геологи считали непоко-
лебимыми, стали ломаться. Было выявле-
но, что океанское дно'очень молодо, что
горные породы, которые его образуют,
насчитывают не более 200 миллионов
лет, и что даже существуют горные поро-
ды, в отношении которых было доказано,
что они возникли на океанском дне в наше
время.
Посмотрите на карту Южной Америки
и Африки, как эти континенты вклини-
ваются друг в друга. Все эти явления
можно связать друг с другом, что мы
попробуем сделать в последующих гла-
вах. Кроме того, в эту общую систему
планеты Земля мы сможем включить
и возникновение столь ценных образова-
ний, как нефтеносные осадочные породы,
известняковые образования, в которых
встречаются карстовые пещеры, вулка-
нические горные породы, возникшие в ре-
зультате дрейфа материков, плутоничес-
кие горные породы, несущие с собой
рудоносные растворы.
Мы увидим, что и состав атмосферы
имеет отношение к горным породам на
поверхности Земли, покажем, что дым
вулканов и их выбросы, даже если они
смертельны и непригодны для дыхания,
в течение геологических периодов были
источником образования атмосферы, ко-
торой мы дышим.
Организм, функции которого мы будем
наблюдать, находится в динамическом
равновесии; в нем происходит обмен ве-
ществ. А поскольку мы не хотим исследо-
вать больную Землю, то, как и врач, мы
должны прежде всего интересоваться ее
возрастом. Вопрос возраста и возникно-
вения Земли, ее развития следует считать
первым и ключевым.
340 Планета Земля — живой организм, ибо так называемая
неживая природа полна движения и изменений, которые
происходят, правда, в длительных временных интервалах.
Понять развитие Земли можно лишь тогда, когда мы будем
знать ее состав, строение и возраст.

342 Вечнаяборьба
внешних и внутренних
сил Земли:
1 — атмосферное
влияние разрушает
горные породы и вода
уносит нх в море.
2 — на дне моря
нарастает мощный
' слой осадков.
3 — при
горообразующем
давлении эти
непрочныеслои
движутся, собираются
в складки.
4 — из моря начинают
подниматься горы,
а в ослабленные зоны
проникает магма.
5 — поднятые
осадочные породы
и магматические
породы под влиянием
атмосферных явлений
разрушаются
и уносятся в море.
Цикл повторяется,
возвращаясь к точке 1.
341 Карта мира
глазами геолога.
древнейшая часть
Земли, так
называемые ядра или
щиты:
А — Гренландский,
 — Канадский,
С вЂ” Бразильский,
D — Гвайанский,
Š— Сибирский,
1-Sa~c~,
G — Анабарский,
Н- Идйсй,
1- Африканский,
3 — Австралийский.
Несколько моложе
территории,
обозначенные
зеленой краской,
области
палеозойского
складкообразования
желтые, области
последнего крупного
складкообразования
— альпийского, вместе
с областями
современной
геологической
активности
обозначены красной
краской. Самые
молодые области
Земли — это области
срединно-океанических
хребтов
(коричневые).
247
246
„Сотворение" Земли
Чтобы познать функцию какого-либо
организма, нужно знать, из чего и каким
образом он возник. Из какого материала
состоит Земля как целое, в результате
какого механизма возникло столь слож-
ное, огромное тело?
Ответы на эти вопросы дает только
последнее десятилетие. В прошлом люди
эти вопросы задавали не часто, ибо знали,
что ответы находятся там, куда они не
могли проникнуть, потому что их связы-
вала гравитационная сила Земли.
Изучение космического материала, его
сосгава, например, лунных горных пород,
вместе с изучением метеоритов способ-
ствовали объяснению этих вопросов. Ме-
теориты, бесспорно, являются основными
строительными частицами планет Сол-
нечной системы, что подтверждают так-
же отдельные информации о составе по-
верхности Венеры и Марса. Даже состав
нашей звезды — Солнца (если не прини-
мать в расчет большое количество газов)
соответствует тощу, что было найдено
в метеоритах, лунных и земных горных
породах. Все эти тела имеют общий зна-
менатель — некий общий источник проис-
хождения. Естественно напрашивается
объяснение, что весь этот материал про-
исходит от одного космического события,
давшего возникновение материи, образо-
вавшей Солнце и ero планетную систему.
Между отдельными планетами суше-
ствуют значительные различия. Так, на-
пример, крупные планеты — Юпитер, Са-
турн и звезда Солнце — содержат большое
количество водорода, гелия и других га-
зов. Земля, Луна и другие планеты, а так-
же некоторые метеориты таких газов
содержат значительно меньше. Говорится
даже, что эти тела обединены „жидкими
составными частями": редкими газами,
водой, некоторыми жидкими металлами
(висмут, цезий). И все-таки планеты Сол-
нечной системы и само Солнце имеют
общую основу, которую можно видеть
собственными глазами в музейных кол-
лекциях метеоритов — это углеродистые
хондриты, которые содержат все веще-
ства, присутствующие на планетах — от
воды и углерода до силикатов и металлов
платиновой группы. В настоящее время
и о механизме возникновения планеты
Земля мы можем составить более точное
представление, чем 20 лет тому назад, ибо
и тут дали ответ космические исследова-
ния. Хотя в настоящее время мы не на-
блюдаем возникновения планет вблизи
нашей планеты, изучение планеток, ес-
тественных спутников и метеоритов по-
могло сформулировать гипотезы о том,
как образуются в Космосе тела, подобные
Земле. Мы уже упомянули о том, что
ответ именно на этот вопрос был известен
еще во времена жизни французского ма-
тематика и астронома Лапласа и немецко-
го философа Канта (вторая половина
XVIII и первая половина XIX веков),
которые считали, что планеты возникают
сгущением составных частей солнечной
туманности. С небольшими изменениями
эта гипотеза существует до сих пор. Дока-
зательства, которые Лаплас и Кант не
могли дать, были получены при изучении
метеоритов и поверхности планет. Слипа-
ние самых малых частиц и их конденса-
цию из первоначального космического
газа в твердую материю мы видим в мете-
оритах. Об этом свидетельствует их
структура и химический состав. Мете-
оритное бомбардиров ание поверхности
планет дает картину того, как происходи-
ло собственно слипание космических тел
— планет из уже образовавшихся мелких
обломков космической материи.
В отличие от старших гипотез мы уже
можем определить некоторые процессы,
имевшие место при формировании пла-
нет. Нам известны температуры конден-
сирования твердых тел из газов солнечно-
го состава, мы знаем, что конденсирова-
ние проходило в широком температурном
диапазоне. Мы знаем также, что слипание
крупных кусков происходило сравнитель-
но быстро. На небольшой гравитацион-
ный центр наматывалось все больше
и больше материи метеоритного состава.
Падающие тела преобразовывали свою
кинетическую энергию в тепловую. Про-
исходило разогревание планеты. Соб-
ственное осаждение и сжатие планеты
также высвобождало большое количес-
тво тепла, поэтому весьма вероятно, что
на ранних стадиях развития Земли (и
других планет) тела разогревались на-
столько, что от первоначальной, прими-
тивной материи могли отделиться в фор-
ме расплава чистые металлы и сульфиды.
Поскольку эти соединения имеют боль-
шую плотность, они погружались в центр
тела, где образовали металлическое ядро
планеты. При его образовании высвобо-
дилось дальнейшее тепло. Из этого возни-
кающего тела была выплавлена „легко-
плавкая" силикатная составная часть (ве-
роятно, базальт), из которой возникла
самая первая, примитивная верхняя обо-
лочка Земли. Сплав имеет небольшую

отсчитывается
секундами (6).
(Единицей счета влево
является год).
343 Ранняя история
Земли — важнейшая
кунде
249
глава ее развития.
После интенсивного
бомбардирования ее
поверхности
метеоритами (1)
произошла первая
большая перестройка
этого планетного тела
(2). Образовалось
металлическое ядро,
силикатная мантия,
а позже — кора
поверхности (3).
Земной метаболизм,
движения
литосферных плит
и нынешняя
конфигурация
континентов имеют
более позднее
происхождение (4).
плотность, меньше чем у кристаллов, по-
этому он поднимается вверх, к поверхнос-
ти. На этой стадии формирования Земли
ее поверхность подвергалась интенсивно-
му бомбардированию падающими мете-
оритами, кусками материи, давшей во-
зникновение всей планете. Естественно,
что при отделении легкоплавных частей
от главной части Земли, то есть при
отделении железа и силикатных распла-
вов освобождалось большое количество
газов. Так возникала первая атмосфера~
Земли, отличавшаяся по своему составу
от сегодняшней, но вполне возможно, что
по своему составу она походила на состав
газов, выходящих из действующих вулка-
нов нашего времени. Та первоначальная
Земля была еще очень негостиприимной:
ее поверхность была раскаленной, а атмо-
сфера — тяжелой, непригодной для дыха-
ния. Но у нее уже были все черты плане-
ты: слоистое строение, ядро, мантия, кора
и атмосфера. Но не было еще гидросфе-
ры, поскольку температура поверхности
была очень высокой. Тем не менее, с мо-
мента образования слоистости и возник-
новения ядра уже можно говорить о по-
длинном самостоятельном существовании
планеты Земля.
Рабочая гипотеза
В любой области человеческой дея-
тельности трудно найти одну единствен-
ную идею, которая больше всего способ-
ствовала ее развитию, однако существуют
определенные вехи. В физике, например,
это теории Ньютона, Эйнштейна, откры-
тие радиоактивности Беккерелем. В гео-
логии процесс развития дисциплины про-
ходил гораздо спокойнее, в ней не было
никаких эпохальных открытий, очевидно
потому, что большинство идей и гипотез
нужно было длительно проверять, тогда
как в физике ряд наблюдений или гипотез
можно было вскоре после открытия или
формулирования экспериментально до-
казать. И все же и в геологии есть свои
вехи, в частности в методике подхода.
После средневековой схоластики возвра-
щение к непосредственному наблюдению
природы явилось большим философским
скачком вперед. Точно так же из спора
нептунистов, считавших, что большин-
ство горных пород происходит из воды,
и плутонистов, выдвигавших огонь в ка-
честве важнейшего аспекта возникнове-
ния горных пород, выкристаллизовались
мнения о процессах формирования гор-
ных пород на поверхности и внутри
Земли.
Но все-таки и в геологии есть рабочая
гипотеза, которая весьма способствовала
ее расцвету. Дело в том, что все современ-
ные и новейшие идеи в геологии, вызвав-
шие за последние 25 лет в знаниях о Земле
так называемую революцию, основаны на
принципе актуализма, известном со вре-
мен Ч. Лайеля, Д. Гуттона и М. В. Ломоно-
сова: процессы, происходящие на земной
поверхности и на Земле вообще в настоя-
щее время, происходили и в геологичес-
ком прошлом. Иными словами, нет необ-
ходимости искать для геологического
прошлого какие-то особые объяснения,
исключительные процессы — все они
должны быть нам известны по аналогич-
ным процессам, протекающим в настоя-
щее время.
Это относится к вулканической дея-
тельности, к процессам горообразования,
к механическому, химическому и биоген-
ному выветриванию, к переносу материи
на поверхности Земли под влиянием гра-
витации, водными потоками, ветром или
ледниками, к возникновению осадочных
горных пород на дне рек, озер и морей,
к возникновению залежей руд, а также
к воздействию притяжения Луны и Солн-
ца на возникновение прилива и отлива.
Принцип актуализма нам кажется поч-
ти наивным наблюдением, чем-то, что не
требует доказательств. Но напомним, что
было время, когда люди не верили, что
окаменелости являются подлинными
остатками вымершей жизни, а идеи о раз-
витии жизни от примитивных форм
к сложным стали общепризнаными лишь
после длительной борьбы.
Однако принцип актуализма при изуче-
нии истории Земли нельзя применять бук-
вально и догматически. Мы уже сказали,
что первые стадии развития Земли отли-
чались высокими температурами на ее
поверхности, что не было гидросферы,
Э
поэтому некоторые геологические про-
цессы должны были отличаться от тех,
которые мы наблюдаем в настоящее вре-
мя. То же самое относится и к химическо-
му развитию планеты, например, к исто-
рии атмосферного кислорода, который
в дыхательной (молекулярной) форме
образовался в течение геологических пе-
риодов — протерозоя — путем распада
более сложных соединений.
Возраст Земли
Понять развитие Земли можно лишь
зная ее состав, строение и возраст. Зная,
как долго проходили геологические про-
344 Одной из
важнейших величин
в геологии является
время, измеряющееся
миллионами лет.
Однакогеолог
изучает явления,
протекающие
значительно быстрее,
чем
н
складкообразование
горных пород (1) или
осаждения (2). Так,
рост коралловых
утесов длится сотни
и тысячи лет (3),
вулканические
взрывы измеряются
днями (4), оползень
движетсянесколько
минут или часов (5),
а скорость
распространения
сейсмических волн

е ьо
С
о
х ~о,в
о
о
Z
в ов
Й"
Ь '
~ о,г
т
х
с
о О
я
время
345 Период
полураспада- это
время, за которое
распадается половина
количества
радиоактивного
изотопа. Это значение
является важнейшим
для
радиометрического
определениявозраста
горных пород.
346 Палеозойская
эраимезозойскаяэра
— последниестадии
развития Земли.
Кислород появился
в атмосфере Земли
в дыхательной форме
только после двух
миллиардов лет
развития планеты,
а животные с твердой
оболочкой — 600
миллионов лет тому
назад. Поскольку
более подробно мы
знаем недавнюю
геологическую эпоху,
диаграммы этого
периодаболее
обширньп
1 — возникновение
Земли, 2- древнейшие
известные горные
породы на Земле,
3- предположительное
возникновение жизни,
4 — появление
кислорода
в атмосфере (данные
в миллионах лет).
5-палеозой, б — мезо-
зой, 7, 8-кайнозой,
9-четвертичныйпе-
риод, 10-неоген, 11
— палеоген, 12-мело-
вой период, 13-
юрский период, 14-
триасовыйпериод,
15 — пермский период,
16- карбон, 17-девон,
18- силур, 19-ордо-
вик,20-кембрий.
цессы, мы сможем поставить на свое
месго и такие события в развитии Земли,
как,например, возникновение Альпского
массива, период жизни трилобитов,поя-
вление первых живых организмов на
Земле.
Определить точно возраст горных по-
род на Земле непросто. Для этого следует
установить количество первоначального
элемента и элемента (изотопа), возник-
шего в результате радиоактивного распа-
да. Определять возрасг горных пород
люди научились только после открытия
радиоактивности. На этом принципе ос-
нованы все методы определения так на-
зываемого абсолютного возраста.
Может быть, у кого-нибудь возникнет
вопрос, для чего людям нужно знать воз-
раст горных пород, отдельных геологи-
ческих образований, возраст Земли, Луны
и метеоритов? Не лишнее ли это?
Конечно нет. Посмотрите на рисунок
(рис. 346.), из которого следует, что боль-
шинство залежей нефти возникло в тре-
тичных горных породах, возраст которых
— 15 миллионов лет; большинство зале-
жей угля относится к карбонскому и перм-
скому периоду и насчитывает в среднем
30 миллионов лет. Среди железных руд
наиболее расширены принадлежащие
к докембрийскому периоду. Такова глав-
ная причина, по которой геологи и геохи-
мики определяют возраст горныхпород.
Определение возраста Земли — одна из
сложнейших глав в истории познавания
нашей планеты. В период, когда люди
осознали необходимость определения ее
возраста, большинство ученых считало
что Земля была „сотворена" сверхъес-
тественной силой. Появились даже по-
пытки высчитать ее возраст на основе
библийской истории. Однако каждый, кто
обладал минимальным даром наблюде-
ния, видел, что все геологические образо-
вания не могли возникнуть в столь корот-
кий срок (или быть „сотворенными").
Постепенно ученые склонялись к точке
зрения, что геологические силы, воздей-
ствующие на земную поверхность в на-
стоящее время, действовали и в прошлом,
и что в геологических процессах нет ниче-
го сверхъестественного. Они также поня-
ли, что сложные и медленные геологичес-
кие процессы не могли совершиться в те-
чение нескольких тысячелетий. По мере
роста познания „poc" и возраст Земли.
Если в XVII веке считали, что Земле 4000
лет, в половине XVIII века уже допускали
несколько десятков тысяч. А сегодня?
Считается (на основании многочислен-
ных доказательств и в первую очередь на
основе содержания радиоактивных эле-
ментов в горных породах), что возраст
Земли составляет 4,6 млрд. лет.
Когда мы говорим о возрасте Земли,
мы имеем в виду ее существование в ка-
честве самостоятельного тела, вероятно
отделившегося от остальной материи
в Солнечной системе. С тех пор Земля
развивается самостоятельно. Поэтому
любая горная порода на Земле должна
иметь меньше 4,6 млрд. лет. И это дей-
ствительно так. Геологи тщательно ра-
зыскивают более древние горные породы
и, тем не менее, в геологическом календа-
ре существует большой пробел именно
между началом истории Земли и самыми
старыми горными породами, которые бы-
ли найдены на поверхности планеты. Их
возраст определен в 3,6-3,7 млрд. лет.
В стороне остался миллиард лет,о кото-
ром не существует геологической инфор-
мации. Древние вулканические породы
рассказывают о вулканической деятель-
ности и ее характере в прошлом, осадоч-
ные породы говорят об условиях, бывших
в прошлом на дне морей, озер или рек.
Горные породы, насчитывающие
3,6 млрд. лет, встречаются на земной по-
верхности исключительно редко. Они бы-
ли найдены в Гренландии и в Южной
Африке. Возраст большинства горных
пород на Земле — меньше 3 млрд. лет.
Внимание геологов привлекает факт,
что даже самые древние горные породы,
насчитывающие, скажем 3 млрд. лет, ста-
рые породы и те породы, которые возни-
250

349 Очертания
континентов менялись
347 Развитие
отдельных
геологических
событий в этом
в течение
геологических
периодов и будут
меняться и в будущем.
Их сегодняшняя
форма — результат
последних миллионов
лет.
геологическом
разрезе передано
числовой
последовательностью.
Древнейшие горные
породы
— метаморфика (1)
пробиты гранитными
вкраплениями (2),
дислоцированными
тектоническими
движениями (3), далее
следуют отложения
(4), сопровождаемые
изливанием
350 Дельта реки По-
пример образующей
и уничтожающей
геологической
деятельности.
Огромное количество
материала,
приносимого реками
(Р— По, А- Адидже),
образует
многочисленные
магм атических
горных пород
и вкраплениями
лакколитного типа
($). Происходят
дальнейшие
тектонические
нарушения (6),
долговременная
эрозия (7)
и отложения (8).
В конце всего отрезка
геологических
событий (9, 10, 11)
настала
вулканическая
деятельность (12).
островки и суша здесь
как бы увеличивается.
Однако эта
колоссальная масса
отложений вызывает
медленное
погружение вморе
большой части
0 10 20 30
40 м
зво
дельты, включая
окрестности
знаменитой Венеции
125
100
348 Скорость
расширения
океанического дна
определяется на
основании
75
ф
$ 50
х
местонахождения
горных пород, возраст
которыхточно
определяется,от
срединно-океанического
хребта. Отдельные
прямые показывают
скорость расширения
в западной части
Тихого океана (А),
в южной части
Атлантического
океана (В), в северной
части Атлантического
океана (С), цветные
полосы — места
с одинаковой
магнетизацией.
Желтые полосы
I
в 25
к
z
3
3. 0
Матуяма
ГильбаДт
возраст в миллионах лвт
представляют
магнетизм,
противоположный
сегодняшнему
(реверсия), и имеют
свое собственное
обозначение
(Матуяма, Гильберт).
кают в наше время, весьма похожи друг на
друга. Если бы не было метода определе-
ния их возраста, мы с трудом могли бы их
различать. Это значит, что в их возникно-
вении принимали участие подобные, а,
может быть, и одинаковые процессы. Их
остатки можно найти в Канаде, в Сибири
и в других местах. Их состав точно со-
ответствует составу вулканических гор-
ных пород нашего времени. Поэтому воз-
можно, что такие вулканы, которые нам
известны сегодня на Камчатке, в Японии,
на Филиппинах, в Новой Зеландии или
в Исландии, стоящие на своих местах не
более 5 миллионов лет, сотни миллионов
лет тому назад были на месте сегодняш-
ней Канады, Сибири или Австралии.
И дельтовидные устья рек, как, например,
современный Нил или Амазонка, сущес-
твовали на земном шаре в геологическом
прошлом, задолго до того, как Африка
или Южная Америка стали независимыми
континентами. И озера, подобные ны-
нешнему Каспию, в геологическом про-
шлом не были исключением.
В движении
весь земной шар
Если на карте мира (рис. 341) отметить
все места землетрясений, проходивших,
скажем, за последние 20 лет, то Земля
предстанет перед нами разделенной ина-
че, чем мы привыкли видеть ее на гео-
графических или политических картах.
На огромных пространствах суши
и океанов нет никаких следов землетрясе-
ний, тогда как в других областях, соб-
ственно, узких длинных зонах, занимаю-
щих совершенно незначительную часть
земного шара, сосредоточено большин-
ство сейсмических очагов. Если просле-
дить за размещением очагов землетрясе-
ний в вертикальном направлении, можно
видеть,что и проекция в горизонтальной
плоскости не дает точную картину, что
землетрясения случаются лишь в ограни-
ченных зонах, в неких плоскостях (рис.
351). Факт, что землетясение ощущается
на большом расстоянии, в данном случае
оставим в стороне и будем заниматься
только теми областями, откуда землетря-
сения исходят. Наиболее важным, а для
человека без специального образования
и наиболее неожиданным является факт,
что большинство землетрясений возни-
кает под дном океанов. Через середину
всех океанов — Атлантического, Тихого,
Индийского — тянется зона землетрясе-
ний. Она совпадает с морфологическими
образованиями, называемыми срединно-
океаническими хребтами, имеющими по-
вышенную термоактивность. Было обна-
ружено, что именно в местах, откуда
исходят землетрясения, находятся подвод-
ные вулканы. Из недр Земли на океанское
дно изливается огненная масса базальто-
вой лавы.
На стыке Тихого океана с окружающи-
ми его материками находятся значитель-
ные зоны землетрясений, сопровождае-
мых вулканической деятельностью,
а в некоторых местах также повышенным
тепловым потоком.
Геофизики, изучающие магнитные
свойства горных пород океанского дна,
доказали, что магматические горные по-
роды образуют длинные линейные, оди-
наково направленные намагниченные
полосы, симметрично разложенные вдоль
срединно-океанического хребта. Это зна-
чит, что данные пояса горных пород име-
ют одинаковый возраст и извергались из
срединно-океанического хребта.
Срединно-океанические хребты — наи-
более важные структуры в строении зем-
ной коры. Одинаковое положение облас-
тей с повышенной вулканической дея-
тельностью, термоактивностью и сейсми-
ческой активностью привело геологов
к разделению мира на крупные образова-
ния — „плиты". Сейсмические зоны нахо-
дятся на границе плит. В соответствии
с представлениями, сформировавшимися
в 60 — 70-е годы нашего столетия, плиты
перемещаются в горизонтальном напра-
влении друг к другу, можно было бы
сказать — они плывут.
Гипотеза о дрейфе материков очень
стара и была высказана несколькими уче-
252
253

352 После окончания
ледникового периода
земная кора в месте
Скандинавии уже не
несла на себе массу
покрывавшего ее
ледника. Поскольку
кора и верхняя мантия
ведут себя как
исключительно
вязкие жидкости, кора
до сих пор
выпрямляется.
Цифры показывают,
насколько
сантиметров в год
поднимается
Скандинавиявверх.
Полужирные цифры
показывают поднятие
в см за год, цифры на
горизонталях дают
общее повышение
в местах со времени
отступления ледника.
351 Современные
геологи делят мир на
систему литосферных
плит. Их границы-
главные области
геологической
активности. На карте
отражен один из
вариантов
„плиточного
разделения" планеты:
1- эпицентры
землетрясений,
2 — активные вулканьr,
3 — Альпийско-Гима-
лайскаяколлизионная
352
дифференцируется, здесь происходит
плавление базальта, изливающегося на
дно океана, и возникает остаточная фаза
ультраосновной горной породы, образую-
щей нижнюю часть океанической земной
коры. Горные породы на океанском дне
подвергаются метаморфозе и вступают
в реакцию с морской водой.В некоторых
случаях происходит экстрагирование рас-
пыленных металлических частиц раство-
рами, находящимися у океанского дна,
351
зона,
4- субдукционная
зона,
5-срединно-океани-
ческие хребты.
А — Евроазиатская
плита,
Б-Северо-Американ-
ская плита,
Ц-Индо-Австралий-
ская плита
D — Филиппинская,
Š— Тихоокеанская,
F — Кокосовая плита,
G — плита Горда,
Н вЂ” плита Назца,
J — Êàðèáñêàÿ,
К вЂ” Южно-Американ-
ская,
Ь вЂ” Африканская,
М вЂ” Антарктическая
плита.
353
353 Высокие горы
имеют глубокие
корни: земная кора
под ними значительно
толще. На рисунке
изображена
изостатическая
модель английского
геодета Эйри.
ными в конце прошлого и начале нашего
века. Наиболее известной является уже
упоминавшаяся теория немецкого учено-
го Альфреда Вегенера, который считал,
что части материковой коры — континен-
ты (сиал) плавают на пластичной массе
(симе).
Однако современное представление
о плитах иное. Плиты не определяются
в химическом смысле слова, как это было
в отношении блоков Вегенера (более лег-
кий сиал, состоящий из силикатов, и более
тяжелая сима, состоящая из тяжелых си-
ликатов). Представление о них исходит
из их механическо-эластичных свойств.
Плиты являются твердыми (их называют
литосферными) и двигаются по пластич-
ному слою, называемому астеносфера.
Литосферные плиты могут нести на себе
как материковую, так океаническую ко-
ру. Толщина коры невелика (предел Мо-
горовичича находится на глубине 35 км),
так что они могут состоять как из мате-
рии коры так и из материи мантии. Таким
образом, места соприкосновения плит
представляют наиболее важные геологи-
ческие границы на земной поверхности.
Границы плит могут иметь двойной ха-
рактер. Близ срединно-океанических
хребтов, как показано на рисунке, плиты
расходятся в стороны. Такая граница на-
зывается дивергентной. Здесь образуется
новая материя океанского дна, возникаю-
щая из вещества, поднимающегося из
недр Земли, новая плита, которая движет-
ся в направлении от центра симметрично
в стороны. Возникшая таким образом
новая материя должна, для того, чтобы
Земля не увеличивалась, где-то исчезать.
Области, в которых она исчезает, на-
зываются конвергентными границами.
Здесь сближаются две литосферные пли-
ты и одна поддвигается под другую и по-
глощается. Такие области сталкивания
плит хорошо видны на карте сейсмичес-
ких очагов: здесь зарегистрирован уси-
ленный тепловой поток, встречаются вул-
каны, а в некоторых местах, где плиты
сталкиваются, но не поддвигаются, возни-
кают складчатые формирования, напри-
мер, альпийские и гималайские горные
массивы. Помимо этих зон, определяю-
щих границы плит, важную роль в теории
литосферных плит играют так наз. транс-
формные разломы, вдоль которых также
происходят крупные сдвиги. Их значение
для выравнивания перемещающихся ли-
тосферных плит видно на рисунке.
В этом, довольно сухом описании пере-
мещения литосферных плит скрыта, соб-
ственно, вся тайна современной геологии
-новая глобальнаятектоника,илитекто-
ника плит. Большинство остальных гео-
логических явлений можно сравнить
с перемещением. Посмотрим поэтому на
эту теорию с иной, более практической
стороны — с точки зрения круговорота
материи на Земле.
Срединно-океанические хребты — это
места, где возникает новая литосфера,
новая океаническая кора. Материя тут
поднимается из глубин мантии Земли,
и их выпадение в других местах. Так могут
возникать, например, месторождения
цветных металлов — меди, цинка и свинца.
В том месте, где встречаются две лито-
сферные плиты, происходит поддвигание
одной под другую или их сталкивание.
При этом развиваются важные геологи-
ческие процессы. Так, например, горные
породы плиты, поддвигающейся под дру-
гую, опускаются в область повышенной
температуры и давления и подвергаются
там метаморфозе. В них уменьшается
содержание воды, которая уходит
в верхнюю часть, где может вызвать
254

354 Метаболическая
система Земли весьма
в
354
256
257
изменения, ведущие даже к местному
плавлению пород. Вместе со сплавом
к поверхности поднимается вода и жидкие
составные части, такие как сероводород,
углекислый газ и другие. В результате
плавления тут возникают иные горные
породы, чем в срединно-океанических
хребтах. На поверхности появляются вул-
каны. В месте соприкосновения плит воз-
никают структуры, которые называются
островными дугами. В наше время таким
примером является „огненное кольцо"
вокруг Тихого океана. И там, где лито-
сферная плита, несущая на себе конти-
нент, соприкасается с простой океанской
литосферной плитой (пример — на стыке
океанской плиты с континентальной пли-
той Южной Америки), имеют место вул-
канические явления.
Эти явления в глубинах сопровождают-
ся образованием горных пород, которые
никогда не дошли до повехности Земли
в виде лавы и затвердели в виде плутонов
под поверхностью. В ходе последующих
геологических процессов могут появиться
складчатые формирования, вызванные
двумя столкнувшимися плитами и после-
дующей эрозией, и тогда такие горные
породы могут попасть на поверхность.
Столкновение плит или их расхождение
друг от друга в окраинных морях дает
ключ к механизму возникновения океан-
ских бассейнов или меньших окраинных
осадочных впадин. Там, где континент
граничит с океаном, но не проходит гра-
ница между плитами и не происходят
столкновения плит или поддвигания од-
ной плиты под другую (это, напр., край
Атлантического океана), возникают спо-
койные типы осадочных впадин, даже
создаются условия, благоприятные для
образования месторождений нефти.
Теория литосферных плит предлагает
геологам ряд удобных решений. Ввиду ее
простоты и благодаря ряду открытий,
сделанных после того, как они были пред-
сказаны, эта теория показала свои пре-
имущества по сравнению с более стары-
сложна.
Срединно-океаниче-
ские
хребты являются
местами выхода
материнверхней
мантии:
1-Срединно-Атлан-
тический хребет,
3-Восточно-Тихо-
океанский хребет.
Вместах
континентальных
шельфов
и вулканических
островных дуг
(Перуанско-
Чилийский желоб-2,
впадина Тонго -4)
происходит
погружение материи
в мантию Земли.
А — Северная
Америка,  — Европа,
С вЂ” Африка,
D-Þæíàÿ Америка.

357 Сила притяжения
Луны и Солнца
вызывает прилив
и отлив в морях
и океанах Однако
несмотря на
колоссальную массу
Солнца, его влияние
на водную
поверхность слабее,
чем влияние меньшей
по размерам, но
находящейся гораздо
ближе к Земле Луны.
При сложении
воздействия обоих тел
возникает
максимальный
эффект.
355 Европейский
континент
впалеозойскийпериод
имел иные очертания,
чем сегодня:
3 — материк,
1 — мелкое окраинное
море,
2-глубоководное
море.
Луна в третьей
четверти
новолуние
357
355
356
356 Геологическое
строение Европы
свидетельствует о ее
длительной истории.
Древнейшую часть
образуют Балтийский
и Украинский щиты
(Р). Каледонское
складкообразование
в началепалеозоя
образовапо первый
спой материка (К),
герцинское
складкообразование
в середине папеозоя-
следующий слой (Н).
Самая молодая часть
Европы возникла
в период апьпийского
складко образования
в третичный период
(А).
ми. Больше того, для подавляющей части
геологов она стала рабочей гипотезой при
поисках месторождений минерального
сырья. Тем, кто изучает атмосферу и ги-
дросферу, эта теория объясняет механизм
возникновения газовой и жидкой оболоч-
ки Земли, так называемую дегазацию
Земли.
Точно так же одним из важнейших
в геологии считается механизм складча-
тых формирований и возникновения ги-
гантских горных массивов, который
в прошлом было трудно объяснить. Клас-
сические теории не могли дать ответ на
многие явления, наблюдавшиеся в таких
массивах, как Альпы, Динарское нагорье,
Кавказ или Гималаи. Здесь происходит
смятие огромных комплексов горных
пород, сопровождаемое надвиганием це-
лых геологических частей на многокило-
метровые расстояния. Если для объясне-
ния этих явлений использовать принципы
тектоники плит, когда сталкиваются две
плиты, несущие континенты, то боль-
шинство процессов этого типа получает
логическую закономерность. Поэтому
в настоящее время большинство геоло-
гов считает, что Гималаи возникли в ре-
зультате. столкновения плиты Индийско-
го полуострова с Евразиатской плитой.
Земля и ее соседи
B предыдущих главах мы уже показали,
как взаимозависят отдельные части пла-
неты, как они двигаются и обмениваются
материей и энергией.
Земля является составной частью дру-
гого, большего целого — планетной систе-
мы звезды Солнце. Энергетический об-
мен между Землей и Солнцем имеет
огромное значение, ибо без солнечной
энергии многие геологические процессы
бы остановились или проходили бы в иной
форме. Количество энергии, принимае-
мой Землей от Солнца, более чем в 6000
раз больше, чем энергия, производимая
,самой Землей. Но Земля связана с внеш-
ним миром иначе: атмосферу Земли, ее
самые верхние слои покидают молекулы
и ионы водорода, поскольку Земля не
способна удержать их в своем гравита-
ционном поле. На Землю падают из Кос-
моса метеориты, космическая пыль и за-
ряженные частицы космического излуче-
ния. Ясно, что здесь происходит еще один
вид обмена веществ — передача тепла
и материи.
Механическое воздействие тел Солнеч-
ной системы также имеет значение для
Земли. Здесь мы имеем в виду не неопре-
деленное воздействие небесных тел, но
измеримые движения Земли, колебания
морской поверхности и движения самого
верхнего слоя земной коры под влиянием
остальных членов Солнечной системы.
Спутник Земли — Луна и звезда Солнце
весьма сильно влияют на движение всей
материи на Земле. Движения подчиняют-
ся общим законам притяжения. Это явле-
ние известно жителям приморских горо-
дов и тем, кто приезжает к морю отды-
хать, как прилив и отлив. Еще древние
мореплаватели, например, финикийцы,
использовали прилив и отлив для входа
в свои защищенные порты. В настоящее
время люди думают о том, как огромную
силу, двигающую воду океанов, поставить
себе на службу, как заставить энергию
приливов и отливов производить электри-
ческую энергию. Знание приливов и отли-
мышленного рыболовства. Жители ост-
ровов Тихого океана используют эти
тровов Тихого океана используют эти
явления для сбора пищи. Сила прилива
и отлива зависит от положения Солнца
и Луны. В некоторых местах на Земле
разница между высотой прилива и отлива
достигает многих метров. Рекорд принад-
лежит заливу Фанди Бэй в Северной Аме-
рике у берегов Новой Шотландии, где эта
разница составляет 16 метров.
Из известных законов притяжения,
сформулированных более 250 лет тому
назад Исааком Ньютоном, следует, что
влияние Луны на величину прилива
и отлива более чем в два раза превышает
влияние Солнца, масса которого хотя во
много раз больше, однако от Земли оно
находится гораздо дальше. Помимо дви-
жения морской поверхности, силы притя-
жения Луны и Солнца вызывают также
деформацию твердого тела Земли. Это
влияние не так видно с первого взгляда,
однако чувствительные приборы могут
ero зарегистрировать. Вся Земля под
влиянием Сонца и Луны как бы раздувает-
ся, и разница между состоянием во время
прилива и отлива земной коры в Европе,
например, составляет около 20см. Из
положения Солнца и Луны по отношению
к Земле очевидно, что величина прилива
и отлива неодинакова. Крайние значения
видны на рис. 357.
На Земле происходит много явлений,
вызываемых притяжением Луны и Солн-
ца. Помимо того, что уже было описано,
было доказано влияние прилива и отлива
на продолжительность дня и на замедле-
ние вращения Земли вокруг своей оси.
Это явление называется приливным тре-
нием. Оно проявляется, например, на дне
океанов между океанической земной ко-
рой и водами, движущимися в результате
воздействия сил прилива и отлива, что
вызывает изменение скорости вращения
Земли в ходе геологических эпох. Со дня
на день его заметить нельзя. Поскольку
вращение замедляется, день удлиняется
всего лишь на секунду за сто тысяч лет.
Палеонтологи, изучающие остатки жи-
вотных, живших в давно минувшие време-
на, нашли доказательства того, что в дав-
них геологических эпохах, например, в де-
вонский период палеозойской эры, день
длился всего 22 часа, а год насчитывал
около 400 дней. Это удалось доказать на
основе изучения развития некоторых ис-
копаемых животных, имевших не только
годовые зоны роста (что известно каждо-
му по годичным кольцам на деревьях),
но и дневные.
258
259

Минеральное сырье
Не проходит дня, чтобы самые разно-
образные средства информации не сооб-
щали, что перед человечеством стоят про-
блемы. То говорят о нефти, то об олове,
здесь — о почве, там — о недостатке хоро-
шей питьевой воды. Проблем действи-
тельно много и люди на Земле должны
решать их сами. В первую очередь, они
должны подробно знать свою планету
— Землю, а также своих соседей по Космо-
су, должны понять роль всех механизмов
в литосфере, атмосфере, гидросфере,
биосфере, должны понять процесс обмена
веществ планеты, образование гор
и океанских впадин, чтобы разобраться
в том, как возникают месторождения ми-
неральных полезных ископаемых. Люди
должны постичь, как образуется почва
и воздух, уметь оценивать возможности,
предоставляемые людям для питания су-
шей и морем, знать, как эксплуатировать
энергетические источники и месторожде-
ния полезных ископаемых.
Почти невозможно ответить однознач-
но на вопрос, достаточно или недостаточ-
но сырья на Земле. Ответ должны дать
совместно экономисты, политики, геоло-
ги и технологи. Одни могут заявить, что
запасы полезных ископаемых будут скоро
исчерпаны, оптимисты же подчеркнут тот
,, факт, что каждая горная порода, скажем,
базальт, содержит определенное количес-
тво металлическиМ элементов, поэтому
, в будущем „обычные горные породы" мы
будем использовать для получения ме-
таллов.
В этой части книги, в которой мы будем
, заниматься практическими потребностя-
ми человека — запасами и источниками
' полезных ископаемых, сразу же встает
. сложная проблема: что такое, собствен-
но, источники и запасы минерального
сырья? Геолог ответит, что запасы — это
такое количество минерального сырья,
которое при данном состоянии техноло-
гии и цены энергии можно добывать
и использовать для производства различ-
ных материалов, скажем, для производ-
ства железа или энергии. В этом опреде-
ленин много переменных факторов, со-
держание которых за многолетнюю исто-
рию человечества значительно измени-
лось. Посудите сами. Был ли кусок черной
урановой руды для человека, жившего
в первобытно-общинном обществе, ре-
зервом или источником энергии? Конеч-
но, нет! А вот кусок метеоритного железа
или кусок лимонита (оксид железа), из
которого можно было добыть два кило-
грамма ковкого металла, представлял для
человека в эпоху неолита уже резерв.
Общепринято, что воздух, вода и почва
являются самыми важными естественны-
ми источниками. Такие источники назы-
ваются „возобновляемыми". Еще один
возобновляемый источник представляют
леса, хотя может случиться (чего никто из
нас совсем не желает), что какой-то вид
леса с определенным видом деревьев ока-
жется уничтоженным без возможности
восстановления.
Минеральное сырье относится к нево-
зобновляемым источникам. Разработка
определенного месторождения ведет
к его истощению и, наконец, там остается
лишь углубление в земле и горы пустой
породы вокруг. Но невозобновляемый
источник не означает незамещаемый.
К незамещаемым элементам относятся
те, которые необходимы для жизни, для
прохождения основных биологических
реакций. Это водород, кислород, углерод,
азот, кальций, фосфор, хлор, калий, сера,
натрий и магний. Эти элементы действи-
тельно незаменимы и, к счастью для чело-
вечества, их запасы неисчерпаемы (кроме
кальция, в большом количестве исполь-
зуемого в современном сельском хозяй-
стве, и фосфора, из-за истощения запасов
которого в будущем могли бы возникнуть
проблемы).
Кроме этих, совершенно необходимых
для жизни элементов, люди используют
также элементы, которые кажутся неза-
менимыми при данном состоянии техни-
ки, например, медь, как хороший провод-
ник, без которой трудно представить себе
развитие электроники, никель, хром,
вольфрам, которые добавляются в сталь.
Следует, однако, заметить, что и эти
261
KX. ЧЕЛОВЕК
И ИСТОЧНИКИ СЫРЬЯ
. 358 ?~елью практической деятельности геологов являются
поиски источников минерального сырья, без которого не может
обойтись человеческое общество. Поскольку же запасы
ископаемых конечны и невозобновимы, перед современной
геологией стоит настоятельная проблема поиска новых
источников энергии.

6О
359 Запасы полезных
ископаемых конечны
и их количество
р 60
а
л
z
z
о
Т
о
Y
с, го
отвечает количеству
данного элемента
в земной коре. На
вертикальной оси
отмечены запасы
отдельных металлов
в США, на
горизонтальной оси-
их количество
в земной коре.
362
1,5 %
1,О
0,5
361 Добыча металла
из руды требует
определенного
количества энергии.
Руду необходимо
отработать,
переправить,
раздробить,
обогатить,
переплавить в металл.
Количество
потребляемойэнергии
тем больше, чем руда
беднее. Рисунок
показывает, какое
количество энергии
необходимо для
производстваодной
тонны меди из руды
разного качества.
Содержание меди в Руде
361
О,О1
1,О
О,ООООО1 О,ООО1
359
360 Добыча
полезньтхископаемых
ведетсясовремени
появления общества
до наших дней.
Средневековое горное
дело оказало
значительное влияние
360
на развитие городских
ремесел. Несмотря на
примитивные методы
добычи в тот период
в Центральной Европе
было получено
значительное
количество серебра
и цветных металлов.
362 Современная
добыча меди
невозможна без
взрывов, гигантских
машин, транспортных
установок и большого
количества энергии.
Руды
263
262
металлы кажутся незаменимыми лишь
сейчас, то есть временно, о чем свидетель-
ствует пример со ртутью. Ртуть — един-
ственный металл, который при нормаль-
ной температуре находится в жидком сос-
тоянии и при этом хорошо проводит элек-
тричество. Казалось бы, что именно бла-
годаря этим своим качествам он незаме-
ним, поскольку нет другого жидкого
Находится в земной коре в %
и проводящего металла. Но у ртути есть
один большой недостаток: она ядовита и,
кроме того, очень редко встречается
в природе. В ХХ столетии большинство
хороших месторождений ртути было ис-
черпано. Катастрофа? Нисколько! Кажу-
щийся кризис был решен с помощью
полупроводников, которые заменили
ртуть даже там, где это и не предполага-
лось. Вполне вероятно, что так будет
раньше или позже со всеми „незаменимы-
ми элементами" — будут найдены способы
их замены. Есть, однако, некоторые виды
сырья, например, железо, замену кото-
рым действительно трудно сейчас себе
представить. Но их запасы столь велики,
что думать об этом пока нет необходи-
мости.
Несколько столетий тому назад средне-
вековые горняки подходили к руде совсем
с другими требованиями, чем в наше вре-
мя. Для того, чтобы добыча была рента-
бельной, в руде должно было быть много
металла, а залегать она должна была на
небольшой глубине. Идеальной была бо-
гатая рудная жила. Руду добывали в узких
штольнях и вручную сортировали под
землей, чтобы вынести на поверхность
только самые ценные куски. Но количес-
тво добытого так металла было очень
невелико. Идеальная руда второй полови-
ны ХХ века совсем другая: она беднее по
содержанию металла, но месторождение
велико по объему. Лу ~ше всего, когда ее
можно набирать ковшом экскаватора
и вывозить на огромных думперах из
штреков, широких, как железнодорож-
ный туннель, хотя и такой метод добычи
связан с определенными трудностями.
Посмотрим, однако, что понимается
под термином „руда" в ХХ столетии. Это
понятие со временем менялось. Напри-
мер, медь: в 1925 году рудой считалась
такая горная порода, которая содержала
в среднем 2,5 '/о меди. Ее было выгодно
добывать, производить из нее медь и про-
давать металл. Несколько позже стали
добывать руды с более низким содержа-
нием меди, поскольку по мере развития
промышленности и использования элек-
троэнергии возросло и потребление этого
металла. В настоящее время в среднем
в мире добываются такие горные породы,
которые содержат 0,7 '/о меди, поскольку
потребление меди возросло во много раз
и эта тенденция продолжается. Соответ-
ственно растет и цена. Что означает сни-
жение содержания меди в руде, видно на
рисунке. Это оборотная сторона медали.
Для того, чтобы получить тонну металла
из богатой руды (2,5 /о), необходимо за-
тратить определенное количество энер-
гии, а для того, чтобы получить такое же
количество из бедной руды (0,7 '/о), энер-
гии нужно в три раза больше. Кроме того,
при использовании бедных руд необходи-
мо переместить колоссальное количество
материала, построить новую транспорт-
ную сеть, использовать гигантские авто-
машины с большим потреблением горю-
чего. Разработки медной руды оставляют
экологические поспедствия в природе.
Еще более сложные проблемы сопровож-
дают добычу оловянной руды. Сегодня
добываются руды почти в 50 раз более
бедные, чем в начале нашего века. Цена
металлов на мировом рынке высока. Но
посмотрите на таблицу, (стр. 361) и вы
поймете, сколько факторов ее создают.
В этой области часто встречаются гео-
логи и экономисты. Торговля полезными
ископаемыми и энергией ведется очень
оживленно. Поэтому геологи интере-
суются вопросом прогноза потребления
и исчерпания запасов и источников энер-
гии. При этом исходят из того качества
руд, какое добывается в настоящее время.
Еспи в будущем мы будем добывать более
бедные руды (хотя бы у некоторых метал-
лов), тогда срок исчерпания запасов мине-
рального сырья, о котором мы будем
говорить ниже, значительно продлится.
Но, одновременно, это означает повыше-
ние капиталовложений и увеличение по-
требления энергии при обработке.
Начнем с самого обычного металла
— железа, известного человеку уже много
тысячелетий, без которого мы еще очень
долго не сможем обходиться. В настоящее
время геологам известны месторожде-
ния, которые обеспечат нас железом на
250 лет, и нет сомнений в том, что будут
открыты новые запасы. Конечно, это
широко распространенный металл, одна-
ко следует заметить, что ero производ-
ство, как и производство других металлов,
обходится значительно дешевле, когда
используется также вторичное сырье (то
есть металлолом).
Но если прогнозы запасов железных
руд выглядят благоприятно, металлы, ко-
торые добавляются в сталь — ванадий,
молибден, вольфрам, марганец — встре-
чаются гораздо реже и их разведанных
запасов хватит всего на несколько десят-
ков лет. Исключением является хром — за-
пасов хромовых руд хватит на 500 лет,
хотя и в данном случае существуют про-
блемы. Дело в том, что крупные место-
рождения встречаются в очень немногих
местах. Остальные страны должны хром
импортировать, поэтому хром может
стать орудием политического нажима.
Другим широко встречающимся и ис-
пользуемым металлом является алюми-
ний. Запасы алюминиевых руд практичес-
ки неисчерпаемы, однако для его произ-
водства требуется много электроэнергии,
поэтому обычно он производится там, где
много дешевой энергии.
Остальные металлы, к которым отно-
сятся цветные металлы — свинец, цинк,
медь, олово — очень редки и большинство
известных месторождений (при том со-

363 Для залегания
нефти в земной коре
должны быть созданы
соответствующие
геологические
условия. Часто
говорят о нефтяных
ловушках. Это седла
антиклинальных
складок
с непроницаемой
кровлей,
удерживающей не
только нефт~ (&g
и воду (2), но
и природный газ под
определенным
давлением.
Нефтяными
ловушками бывают
и пористые осадочные
породы, которые на
рисунке для
наглядности
препарированы.
365 Запасы энергии,
заключенные
в солнечных
„консервах"-
ископаемом
топливе, являются
конечными.
Соотношение между
мировыми запасами
угля, природного газа
и нефти иллюстрирует
рисунок (данные
в тепловых
киловатт-часах).
держании металла, добыча которого еще
рентабельна) будет исчерпано до конца
этого века.
Поэтому весьма вероятно, что граница
содержания металла в рудах будет сни-
жаться, потребление энергии — повы-
шаться, а вместе с этим будет повышаться
и цена этих металлов. Здесь следует за-
дать вопрос: где граница получения ме-
таллов из бедных и беднейших руд и даже
из обычной горной породы? Ведь, напри-
мер, тонна базальта содержит 70 кг желе-
за, 170 кг окиси алюминия, 20 кг натрия,
1/2 кг меди и т. д. Можно добыть эти
металлы?
Технологическая граница практически
не существует: из каждого килограмма
горной породы можно получить все со-
держащиеся в ней металлы, но за цену
колоссальных расходов, в первую очередь
энергии. Поэтому большая часть про-
блем, связанных с рудным сырьем для
производства строительных материалов,
керамики, искусственных удобрений, свя-
зана также с энергией. Рудное сырье и его
использование нельзя отделить от энерге-
тического сырья — и наоборот.
Ископаемое топливо
Для того, чтобы узнать, как светило
Солнце много миллионов лет тому назад,
достаточно затопить углем или нефтью.
Это минеральное сырье — консервы сол-
нечной энергии. Процесс фоссилизации
проходил исключительно медленно даже
с точки зрения геологического времени.
Остатки растений, лежащие могучими
пластами, подвергались высокому давле-
нию, температурным и химическим изме-
нениям. Из них уходило большое количес-
тво воды и жидких соединений. Сначала
из остатков растений образовался лигнит,
потом бурый уголь и, наконец, каменный
уголь — антрацит. При этом процессе во
все меньшем количестве материи концен-
трировалось все большее количество
энергии. Геологические условия возник-
новения угля были особыми, специфичес-
кими. Так, растительные остатки не дол-
жны были гнить, должны были быстро
покрываться слоем осадочных пород,
очень недолго соприкасаться с атмосфе-
рой и т. д. Условия возникновения другого
вида консервированного Солнца — иско-
паемого топлива — нефти, были еще более
специфичными, чем у угля. И в этом
случае органические остатки должны бы-
ли быть защищенными от окисления,
в результате химических реакций в орга-
нической материи образовались газ
и нефть, а поскольку эти вещества жид-
кие, они могли накапливаться только
в подходящих структурах — в порах оса-
дочных горных пород, слои которых не
должны были двигаться при процессах
горообразования. Нефть, газ и вода, кото-
рая часто держит нефть в горных породах,
при таких движениях могли бы уйти.
Точно так же температура не должна
была повышаться, иначе нефть превра-
щалась бы в мало полезную углеродистую
массу. Все эти условия в земной коре
существуют, о чем свидетельствуют сотни
месторождений нефти, найденных на ма-
териках и на окраинах материков.
Использование угля было известно уже
в древнем Китае, как об этом свидетель-
ствует Марко Поло, однако огромный
размах его добычи и испольозования на-
стал в Европе и в США в XIX столетии.
Именно на основе использования угля
возникли развитые промышленные стра-
ны — Германия, Англия, США. Несколько
лет тому назад стало казаться, что нефть
полностью заменит уголь. Конечно,
нефть чище, лучше горит, не дает столько
продуктов сгорания, сама вытекает из
недр Земли. Однако взгляд на таблицу,
показывающую, сколько энергии доступ-
но в известных запасах нефти и сколько ее
скрывают в себе известные запасы угля,
доказывает бесспорное преимущество
угля. Уголь и лигнит составляют 88,8 %
энергии, получаемой из ископаемого топ-
лива. Нефть, природный газ и остальные
виды топлива составляют неполных
12 %.
Где искать залежи
минерального сырья
Когда мы давали определение место-
рождения полезных ископаемых, не было
ясно, какой выразительной чертой такое
месторождение отличается в земной коре.
Среднее содержание металла, например,
ртути, урана, серебра или свинца в земной
коре низко — у свинца оно составляет 12 г
в тонне породы, у хрома — 110 г, у рту-
ти — 0,09 r, у вольфрама — 1,1 г. Для то
го, чтобы добывать свинцовую руду, в тон-
не отбитой породы должно содержаться
около 40 кг свинца, в таком же количес-
тве породы — 1 кг ртути, или 4,5 кг воль-
фрама. 1~роме того, такой отбитой поро-
ды на месте добычи должно быть столько,
чтобы экономически было выгодно по-
строить здесь завод. Таким образом, кон-
центрация металла представляет вырази-
тельное отклонение от среднего содержа-
ния в горной породе.
Поиски месторождений минерального
сырья имеют свои общие логические пра-
вила. Даже самый несведущий человек
не будет искать соль в граните — это „гео-
логическая бессмыслица". Соль ищут на
морском побережье или в горных поро-
дах, возникших в море. Уголь никто не
ищет там, где встречаются изверженные
горные породы. Люди, занимавшиеся по-
исками полезных ископаемых в средние
века, предшественники современных гео-
логов, заметили связь между встречае-
мостью минерального сырья и комплек-
сами горных пород. Так, например, оло-
вянные руды никогда не встречаются в ба-
364 Уголь возник
в периоды, когда
климат на Земле
носил благоприятный
характер. Слева-
примеруголыюго
бассейна, возникшего
в конце палеозоя,
в который
периодически
проникала морская
вода, справа-
уголъныйбассейн
третичного периода,
возникший
в пресноводном озере.
Условием
возникновения угля из
растительных тел
было занесение
бассейна илом
и песком. Эти
осаждения,
окрашенныечерной
краской,
образовывали пустую
породу, которая при
добычи угля должна
быть вскрыта
и отстранена. То, что
природа создавала
миллионы лет, горные
механизмы добудут
в течение нескольких
десятков лет.
265

366 Теория
литосферных плит
объясняет
и метаболизм планеты
Земли, предсказывает
места возникновения
цинк
мель сереб~&
ЗОЛОТО
свинец
368 Рудные жилы
возникают путем
кристаллизации
горячих растворов
в ослабленных зонах
или трещинах. На
рисунке видно, как
такая кристаллизация
происходила: сначала
возникла оловянная
руда касситерит (4)
и вольфрамовая руда
вольфрамнт (5),
потом трещина
заросла кварцем (3)
и только в конце
в оставшихся пустотах
выросли кристаллы
фторида и шеелита.
Интересно отметить,
что горячие растворы
воздеиствовали ина
окружающий гранит
(1) и превратили его
в грейзен (2).
соленые колпаки
и нахождения
полезных
ископаемых. Это
хорошо видно на
рисунке,
изображающем
срединно-океанический
хребет, активный
континентальный
шельф и пассивные
шельфы.
366
369
369 Некоторые
горные породы легко
поддаются
разложению или
вдавливанию рудными
составными частями,
поднимающимися из
глубин земной коры.
Таким хорошим
коллектором руд
являются, например,
карбонатные горные
породы — известняки.
На рисунке черной
краской отмечены
цинковые руды.
367 Горячие источники, которые встречаются вокруг погасших или активных
вулканов, обычно возникают из дождевой — метеорной воды, которая
к магматическим очагам и в недра Земли попадает через систему трещин.
з альтовых породах, а всегда связаны
с гранитом, а хромитовую руду около
гранита не найти — она встречается только
совместно с глубинными изверженными
породами „базальтового" состава.
Все это эмпирические открытия. Тео-
ретические объяснения возникновения
и встречаемосги месторождений мине-
рального сырья сложнее. В них входят
физические и химические аргументы, по-
ведение элементов при плавлении, в ходе
возникновения растворов в земной коре
и в мантии Земли. В некоторых место-
рождениях важную роль играют процес-
сы выветривания, метаморфизм, среда
и ее механические свойства.
В средние века и позже основную роль
играли рудные жилы и россыпи (рис. Зб7).
Рудные жилы возникали в результате
гидротермальной деятельности. Этот
процесс очень сложен и представить ero
себе можно на примере возникновения
горячих источников или гейзеров. По-
верхностная вода (скажем, дождевая)
проникает на глубину нескольких сотен
метров и даже километров, где согревает-
ся, соприкасается с горячими магматичес-
кими горными породами или с раствора-
ми, освобождающимися из кристалли-
зующейся магмы. Горячая вода раство-
ряет и извлекает металлические элемен-
ты из горных пород. В другом месте,
обычно в более мелких областях земной
коры, куда горячий раствор поднимается,
содержание, растворенное в воде, при
более низкой температуре и давлении
выпадает, оставаясь в трещинах или по-
ристых горных породах.
Так возникает гидротермальное место-
рождение. В настоящее время на дне
океана в районе Срединно-Атлантичес-
кого и Срединно-Тихоокеанского хреб-
тов, а также у Галапагосских островов,
наблюдалось образование рудных накоп-
лений.
Там бьют со дна горячие источники
воды с большим содержанием серы, во-
круг которых осаждаются сульфиды же-
леза, меди и других элементов. Многие
ученые считают, а новейшие исследова-
ния подтверждают, что горячая вода, ко-
торая выходит из морского дна, „является
морской водой, которая проникла через
горные породы морского дна, экстраги-
ровала из них рудные части и на другом
месте их складывает". В других гидротер-
мальных месторождениях ясно видно, что
1
вода освобождается вместе с рудными
компонентами прямо из магмы и образует
вокруг нее жилы и жилки.
Гидротермальные жилы и месторожде-
ния имеют обычно весьма богатые части.
Однако они невелики, поэтому полезные
ископаемые здесь добываются в шахтах,
которые часто достигают большой глуби-
ны. Жилы могут быть сантиметровые, но
и метровые. В гидротермальных жилах
обычно встречаются руды свинца, цинка,
меди, серебра, золота, мышьяка, висмута,
урана, вольфрама, олова и ртути. Жилы
и гидротермальные залежи весьма измен-
чивы, вследствии чего результаты добы-
чи не всегда такие, как хотелось бы.
Родственным типом гидротермальных
месторождений являются распыленные
месторождения, которые также возникли
при участии жидких частей, например,
воды. Наиболее известными и разыски-
ваемыми являются распыленные залежи
меди. Они связаны с вулканической дея-
тельностью и образованы вулканически-
ми породами, которые кристаллизова-
лись неглубоко под поверхностью. В та-
ких породах находятся вкрапления зерен
сульфидов меди. Такие залежи бывают
весьма обширными, однако содержание
меди в них довольно малое. Поэтому
приходится добывать огромное количес-
тво материала, который потом дробится
и сложно обрабатывается. Однако откры-
тый способ добычи с помощью экскавато-
ров до сих пор считается наиболее произ-
водительным.
Самыми лучшими для добычи являются
залежи, возникшие в результате осадоч-
ной деятельности, например, известняк,
используемый при производстве цемента,
266
267

372 Современные
поиски руд ведутся
и с помощью
геохимических
370 Разрезвулкана
является
одновременно
и разрезом медных
„порфировых руд",
показывает
сопроводительные
черты вулканической
н послевулканической
деятельности. Видна
зона сильных (5, б)
гидротермальных
методов.
Месторождение,
закрытое наносами
и отложениями,
проявляется
повышенным
содержанием
основного элемента
372
в почве. На основе
таких данных
проводятся более
детальные
исследования.
373 Эффективным
методом поиска
месторождений
полезных ископаемых
является старинный
проспекторскнй
способ промывки:
нерастворимый
минерал (не
обязательно только
золото)
концентрируется
в поточных
З7О
преобразований, где
бывают богатые
залежи меди (4, 5). Но
только денудация (3),
длительное истирание
и шлифование
вулкана (2),
обозначенное белой
линией новой
поверхности,
открывает
месторождение.
Вулкан связан
с субвулканическими
(плутоническими)
горньгми породами
(1).
осаждениях, которые
промываются
в специальных ситах.
На рисунке красным
цветом отмечены
места успешных
находок, на основании
которых можно было
обозначить
371 Добыча
полезных
ископаемых,
например, песка для
стекольной
промышленности,
оставляет глубокие
и трудно
ликвидируемые следы
в окружающей среде.
протяженность
рудоноснойжнлы.
27r
Ресурсы
и запасы моря
извести, а в сельском хозяйстве — в качес-
тве удобрения. Сплавленные илы, возни-
кающие при выветрив анин гранитов,
образуют залежи глин, которые подходят
для керамического производства или для
производства фарфора (каолин). Чистый
песок используется в производстве стек-
ла. Однако в осадочных породах можно
найти и залежи меди, а также железа.
Большинство добываемых в настоящее
время железных руд происходит из оса-
дочных месгорождений примерно одина-
кового возраста — они находятся в докем-
брийских слоях. Об этих месторождениях
в геологической литературе говорится,
что процессы в докембрийский период,
когда содержание кислорода в атмосфере
было ниже, чем в наше время, позволяли
переносить окислы железа в мелкое в то
время море, где железо выпадало из рас-
твора. Так, большинство советских руд
с Украины, индийские и бразильские руды
возникли в один и тот же период развития
Земли.
Как искать залежи
минерального сырья
Простые примеры, с помощью которых
мы объясняли связь между некоторыми
месторождениями минер апьного сырья
и их материнскими горными породами
(связь железных руд с докембрийскими
горными породами мелкого моря или
связь распыленных медных руд с вулкани-
ческими горными породами андезитного
состава), предсгавляют основу поисков
залежей полезных ископаемых. Однако
недостаточно знать только взаимозависи-
мости между горными породами и место-
рождениями. Нужно хорошо понимать
геологические соотношения на данной
территории и ее геологическое развитие.
Так, например, у упомянутых железных
руд необходимо знать не только возраст
слоев, в которых ведутся поиски, но
и уметь определить на основе геологичес-
ких и петрографических данных, возник-
ли ли горные породы в глубокой или
мелкой морской среде. Y вулканических
пород необходимо знать как состав, так
иприблизительнуюглубинукристаллиза-
ции горных пород. Помимо этих общих
геологических знаний существуют также
методы, как на подающей надежды тер-
ритории локализовать месторождение.
На страницах этой книги мы уже пока-
зали, как горные породы проявляются
своими основными физическими свой-
ствами: например, минералы, содержа-
щие большое количество железа и окис-
лы железа (магнетит, гематит), даже
сульфиды железа ясно отличаются от
осгальных горных пород своими магнит-
ными свойствами. Исследуя такую терри-
торию с помощью магнитных „весов"
и других приборов, регистрирующих ин-
тенсивность и направление магнитного
поля, можно обнаружить полосу сильных
магнитных горных пород на геофизичес-
кой карте магнитных аномалий даже тог-
да, когда они бывают покрыты многоме-
тровым слоем песка и глины.
В других случаях измеряется земное
притяжение — ускорение силы тяжести.
Если под поверхностью находятся горные
породы с большей удельной плотностью,
например, породы, содержащие большие
концентрации тяжелого минерала хроми-
та, тщательное измерение ускорения си-
лы тяжести покажет, что „притяжение"
в данном месте больше. Места с легкими
горными породами обладают меньшим
ускорением силы тяжести. В таких слу-
чаях можно обнаружить месторождения
на довольно большой глубине, поскольку
и там проявляется нерегулярность грави-
тационного поля. Геофизики могут даже
рассчитать размеры таких тел. Но с по-
мощью этого метода можно искать также
места с более низкой удельной плот-
ностью, в частности в осадочных ком-
плексах, поскольку именно там могут
находиться залежи нефти или газа. Изме-
рение электротоков в земной коре
— сложный метод, но часто приносит
прекрасные результаты. Так, горные по-
роды, содержащие сульфиды, лучше про-
водят электричество, чем горные породы,
не содержащие серу, да и места с повы-
шенным содержанием воды более элек-
тропроводны, чем места с низшим содер-
жанием. Все это свойства, которые ис-
пользуются при локализации руд.
Можно также использовать химические
свойства. Мы уже сказали, что рудное
месторождение по содержанию метапла
во много раз превышает среднее содержа-
ние в обычных горных породах., Но по-
скольку горные породы и руды выве-
триваются, преобразуются, элементы
из сильной концентрации попадают
в окрестности. Вода растворяет состав-
ные части руд, поэтому случается, что
источник или речная вода в районе зале-
жей имеет повышенное содержание ме-
таллов и сопровождающих их соединений
по сравнению с водой на территории, где
такой концентрации нет. Поэтому геохи-
мики берут образцы воды, с помощью
чувствительных приборов определяют
содержание металлов в ней и выявляют
так районы с повышенной концентрацией
металлов. Часто случается, что содержа-
ние металлических составных частей в по-
токе выпадает в осадок, в особенности
в присутствии глинистых минералов, ко-
торые обладают способностью принимать
в свою структуру ионы других элементов,
или таких составных частей, как органи-
ческие остатки растений, которые могут
играть роль сорбента.
Элементы рудных месторождений или
распыленных залежей попадают в почву,
анализ которой также может помочь ло-
кализовать повышенное содержание ис-
комых веществ. Из почвы такие рудные
элементы могут попасть в растения, в ко-
торых таким образом концентрируется
какой-то металл. Если такие растения
сжечь, в пепле можно обнаружить повы-
шенное содержание того или иного эле-
мента. Ясно, что геохимик, ведущий поис-
ки, нуждается в помощи многих специа-
листов. Например, единственная аккуму-
ляторная батарея, выброшенная в речку,
может привести к тому, что геолог будет
тщетно искать в этом районе залежи
свинца, если будет руководствоваться
только анализом воды. То же самое отно-
сится и к другим металлам. Поэтому он
должен знать геологические, геохимичес-
кие и геофизические данные, чтобы ска-
зать, что в данном месте предполагает
наличие руды. И только после тщатель-
ных лабораторных исследований, изуче-
ния данных геофизических измерений
и геологических работ можно начинать
бурение, которое проверит и подтвердит
предположения геолога о наличии мине-
рапьного сырья. И еще нужно сказать, что
из тысячи найденных мест только около
сотни заслуживают более подробного ис-
следования и лишь на двадцати из них
можно вести разработки.
Помимо поверхности континентов, че-
ловек в течение всей своей истории ис-
268
269

376 Добыча нефти со
дна моря стала сегодня
обычным делом, хотя
расходы на поиски
и добычу во много раз
превосходят суммы,
затрачиваемые на те
же цели на суше.
Нефть, добьггая со дна
моря, часто помогает
восполнить
недостатокэтого
374 Добыча
марганцовых
конкреций
с океанского дна
находится пока еще
в стадии исследований
и технологических
опытов. Поскольку
содержание металла
в них очень высоко,
этот способ добычи
в будущем будет
развиваться. Слева—
сегодняшний метод
сгребанияконкреций,
справа — проект
модернойустановки
для
высокопроизводи-
тельнойдобычи.
375 Континенталь-
ные шельфы Европы,
СевернойАмерики
и Австралии дают
большое количество
нефти. Платформы,
с которых ведутся
исследования
и добыча в Северном
Ледовитом океане,
были построены
крупнейшими
мировыми
компаниями.
сырья во многих
странах.
377 Сравнительно
небольшой приток
воды и сильное
испарение вызывают
концентрацию
морской воды
и возникновение
залежей соли. Наряду
с поваренной солью
(хлористым натрием)
— (1) возникают соли
магния, калия и гипса
— ~г).
374
376
27О
271
пользует море. До недавних времен глав-
ной областью эксплуатации было рыбо-
ловство, но в последние десятилетия важ-
ную роль в экономике некоторых при-
морских государств играет добыча нефти
с морского дна в районе материковых
окраин.
Человек использует соли, растворен-
ные в морской воде. В настоящее время
появились проекты, направленные на ис-
пользование минерального сырья мор-
ского дна. По океанам плавают десятки
исследовательских кораблей. О ресурсах
и запасах моря часто говорят, как о на-
дежде человечества. Моря и океаны, по-
крывающие более двух третей поверхнос-
ти земного шара, призваны поддержать
энергетический, сырьевой и пищевой ба-
ланс увеличивающегося населения Зем-
ли. Естественно, встает вопрос, реально
ли это?
Казалось бы само собой разумеющим-
ся, что соль, которую употребляет чело-
век, происходит из моря, но это не так.
Лишь третья часть поваренной соли полу-
чается путем испарения морской воды,
остальная добывается на континентах или
путем испарения соляного раствора — ми-
нерализированных вод, сопровождающих
месторождения нефти. Итак, морская во-
да является химическим сырьем, но самое
ценное, что из нее получают, не соль,
а бром, используемый в первую очередь
в фотографической промышленности,
и магний. Из морской воды добывается
более двух третей мирового потребления
этих элементов. Морская вода содержит
и ряд других соединений, находящихся
в растворенном состоянии. Время от вре-
мени в газетах можно прочесть, сколько
в ней находится урана или золота. Эти
цифры действительно поражают. Однако
нас ограничивает в действиях тот факт,
что мы пока не располагаем достаточным
количеством энергии, чтобы наладить
процесс их извлечения.Но ряд процессов
проводит за человека сама природа.
Так, например, медь, марганец, ко-
бальт, никель нет необходимости добы-
вать из морской воды, поскольку эти
металлы выпадают и кристаллизуются на
дне океанских впадин в виде марганцовых
конкреций. Это — образованиявеличиной
с орех, кулак или футбольный мяч, во
множестве рассыпанные по дну Тихого
и Атлантического океанов и состоящие из
слоев окислов железа и марганца, крис-
таллическая структура которых легко
связывает более тяжелые металлы, как
никель, кобальт и медь. Общее содержа-
ние металлов в марганцовых конкрециях
достигает 2,5 '/о. Поэтому исследователь-
ские корабли составляют карты морского
дна, фотографируют его с помощью под-
водных камер, а ученые анализируют
содержание металла в этих шаровидных
образованиях. Содержание металлов по-
ка невелико, а расходы по добыче сырья
со дна велики. Но надежды на источники
сырья имеются, хотя о юридической сто-
роне вопроса добычи со дна моря люди
договариваются с трудом. С большим
успехом проводится добыча так называе-
мых тяжелых минералов в прибрежных
областях. Средневековые горняки, да
и позже золотоискатели получали золото

378 Лишь в самых
древних областях
Земли-
в Бразильском,
Африканском,
Индийском
и Сибирском щитах—
имеются места,
содержащие
алмазоносные горные
породы (обозначены
красным цветом).
379 Соляной купол
(диапир) — одно из.
удивительнейших
геологических
образований,
вызванное
пластичностью соли,
легко поддающейся
деформации.
Характерной чертой
таких соляных
куполов являются
и сопровождающие
минералы — гипс,
образующий шляпу
(6), ангидрид (4) или
калийная соль
карналит (3).
Подошву образуют
сланцы с гипсами (1),
основная часть
купола-поваренная
соль(3).
Купол окружают
разнообразные
осадочные горные
породы, среди
которых большую
часть составляют
соляная глина (5) или
песчаник (7).
путем промывки речных наносов. Вода
уносила из старательских сит более лег-
кие силикатные минералы, а на дне оста-
лись более тяжелые минералы. Когда
посчасгливилось, то и кусочки золота.
Морской прибой и сильные морские тече-
ния в ряде мест сделали эту работу за
человека. Более тяжелые минералы, на-
пример, касситерит (оловянная руда),
циркон (циркониевая руда), рутил (окисел
титана), моназит (сложный фосфат с со-
держанием редкоземельных элементов)
и даже алмаз высвобождаются из горных
пород в процессе выветривания, а по-
скольку они более стойки, чем многие
другие минералы (например, полевой
шпат), вода уносит их в море. Там они
сортируются как в старательском сите:
более легкие, обычно силикатные и квар-
цевые материалы уносятся, а на пляже
или на мелком морском дне остаются
тяжелые, полезные фракции. Во многих
местах в мире добываются минералы
в переходных зонах от океана к мате-
рикам.
Нерудное сырье
Недостаток минерального сырья, ка-
ким являются, например, оловянные, хро-
мовые, молибденовые, ванадиевые руды,
так же как и энергетическое сырье
— нефть и уголь, вь1зывают крупные
осложнения в мировой экономике. Как
мы уже показали, цена рудных полезных
ископаемых определяется их доступ-
ностью, местонахождением, энергетичес-
кими потребностями добычи и обработки,
количеством металла в руде и т. д.
О недостатке нерудного сырья не пишут
так часто, как о недостатке руд. Однако
это сырье не менее важно, чем руды, и там
есть такие материалы, которые являются
объектом интенсивных поисков. К счас-
тью, некоторые нерудные материалы
встречаются настолько часто, что в их
добыче самую важную роль играют
транспортные расходы. К редким, встре-
чающимся лишь на нескольких местах
в мире, относятся алмазы, хотя в послед-
нее время для нужд промышленности ста-
ли производиться искусственные алмазы
промышленным способом. Расширенным
нерудным сырьем является известняк, ис-
пользуемый для производства извести
и цемента, который встречается во мно-
гих геологических образованиях там, где
находятся осадочные горные породы. Но
и тут геологи встречаются с проблемами:
не каждый известняк подходит для добы-
чи, не всюду, где встречается подходящий
для добычи известняк, можно нарушить
пейзаж огромным открытым карьером,
поскольку геоморфологические образо-
вания, возникающие в известняковых об-
ластях — карстовые районы, бывают
обычно весьма интересными и охраняют-
ся законом.
Если рудное сырье в большинстве слу-
чаев нуждается в обработке (подвергает-
ся дроблению, после чего получается руд-
ный концентрат), нерудное сырье в этом
почти никогда не нуждается и использует-
ся в том состоянии, в каком добывается.
Но хотя нерудного сырья всюду достаточ-
но, существуют весьма строгие правила
и требования к его качеству для дальней-
шего использования. Так, для производ-
ства стекла нужен только кварцевый пе-
сок. Присутствие окислов железа, мар-
ганца или титана придают стеклу нежела-
тельный оттенок. Даже размер отдель-
ных песчинок должен быть одинаковым,
иначе возникают трудности при плавле-
нии. Подобными технологическими кри-
териями руководствуются и при использо-
вании группы глинистых материалов,
к которой относится каолин — для произ-
водства фарфора и глина — для производ-
ства керамики. Принимается в расчет
водопоглощающая способность, пластич-
ность, изменение цвета и формы при
обжиге, температура обжига и другие
свойства, оказывающие влияние на качес-
тво конечного продукта.
Добыча строительного материала так-
же относится к области нерудного сырья.
Ведь даже нахождение и добыча обыкно-
венного гравия для строительства дорог
не так просто, как может показаться на
первый взгляд. Для современного строи-
тельства нужны твердые бетоны, поэтому
особенно важно выбрать горные породы,
являющиеся их основой. Такая порода
должна быть на первый взгляд прочной,
но если она содержит хотя бы незначи-
тельное количество сульфидов, то уже не
подходит, поскольку сульфиды под дей-
ствием климатических условий разла-
гаются, образуют сульфаты и серную
кислоту, не только неблагоприятно дей-
сгвующую на качество бетона, но и под-
кисляющую воду, которая становится
агрессивной и может разъедать стальную
арматуру бетона. Такие горные породы
оказывают влияние также на качество
воды и окружающую среду.
Весьма важными являются нерудные
материалы, используемые в химической
промышленности как, например, сера.
В чистой форме ее в общемировом мас-
штабе недостаток, однако количество
сульфидов (скажем, пиритов в горных
породах) столь велико,что потребление
серы при производстве минеральных
удобрений, серной кислоты и для других
химико-технологических целей будет лег-
ко покрьгго и в будущем. Не будет недо-
статка и в соли, хотя потребление ее очень
велико. Это относится как к поваренной
соли (хлористый натрий), так и к калие-
вым солям, являющимся важным мине-
ральным удобрением в современном сель-
ском хозяйстве. С другой стороны, залежи
азотных удобрений — селитры и гуано
— в большей части уже исчерпаны и ис-
пользуются их синтетические замените-
ли. Но и среди нерудного сырья можно
найти редкие в настоящее время виды.
Так, минерал апатит, являющийся исход-
ным сырьем для производства фосфатных
удобрений, встречается редко и время его
исчерпания приближается. Только в не-
скольких областях, например, на Коль-
ском полуострове, ero пока еще достаточ-
но. Поскольку в природе нет заменителя
фосфора, в будущем, видимо, придется
добывать сырье, которое сегодня кажется
нерентабельным ввиду низкого содержа-
ния этого элемента. Некоторые эконо-
мисты даже предполагают, что будут ис-
пользоваться второсортные „поставщи-
ки" фосфора, как, например, кости жи-
272
273

что доля ископаемого
топлива будет
снижаться.
1- мускульная
энергия, 2 — энергия
воды и ветра,
3 — сжигание дерева,
4- энергия,
полученная из угля,
5-из нефти, б-из
природного газа,
7 — ядерная энергия,
8 — солнечная энергия.
Трудно определить,
каково будет
потребление энергии
в будущем, однако
очевидно уже сейчас,
381 Доля отдельных
видов энергии,
используемой
людьми, с течением
времени менялась.
380 Потребление
энергии растет
в первую очередь
в развитых странах,
хотя увеличение
количества населения
50
происходит
в развивающихся
CTPRHBX.
зо
1980 2000
Э81
1080
1000
1880
го
1воо ~аоо оооо
эво
энергии
274
275
вотных. Фосфор дает пример соприкосно-
вения проблем рудного и нерудного сыр-
ья. Использование вторичных источников
становится также моделью использова-
ния заменяющих, вторичных видов
сырья.
Перечень других видов нерудного сы-
рья, о которых мы не упоминали, удивил
бы даже многих специалистов. Например,
асбест, встречающийся в виде сопровож-
дающего материала в ультраосновных
горных породах, в некоторых областях
человеческой деятельности с трудом
можно чем-то заменить, ибо он является
прекрасным теплоизолятором, а асбесто-
цементные изделия весьма дешевы. И та-
кой простой материал, как гипс, произво-
димый из минерала ангидрита (сульфат
кальция), или минерала гипса, трудно
заменить. Запасы гипса в настоящее вре-
мя кажутся, к счастью, неисчерпаемыми.
Но даже констатирование того факта,
что нерудного сырья в мире достаточно,
не означает, что ero не нужно искать, а,
главное, разумно добывать. Поскольку
объем нерудного сырья значительно ни-
же, чем объем добываемых руд, его сле-
дует искать и добывать, принимая во
внимание среду, в которой мы живем,
а некоторые залежи сырья охранять
и эксплуатировать так, чтобы ими могли
пользоваться и будущие поколения.
Сырье для XXI века
Подходит к концу второе тысячелетие
нашей эры. Некоторые люди ожидают
с переменой даты головокружительные
изменения, но их не будет. Геологическое
время идет так же, как шло много тысяче-
летий тому назад, и мало вероятно, что
именно на рубеже тысячелетий произой-
дут какие-то грандиозные природные ка-
тастрофы, если только — а это очень
важно, если только люди не вызовут их
сами своим неразумным поведением
и плохим хозяйствованием на планете
Земле.
При сравнении кривой развития по-
требления энергии за последние 50 лет
в развитых промышленных странах с рос-
том количества населения на Земле (в
особенности в менее развитых областях)
можно понять озабоченность, высказы-
ваемую экономистами. Если к этому еще
добавить данные об убыли обрабатывае-
мой земли и загрязнении воздуха и воды
промышленными отбросами, можно по-
лучить весьма непривлекательную карти-
ну будущего мира. Приближается катаст-
рофа или нет? В отношении будущего мы
можем быть как пессимистами, так и оп-
тимистами. В некоторых странах удалось
приостановить загрязнение окружающей
среды. Посмотрим на эту проблему глаза-
ми геологов. Мы говорили о том, что
конечной и главной целью их работы
является познавание метаболизма Земли
и использование ее природных источни-
ков в интересах сохранения благоприят-
ных условий жизни на нашей планете.
Первое требование, которое геологи
должны удовлетворить, это необходи-
мость нахождения новых энергетических
источников. Запасы минерального сырья
— угля, нефти, природного газа, а также
радиоактивного сырья, являются ограни-
ченными, исчерпываемыми и невозоб-
новляемыми. Поэтому люди все больше
будут обращаться к возобновляемым ис-
точникам, какими являются, например,
солнечная энергия, энергия ветра, под-
земная тепловая энергия Земли. Могло
бы показаться, что с использованием
ядерной энергии эти проблемы будут ре-
шены. Но что отвечает на это геолог?
Y него не будет больше работы? Или он
будет искать только радиоактивное сы-
рье? Совершенно ясно, что такое сырье,
как уголь и нефть, гораздо рациональнее
использовать для химической промыш-
ленности, поскольку, например, произ-
водство пластмасс полностью зависит от
нефти, а некоторые химикалии можно
получать тоже лишь на основе угля или
нефти. Поэтому вполне разумно прини-
мать в расчет те источники сырья, о кото-
рых мы говорили выше. Однако это тре-
бует новых материалов для их использо-
вания. Возьмем солнечную энергию и ее
преобразование в электрическую. С этой
целью используются фотоэлектрические
элементы, которые нужно из чего-то про-
извести. Лучшие фотоэлектрические эле-
менты производятся из соединений редко-
го элемента галлия, менее эффективные
— из соединений кремния. Но дело в том,
что галлий в земной коре не встречается
1
в достаточной концентрации и, следова-
тельно, не образует залежей, которые
можно было бы разрабатывать. Добы-
вать его приходится в результате тру-
доемкого процесса при производстве алю-
миния. При этом галлия в алюминиевой
руде бывает очень мало. Во всем мире
производится в год всего несколько десят-
ков тонн этого металла. Другой пример
— использование геотермальной энергии.
В этом случае повысятся требования
к стойкости труб, по которым будет по-
даваться тепло, поскольку горячая вода,
поднимающаяся из недр Земли, бывает
часто коррозийной или сильно минерали-
зованной.
С определенными гтроблемами связано
и производство энергии из ядерного то-
плива. Для этого требуются высококачес-
твенные сорта стали, в которые добав-
ляются такие металлы, как молибден,
ванадий, вольфрам, тантал, ниобий и ряд
других, придающих необходимые свой-
ства.
Некоторые экономисты отдают пред-
почтение различным ядерным факторам,
но и в этом случае будет нужна помощь
геологов, поскольку во много раз возрос-
ло бы потребление лития и некоторых
других металлов. Еще один пример: экран
цветного телевизора содержит европий
и другие редкие элементы без которых
бы он не светился.
Рост цен на мировом рынке касается не
только нефти и энергии, но и других видов
минерального сырья и металлов (литий,
скандий, лантан, церий, неодим, самарий,
европий). Каждый из них как-то исполь-
зуется, а в XXI столетии потребление
почти всех элементов периодической таб-
лицы Менделеева возрастет.
382 О том, каким будет развитие в 2000 году и в третьем
тысячелетии, в немалой степени говорят и доступные
полезные ископаемые. Потребление некоторых редких
металлов возрастет, у других останется на прежнем
уровне. В левой части рисунка приводится потребление
указанных металлов в 1980 году, в правой части-
предполагаемое потребление в 2000 году.

Предыдущие главы ясно показали, что
познавание Земли — профессия, которой
принадлежит будущее, ибо каждый шаг
вперед в технике, каждое развитое общес-
тво потребуют новых источников мине-
рального сырья, энергии и даже питьевой
воды.
И хотя мы говорим, что большинство
используемых в настоящее время элемен-
тов заменяемо, все-таки будущие поколе-
ния не обойдутся без основных химичес-
ких элементов, которые используем мы.
Конечно, можно заменить медь или желе-
зо, однако их заменители в настоящее
время гораздо дороже и труднодоступны.
Но нам постоянно будет необходимо сы-
рье, месторождения которого, как нам
известно, будут исчерпаны. И это поло-
жение требует решения. Одни видят вы-
ход из него в добыче бедных руд, что
связано с необходимостью извлекать для
получения определенного количества ме-
талла гораздо больше рудной породы, чем
сегодня. Этот метод требует больше энер-
гии не только при добыче, но и при
обработке бедной руды.
Другие экономисты, а также геологи
предполагают, что богатые руды будут
найдены в еще неисследованных глубинах
Земли. Однако проникновение вглубь
Земли чрезвычайно сложно в техничес-
ком отношении, требует огромного коли-
чества энергии. Решение этой сложной
проблемы находится в руках не только
тех, кто ищет новые источники полезных
ископаемых. В будущем возрастет роль
вторичного сырья, так же как и вторич-
ной энергии. От ответственного отноше-
ния всех зависит, как мы научимся с ними
обращаться и использовать их. Все это
— длительный процесс, но живая природа
сама учит человека, как вести себя на
своей планете. Он должен быть не только
ее защитником, но и вместе с ней форми-
ровать окружающую среду, а для этого
необходимо подробно изучить метабо-
лизм целой планеты, поведение отдель-
ных элементов в природе и найти в этой
огромной метаболической системе е-
стественное место, принадлежащее чело-
веку и его потребностям. Только в таком
гармоническом равновесии человечество
сможет продолжать жить на своей планете
— Земле.
383 Солнце дает нам энергию в виде излучения. Земные
растения поглощают ее и с помощью фотосинтеза накапливают
ее в сахаре, крахмале, клетчатке и т.п. Затем в виде пищи она
потребляется человеческим организмом, где превращается
в работу мускулов и мозга. Солнечная энергия, поглощенная
в давние времена растениями, сохранилась под поверхностью
Земли в угле и нефти.
276

вызывает изменения
магнитного поля на
поверхности Земли
(например, магнитные
бури). Жизнь на Земле
была бы невозможна
без магнитосферы.
278
279
384 Снимок Луны,
сделанный
с искусственного
спутника Земли. Наша
голубая планета
окутана атмосферой,
охраняющей все
живое на ее
поверхности.
385 Земля,
сфотографированная
с искусственного
спутника-Луны. Это
самая красивая
фотография
сделанная человеком.
На ней мы видим
настоящее лицо нашей
планеты.
Для нас, землян, планета Земля была
и будет колыбелью и отчим домом. Наше
тело состоит из ее атомов. Земля и Солн-
це создают благоприятную среду не толь-
ко для жизни человека, но и для жизни
миллионов видов животных и растений.
Земля дарит атомы всем живым организ-
мам для их роста, а Солнце дает им
энергию, необходимую для поддержания
жизни.
Из общей энергии, посылаемой Солн-
цем ежесекундно в космическое про-
странство (3,8 . 1026 ватт), на нашу плане-
ту попадает лишь одна двухмиллиардная
часть (1,8 . 10'7 ватт). Это капля в сравне-
нии с Ниагарским водопадом. Но эта
капля энергии имеет огромное значение
для Земли. Что бы произошло, если бы
Солнце вдруг исчезло?
Земля без Солнца
Попытаемся представить себе то без-
выходное положение, в котором очути-
лась бы наша планета со всеми своими
обитателями, лишенная солнечных лучей,
несущих жизнь.
Никогда уже не наступит рассвет, мы
больше не увидим голубое небо и окру-
жающую нас природу. Не видно ни Луны,
ни планет, не видно комет, потому что нет
Солнца, освещающего планеты и их спут-
ники. На небе — ни тучки, ведь нет солнеч-
ных лучей, которые вытягивали бы воду
из морей и океанов. Даже ветра нет,
потому что он тоже солнечного проис-
хождения. Растения не могут расти, звери
и люди страдают от голода, поскольку вся
пища — это, собственно говоря, солнечное
излучение, скрытое в хлебе, фруктах,
овощах, мясе, яйцах... Bce живое обрече-
но на голодную смерть. Земля отдает
накопленное тепло и не получает ничего
взамен. Мороз сковывает воздушным
льдом всю водную поверхность планеты,
океаны и материки. Нет воздуха, все
живое в природе погибло, и жизнь на
когда-то прекрасной планете, пересгала
существовать.
Кошмарные видения, подобные тому,
которые мы только что здесь описали,
нередко появляются на страницах научно-
фантастической литературы; Тем не менее
ученые уверяют нас, что не стоит опасать-
ся этой катастрофы, даже несмотря на то,
что человечество приложило много уси-
лий, придумывая все новые и новые сред-
ства самоуничтожения. Человек постоян-
но должен помнить о том, что его жизнь
находится в непосредственной зависи-
звв
мости от природы, что она подчиняется
законам Вселенной, и надо отказаться от
попытки нарушить существующий
порядок.
386 Магнитосфера
Земли — огромный
магнит, силовые
линии которого
тянутся на много
тысяч километров
в окружающем
пространстве
и охраняют Землю от
солнечного ветра. Под
ero напором
магннтосфера упруго
сжимается. Это

389 Снимок Земли,
сделанный со
спутника „Метеосат".
Над африканской
частью экватора
облачно, над Сахарой
ясное небо. Налево
видно побережье
Южной Америки.
В верхней части
снимка расположена
Европа.
387 Солнечное
излучение на Земле.
Нейтрино проходит
Землю насквозь,
космическое
280
281
излучение частично
поглощается
атмосферой, частицы
высокой энергии
достигают самой
поверхности
и проникают вглубь,
где они поглощаются.
Рентгеновское
и ультрафиолетовое
излучение, отчасти
радиоволны
и инфракрасное
излучение
поглощаются
в верхних слоях
атмосферы (1). Одна
пятая часть света
поглощается
тропосферой (2),
третья его часть
отражае гся от
облаков и земной
поверхности (3, 4),
половина ею
поглощается (8).
388 Солнечное
излучение
в земной атмосфере.
Рензтеновское
излучение
поглощает&l ;я
высоте свыше 60 км,
ионизирует там воздух
и образует, вследствие
этого, проводящую
ионосферу.
Ультрафиолетовые
лучи поглощаются
озоном (О3)у
рассеянным на высоте
от 15 км до 50 км.
Видимый свет
и инфракрасные лучи
проникают сквозь
тропосферу на
поверхность Земли.
Солнечная энергия
на Земле
Земля получает от Солнца энергию
порядка 1,8 . 10'7 ватт. Три ее составные
существенно отличаются друг от друга.
Из предыдущих глав мы уже знаем, что
нейтрино, несущие примерно 4 % общей
солнечной энергии, совсем не подходят
для роли ее переносчиков на Землю.
Электрически заряженные частицы сол-
нечного ветра (протоны, электроны, ядра
атомов) несут гораздо меньшее количес-
тво энергии, чем нейтрино: всего лишь
миллионную часть общей солнечной
энергии, попадающей на Землю (108 квт).
частицы солнечного ветра движутся поч-
ти в тысячу раз быстрее выстреленной из
ружья пули. Они представляют большую
опасность для жизни. От их пагубного
воздействия Земля защищена магнитос-
ферой, пространством, в котором дей-
ствуют магнитные силы. Солнечный ве-
тер, особенно после сильных вспышек на
Солнце, может частично переместиться
вдоль магнитных силовых линий в поляр-
ные области, где в высоких слоях земной
атмосферы (выше 100 км) он вызывает
явление свечения, известное под назва-
нием полярное сияние.
Основная часть солнечной энергии
приносится на Землю фотонами
— 180 000 Твт (1 тераватт равен биллиону
ватт, то есть 10'2 ватт). Фотоны не имеют
электрического заряда и без препятствий
проходят сквозь магнитосферу в атмо-
сферу, толщина которой составляет бо-
лее ты~~чи километров.
Атмосфера пропускает только некото-
рые виды фотонов, например, световые,
поглощая при этом другие (рис. 338).
Воздух на высоте свыше 60 км поглощает
ренттеновское и ультрафиолетовое излу-
чение, которые являются опасными для
жизни. Поглощенное излучение ионизи-
рует и нагревает кислород и азот. Ионизи-
рованный воздух является хорошим про-
водником электричества и отражает ра-
диоволны. Слой атмосферы, начиная от
60 км, называется ионосферой.
Под ионосферой, на высоте от 15 до
50 км, поглощаются фотоны ближнего
ультрафиолетового излучения (их энер-
гия лишь немногим больше энергии фото-
нов фиолетового цвета). Поглощенные
ультрафиолетовые фотоны образуют на
этих высотах озон, молекула которого
состоит из трех атомов кислорода. Поэто-
му этот слой называется озоносферой.
Световые и инфракрасные фотоны
проникают прямо на поверхность Земли.
Слой атмосферы над поверхностью Зем-
ли носит название тропосфера. Она под-
нимается до высоты 8 км (у полюсов)
и 16 км (у экватора). В тропосфере свет
встречает на своем пути молекулы и крис-
таллы воды, а также пыль, попавшую
в тропосферу с поверхности Земли. При
тахих столкновениях свет частично отра-
жается обратно, частично рассеивается
в разных направлениях, преломляется или
поглощается. Таким образом возникают
в тропосфере самые разнообразные явле-

390 Так выглядит
Европа и Северная
Африка со спутника
„Метеосат". Снимки,
сделанные с помощью
спутников,
используются
метеорологами для
прогнозирования
погоды.
391 На поверхность
Земли в полярных
областях попадает
намного меньше
солнечных лучей, чем
в области экватора.
392 В результате
неравномерного
нагрева Земли
в атмосфере
происходит
циркуляция
воздушных масс. На
экваторе горячий
воздух поднимается
вверх и перемещается
насевер и юг.
Около 30' широты он
опускается вниз
и возвращается
к экватору. Ветры,
возникающие при
этом, называются
пассатами.
3ВО
392
393 Днем
температурасуши
выше, чем моря,
ночью наоборот. Это
определяет
направление
движения воздуха:
днем — с моря на сушу,
ночью — с суши на
море.
393
394 Солнце испаряет
воду океана и дает
силу ветрам, которые
переносят ее на сушу.
ния, например, голубизна неба, красный
цвет заходящего Солнца, солнечные стол-
бы, световые кресты, ложные солнца,
радуга и т. д. (гл. XI).
Фотоны, прошедшие сквозь все слои
атмосферы, попадают на поверхность
Земли. Суша и водная поверхность отра-
жают меньшую их часть обратно в косми-
ческое пространство, поэтому космонав-
ты могли фотографировать нашу плане-
ту. Большая часть фотонов поглощается
земной поверхностью, которая превра-
щает их в тепло.
Судьбу солнечных фотонов, попадаю-
щих на Землю, можно описать приблизи-
тельно так: из общего потока фотонов,
несущих на Землю 180 000 Твт энергии
в секунду паоло одной трети отражается
обратно атмосферой и поверхностью
Земли. Одна пятая поглощается атмосфе-
рой, и половина — поверхносгью, превра-
щаясь при этом в тепло.
Солнце,
климат и погода
Мы живем в тропосфере и, следова-
тельно, ее свойства имеют для нас жиз-
ненно важное значение. Температура,
влажность, облачность, движение воз-
душных масс и осадки оказывают влияние
на всю нашу жизнь. Состояние тропосфе-
ры в данный момент называется погодой.
Среднее состояние тропосферы за не-
сколько веков — климатом (существуют
такие виды климата, как например, при-
морский, континентальный, тропический
и др.). Основным определяющим факто-
ром погоды и климата является прежде
всего солнечное излучение.
Но земная поверхность нагревается не-
равномерно. В экваториальной зоне на
1 м2 поверхности попадает гораздо боль-
ше излучения, чем на ту же площадь
в полярных областях. Причина этого яв-
ления объясняется на рис. 391. В поляр-
ных областях солнечные лучи попадают
на поверхносгь под острым углом и вы-
нуждены поэтому преодолевать более
толстый слой воздуха. В результате этого
лучи рассеиваются и поглощаются еще до
того, как попадают на поверхность, по-
крытую в полярных областях снегом. Бе-
лый покров отражает лучи обратно в кос-
мическое пространство. Для нагревания
Земли не остается почти ничего.
Экваториальные области Земли нагре-
ваются больше всего. Нагретый воздух
здесь поднимается вверх, и его место
занимает более холодный воздух, идущий
при поверхностй Земли. В верхней часги
тропосферы восходящий экваториаль-
ный воздушный поток распространяется
на север и юг (рис. 392). Подобное тече-
ние воздушных масс тропосферы имеет
место в умеренном поясе и в полярных
областях.'Воздушные потоки во всей тро-
посфере приводятся в движение под влия-
нием поглощенного солнечного излуче-
ния. Это движение называется циркуля-
цией тропосферы. В результате этого
тропические области охлаждаются, и го-
рячий воздух перемещается в более хо-
лодные области Земли.
Поглощение солнечного излучения
земной поверхностью в разных местах
различно. Океаны и материки располо-
жены на поверхности Земли неравномер-
но, и по этой причине неравномерна и об-
щая циркуляция. Это наглядно показано
на рис. 392. Материк нагревается быс-
трее, чем море, но в то же время ночью он
быстрее охлаждается. Именно поэтому
днем ветер дует с моря на сушу, а ночью
в обратном направлении (рис. 393). Из
этого следует, что и ветры, нарушающие
регулярность общей циркуляции, сущес-
твуют за счет солнечной энергии, превра-
щенной в тепло. Всякое движение во-
здушных масс в тропосфере представляет
собой громадный тепловой двигатель,
превращающий тепло, полученное от
Солнца, в кинетическую энергию воздуха.
Солнце непрерывно поставляет для этого
сверхгигантского атмосферного мотора
примерно 1000 тераватт (1000 Твт) энер-
гии, что само по себе в 120 раз превышает
энергию, потребляемую всем человечес-
твом в настоящее время (8 Твт). Из этой
энергии ветра можно было бы извлечь
10 Твт электричества.
Значительное влияние на погоду и кли-
мат в тропосфере оказывает также вода.
Солнечное излучение нагревает поверх-
ность океанов, морей, озер, рек и влаж-
ные области материков. Энергия фотонов
преобразуется при этом в движение моле-
кул воды. Самые быстрые молекулы
освобождаются из нагретой воды и испа-
ряются в воздух (рис. 394) в виде газа, то
есть водяного пара. Количество молекул
воды лишь изредка превышает один про-
цент от общего числа молекул воздуха. Во
всей тропосфере находится примерно од-
на стотысячная часть общего количества
воды, содержащейся в морях и океанах.
Если бы она выпала в виде осадков на
Землю, то покрыла бы весь земной шар
слоем воды толщиной 2,5 см.
Поднимаясь от поверхности воды вверх,
нагретый воздух уносит с собой большое
количество молекул воды. Однако навер-
ху, в высших слоях тропосферы, давление
и температура намного ниже, чем внизу.
Поднимающийся воздух расширяется и
охлаждается. Молекулы воздуха в нем
начинают конденсироваться в капли воды
и кристаллики снега. Таким образом,
в восходящем потоке образуются облака.
Конденсацией 1 кг воды из пара освобож-
дается 600 ккал тепла. Именно это тепло
и нагревает высшие слои тропосферы.
Восходящие потоки воздуха и ветры
приносят влагу с океанов и морей на сушу.
Влага облаков попадает на нее в виде
дождя или снега. Яасть ее стекает в озера,
ручьи и реки, часть впитывается почвой
(так называемые грунтовые воды), неко-
торое количество воды поглощают расте-
ния и животные. Большая ее часть воз-
вращается обратно в моря и океаны.
282
283

395 Чтобы поднять
влагу с поверхности
моря в виде большого
облака, необходима
энергия 1 2 10'з дж
(3,3 миллиона квч).
Гидроэлектростанция
использует лишь
незначительную часть
этой энергии (около
1 /О), которая
превращается с ее
помощъю в энергию
электрическую.
397 Зеленые
растения с помощью
фотосинтеза
накапливают
солнечную энергию.
Из углекислого газа
и воды они образуют
сахар, крахмал
и другие вещества,
которые служат
пищей травоядным
хопютным, а затем
попадают в пищу
человека.
Оттуда вода снова испаряется, ветры при-
носят ее на сушу, и весь цикл повторяется.
Этот процесс принято называть циркуля-
цией или круговоротом воды в природе.
Он длится приблизительно десять дней.
Циркуляция представляет для нас
огромное значение не только с точки
зрения потребления питьевой и промыш-
ленной воды, но и как источник энергии.
В большом облаке содержится до трехсот
тысяч тонн водь1 (3 . 10а кг). Средняя вы-
сота облака над поверхностью Земли со-
ставляет около 4000 м. Для того, чтобы
поднять такое тяжелое облако, Солнце
должно совершить работу в 3. 10~ кг.
10 м/сек'.4. 10' м или 1,2. 10" джоулей,
то есть работу более чем в 3,3 миллиона
киловатт-часов. Величина 10 м/сек2 пред-
ставляет собой ускорение силы тяжести.
Вот какой гравитационной энергией об-
ладает обыкновенное большое облако
(рис. 395). Лишь малая часть этой грави-
тационной энергии может быть задержа-
на плотиной. Если высота плотины дости-
гает 40 м, то с ее помощью можно полу-
чить всего лишь 1 % энергии облака (40 м
— это 1 % от 4000 м). В подающем тру-
бопроводе гидроэлектростанции на пло-
тине гравитационная энергия превра-
щается в кинетическую. Из воды кинети-
ческая энергия при помощи турбины по-
ступает в генератор, который превращает
кинетическую энергию в электрическую.
Итак, электроэнергия, которую мы полу-
чаем в гидроэлектростанции, — это пре-
вращенная солнечная энергия. Любопыт-
но, что в настоящее время таким путем мы
получаем всего лишь 0,2Твт, хотя из
водных ресурсов можно было бы черпать
3 Твт электроэнергии.
Циркуляция воздушных масс и воды
в тропосфере осуществляется при помо-
щи постоянной составной солнечного из-
лучения (свет, ультрафиолетовое и ин-
фракрасное излучение).
Переменная часть солнечного излуче-
ния (рентгеновское, дальнее ультрафио-
летовое излучение, радиоволны) прино-
сит гораздо меньше энергии и постоянно
колеблется. Эта составная полностью за-
висит от солнечной активности влияет на
климат и погоду. Научные исследования
показывают, что солнечная активность
оказывает влияние на давление и темпе-
ратуру воздуха, на облачность, циркуля-
цию тропосферы, количество осадков,
образование льда, на возникновение
и движение областей высокого и низкого
давления и т. д. В то же время следует
подчеркнуть, что природа влияния сол-
нечной активности на климат и погоду
весьма сложна и проявляется в разных
частях земного шара по-разному.
Солнце и жизнь
на Земле
Все живое на поверхности нашей плане-
ты является составной частью биосферы.
Любому организму для жизни необходима
энергия. Расгения получают ее прямо от
Солнца. С помощью хлорофила растение
превращает солнечное излучение в хими-
ческую энергию. Оно вкладывает ее
в углекислый газ (СО2) и воду (Н2О),
преобразовывая их в сахар, крахмал, жи-
ры, белки и прочие энергетически бога-
тые вещества. Такой процесс называется
фотосинтезом. Образно выражаясь, фо-
тосинтез — дверь, через которую солнеч-
ная энергия попадает в биосферу.
Важнейшим химическим элементом
в процессе фотосинтеза является углерод,
поскольку он способен образовывать мо-
лекулярные цепочки. На суше фотосин-
тез происходит прежде всего в зеленых
растениях. В морях солнечное излучение
поглощается одноклеточными организ-
мами, известными под названием фито-
планктона, содержащими хлорофил, то
есть зелень листьев. Фитопланктон ис-
пользует для фотосинтеза углекислый
газ, растворенный в морской воде.
За один год с помощью фотосинтеза из
углекислого газа извлекается в общей
сложности 200 миллиардов тонн углерода
(2 . 10" т). Атомы углерода связаны
в сложных молекулах организмов в био-
массу. В одной тонне органического ве-
щества (так называемое сухое вещество)
содержится примерно 1,5 . 10'0 джоулей
химической энергии. Это значит, что зе-
леные растения и фитопланктон на всем
земном шаре за год превращают в хими-
ческую энергию биомассы 3 . 102' джоу-
лей. В году немногим более 31 . 10~ се-
кунд. Разделив эту превращенную за год
энергию на количество секунд, мы полу-
чим приблизительно 90 . 10'2 джоулей за
секунду (90 Твт). Именно такое количес-
тво солнечного излучения ежесекундно
превращается в химическую энергию
биомассы.
Биомасса — это вещество, из которого
состоит вся биосфера. В общей сложности
в ней присутствует около 8. 10" тонн
углерода, что представляет собой 12 . 102'
джоулей химической энергии. Ежесе-
кундно содержимое этой гигантской кла-
довой энергии уменьшается на 90. 10'2
джоулей (90 Твт), используемых в про-
цессе дыхания живых организмов, их
отмирания, сгорания древесины, расти-
тельных и органических отходов. Но в то
же время одинаковое количество солнеч-
ной энергии поступает в биосферу путем
фотосинтеза (90Твт). Любопытно, что
зеленые растения на суше поглощают
60 Твт солнечного излучения, в то время
как фитопланктон в морях — всего лишь
30 Твт, хотя мировой океан занимает
большую часть поверхности Земли.
Человечествосталоиспользоватьэнер-
гию биомассы в более значительных мас-
штабах, чтобы тем самым компенсиро-
вать весьма ограниченные ресурсы нефти
и угля.
Организмы освобождают энергию из
органического вещества биомассы (то
есть пищи) в процессе дыхания. При этом
используется кислород воздуха и выраба-
тывается углекислый газ и водяной пар.
Таким образом, дыхание — это процесс
противоположный фотосинтезу. Фото-
синтез и дыхание дополняют друг друга.
Они взаимообусловлены и не могут су-
ществовать отдельно. Ведь эти жизненно
важные процессы возникли одновремен-
но два миллиарда лет тому назад.
Солнце и человек
Человек является неотделимой естес-
твенной частью биосферы. Из нее он
черпает энергию в виде пищи. Ежедневно
мы потребляем около 3000 ккал (то есть
12.10б джоулей). При этом детям требует-
ся меньше энергии, чем взрослым, а боль-
ше всего ее потребляют люди, занятые
тяжелым физическим трудом. С пищей
396 С помощью
фотосинтеза
солнечная энергия
превращается
в химическую (90 Тв
на всей Земле).
Человечество
потребляет в виде
пищи всего лишь
полпроцента этой
энергии.
человек получает химическую энергию,
содержащуюся в молекулах белков, угле-
водов и жиров. Наш организм берет из нее
необходимый строительный материал для
тканей тела.
Продолжительность одного дня
— 86 400 секунд. Разделив ежедневное
потребление энергии на эту цифру, мы
получим потребление энергии за одну
секунду: 150 джоулей или 150 ватт. Сле-
довательно, нашему организму требуется
столько энергии, сколько ее потребляет
электрическая лампочка мощностью
в 150 ватт.
Пища содержит химическую энергию,
а лампочка, получая электрическую энер-
гию, преобразует ее в свет. Но оба вида
энергии имеют солнечное происхож-
дение.
Зеленые растения превращают энер-

398 Засвоюжизнь
человек потребляет
такое количество
продуктов, которое
вместилось бы в два
больших
железнодорожных
вагона. Для
образованияэнергии,
содержащейся в этих
продуктах, Солнцу
необходимо
превратить в гелий
0,5 г водорода.
звв
гию солнечного излучения в химическую
энергию сложных молекул. Из растений
человек получает эту энергию прямым
путем (фрукты, овощи, злаки) или кос-
венным, употребляя в пище продукты
травоядных (молоко, масло, говядина)
или нетравоядных животных и птицы
(свинина, птица, яйца и т. д.). Для того,
чтобы отвезти пищу, съеденную челове-
ком в течение всей жизни, потребовалось
бы два железнодорожных вагона. А для
того, чтобы Солнце смогло дать энергию,
необходимую для такого количества пи-
щи, в его недрах должно произойти пре-
вращение приблизительно 0,5 грамма во-
дорода в гелий (рис. 398).
Нередко говорят о влиянии солнечной
активности на человеческий организм
и другие живые организмы биосферы.
Речь идет о влиянии переменной части
солнечного излучения. Существуют тыся-
чи научных работ, посвященных теме
влияния солнечной активности на челове-
ка и биосферу в целом. Влияние это
является, конечно, косвенным, потому
что переменная часть солнечного излуче-
ния не попадает на поверхность Земли
из-за наличия земной атмосферы. Так,
например, при сильных вспышках проис-
ходит повышение рентгеновского и уль-
трафиолетового излучения. Однако оба
вида излучения поглощаются ионосфе-
рой, где в результате этого происходит
сильная ионизация (то есть возрастает
количество свободных электронов). В то
же время ионосфера хорошо отражает
длинные и сверхдл инны е радиоволны
(около 10 км). Такие волны (так называе-
мые атмосферики) появляются во время
грозы при каждом ударе молнии. В перио-
ды солнечных вспышек ионосфера отра-
жает атмосферики столь эффективно,
что они распространяются на расстояние
десятков тысяч километров, а иногда
и еще дальше. Не надо забывать, что
в любое время на нашей планете бушует
несколько сотен гроз, и каждую секунду
сверкает около пятидесяти молний.
Во время вспышки на Солнце атмосфе-
рики, возникшие при молниях, распрос-
траняются столь интенсивно, что в Евро-
пе можно зарегистрировать длинные
и сверхдлинные радиоволны, пришедшие
из тропической Африки, Индийского
океана, южной Атлантики и даже из
Индонезии. Это значит, что во время
вспышки на Солнце мы, европейцы, нахо-
димся под влиянием мощных атмосфери-
ков, как будто все грозы, происходящие
в данный момент на Земле, разразились
неподалеку от нас. Многочисленные ис-
следования показывают, что повышенное
количество атмосфериков, сопровож-
дающее вспышку на Солнце, оказывает
на живой организм определенное влия-,
ние. В результате их действия вокруг нас
возникает переменное электрическое по-
ле, которое способно вызвать нарушение
электрических импульсов нервной систе-
мы. Одним из малоприятных последствий
этого является замедление реакции орга-
низма. Это период времени между момен-
том регистрации опасности и реакцией на
нее (ситуация, в которую нередко попа-
дают водители автомашин). Именно при
повышенной активности атмосфериков
у большинства людей удлиняется время
реакции что влечет за собой повышение
количества дорожных аварий, особенно
в городах (рис. 399).
Итак, повторим коротко еще раз всю
цепь явлений, вызванных вспышкой на
Солнце: 1) в группе пятен происходят
изменения магнитного поля, 2) освобож-
денная магнитная энергия вызывает
вспышку, 3) вспышка нагревает корону
до температуры 50 миллионов кельвинов,
4) раскаленная корона излучает мощный
поток рентгеновского излучения, 5) рент-
геновское излучение увеличивает иониза-
цию в ионосфере, и вследствии этого
значительного возрастает электронная
плотность, 6) при повышенной электрон-
ной плотности нижних слоев ионосферы
Они хорошо отражают атмосферики, во-
зникающие при ударах молний, 7) люди
находятся под сильным воздействием
атмосфериков, 8) удлиняется время реак-
ции, 9) дорожные катастрофы.
По исследованиям советского профес-
сора А. Л. Чижевского существовала
тесная связь между солнечной актив-
ностью и заболеванием холерой. Сущес-
твует также ряд других болезней и недо-
моганий, которые связаны с солнечной
активностью, напр.: инфаркт, желтуха,
фантомные ощущения, некоторые психи-
ческие расстройства и проч.
Солнце служит человеку
Человеческому организму для поддер-
жания жизнедеятельности требуется по-
стоянно довольно большое количество
энергии 150 вт. По сравнению с потребле-
нием энергии в быту, промышленности,
транспорте или в сельском хозяйстве эта
величина, конечно, относительно мала.
Все люди, живущие на Земле, ежедневно
потребляют 8 миллиардов квт. Если
учесть, что на нашей планете живет
4 миллиарда человек, то на одного чело-
века в среднем приходится 2 квт. Это
средняя цифра для всех стран, богатых
и бедных, высокоразвитых и развиваю-
щихся. В действительности же потребле-
ние в наиболее развитых странах дости-
гает 14 квт на одного человека, в то время
как в самых бедных — всего лишь 200 ватт
или даже меньше. Легко заметить, что
чем больше потребление энергии на душу
населения, тем выше жизненный уровень
государства.
Любому человеку присуще стремление
жить как можно лучше. Из этого выте-
кает, что потребление энергии на Земле
будет и впредьвозрастать, в особенности,
в развивающихся странах. Но энергети-
ческие ресурсы Земли ограничены и за-
метно уменьшаются.
В настоящее время важнейшим источ-
ником энергии являются фоссильные ви-
ды топлива: уголь, нефть и природный
газ. Миллионы лет тому назад земные
растения и фитопланктон накопили путем
фотосинтеза громадное количество сол-
нечной энергии, скрытой в виде химичес-
кой энергии в недрах Земли по сей день.
Обогреваясь теплом разных видов ото-
пления, в которых используются уголь
или нефть, мы пользуемся солнечной
энергией давних времен. Приготовляя пи-
щу, включая дома свет, пользуясь транс-
портом, мы используем солнечную энер-
гию, попавшую на нашу Землю в виде
излучения миллионы лет тому назад. Та-
ким образом, преобладающее большин-
ство энергии, используемой человечес-
твом, составляет солнечная энергия фос-
сильного характера.
Существуют на нашей планете и другие
источники энергии, используемые в мень-
шей мере: а) энергия воды (например,
в плотинах), б) энергия ветра, в) тепло
океанов (используется в системах ОТЕС
— Oceanic Thermal Energy Conversion), г)
химическая энергия современной биосфе-
ры (энергия упряжных животных, древе-
сина, торф, кизячное топливо и т. д.).
Любой из этих источников получил энер-
гию от Солнца. В них содержится косвен-
ная солнечная энергия: в кинетическом
виде (а, б), в виде тепла (в) и в форме
химической энергии (г). Поскольку их
энергия постоянно пополняется за счет
солнечного излучения, источники эти на-
зываются регеиеративиыми. В регенера-
тивные источники солнечная энергия бы-
ла заложена недавно. Сидя у костра, мы
обогреваемся солнечной энергией, пе-
реработанной хлорофилом листвы дере-
вьев всего лишь несколько десятков лет
тому назад.
В последнее время все больше исполь-
зуется ядерная энергия. На атомных элек-
тростанциях расщепляется уран, и при
286
287

401 В солнечном
коллекторе
концентрирующей
системы (слева)
сначала происходит
концентрация
солнечных лучей,
а затем их
превращение.
Плоский солнечный
коллектор (справа)
использует солнечные
лучи непосредственно.
402 Солнечный дом
вблизи Ахена. На
крыше размещены
солнечные
коллекторы,
нагревающие воду,
которой отапливается
весь дом. Избыток
тепла аккумулируется
в подвальном
помещении
в аккумуляторе,
чтобы использовать
его в пасмурную
погоду.
этом освобождается часть энергии покоя
нуклонов. При освобождении энергии из
вещества ядерные реакции намного эф-
фективнее химических реакций (горе-
ние). Но откуда же берется энергия, скры-
тая в ядрах урана? Тяжелые ядра возник-
ли еще до рождения Солнца, во время
катастрофической смерти тогдашних
звезд. Мы уже знаем, что такое умирание
звезды называется сверхновой и что и-
менно в ней при температуре много мил-
лиардов кельвинов рождались все тяже-
лые и радиоактивные элементы. Даже
собственное тепло Земли (геотермальная
энергия) возникает в процессе радиоак-
тивного распада элементов образовав-
шихся при взрыве сверхновых. Тепло вул-
канов и минеральных источников — это то,
что осталось от неимовернового накала
сверхновых, скрытого в виде ядерной
энергии радиоактивных элементов.
В последнее время ученые всего мира
пытаются создать термоядерный реак-
тор, который будет в производстве энер-
гии более эффективен, чем ядерный. Та-
кой термоядерный реактор мог бы соеди-
нять легкие ядра в более тяжелые, при-
близительно так же, как это происходит
на Солнце. На разработку этого проекта
затрачиваются огромные средства. В то
же время в природе существует уже пять
миллиардов лет совершенный термоядер-
ный реактор — Солнце. Мы считаем его
совершенным по следующим причинам:
1) Превращение водорода в гелий яв-
ляется наиболее эффективным способом
освобождения энергии в Солнечной сис-
теме. Никакая другая ядерная или хими-
ческая реакция не способна освободить из
вещества столько энергии, сколько осво-
бождается ее в недрах Солнца в результа-
те превращения водорода в гелий.
2) Солнце — самый безопасный реак-
тор, поскольку не может взорваться, об-
ладая столь совершенной системой управ-
ления своих внутренних процессов. Вся-
кий рискованный перегрев вызывает рас-
ширение и моментальное охлаждение.
3) Солнце — почти вечный источник
энергии. Ведь процесс освобождения
энергии в нем будет продолжаться еще по
крайней мере десять миллиардов лет.
4) Оно поставляет на нашу планету
беспрерывно громадное количество энер-
гии (180 000 Твт), на много больше того
количества, которое человечество спо-
собно употребить. Парадоксально звучат
слова об „энергетическом кризисе", в то
время как Солнце предлагает нам в 20 000
раз больше энергии, чем нужно всем
обитателям Земли вместе взятым.
5) Энергия, которую дает нам Солнце,
абсолютно чистая. Она не загрязняет
окружающую среду ни в химическом, ни
в радиоактивном отношении.
б) Солнце дает нам свою энергию
даром.
7) Оно настолько далеко, что никто не
может злонамеренно использовать его
в целях уничтожения жизни на нашей
планете.
8) Совершенный солнечный реактор
служит исключительно в мирных целях,
для пользы всего живого на Земле. В ру-
ках человека ядерная энергия преврати-
лась в орудие страдания и смерти (Хиро-
сима).
9) Солнечная энергия, поступающая
к нам в виде фотонов, высококачествен-
на. Ее можно легко преобразовывать
в любой другой вид энергии, необходи-
мый в быту, промышленности, транспор-
те, сельском хозяйстве.
Солнечное излучение можно превра-
щать прямым или косвенным путем в дру-
гие виды энергии: электричество, хими-
ческую энергию, тепло, механическую
энергию. Отрасль энергетики, занимаю-
щаяся использованием солнечной энер-
гии, называется гелиоэнергетикой. Во
многих странах мира функционируют са-
мые разные гелиоустановки. Давайте по-
знакомимся с некоторыми из них.
Солнечное тепло
Фотоны, которые попадают на черное
вещество, поглощаются ею. Иными сло-
вами, их энергия превращается в кинети-
ческую энергию молекул вещества. Этот
процесс происходит повсеместно в огром-
ных масштабах. Как мы уже узнали на
Земле превращается непрерывно 120 000
Твт солнечного света в тепло.
Человек преобразует солнечную энер-
гию в тепло с разными целями: чтобы
разводить цветы и овощи (теплицы и пар-
ники), чтобы иметь горячую воду в быту,
в сельском хозяйстве, промышленности
(водонагреватели), для сушки фруктов,
овощей, зерновых (сушилки), для приго-
товления пищи (солнечная печка или пли-
та), отопления домов (так называемые
солнечные, солярные дома), выработки
электричества (тепловые генераторы),
для плавки металлов и проведения хими-
ческих реакций при высоких температу-
рах (солнечные печи). Солнечное излуче-
ние можно преобразовать в любой вид
тепла. Его можно превращать либо в том
виде, в каком оно доходит до нас (рис. 402,
404), либо его нужно сначала сфокусиро-
вать (рис. 401). Все зависит от температу-
ры, которую мы хотим получить. В зави-
симости от этого различаются плоские
солнечные коллекторы и концентрирую-
щие системы. В плоском коллекторе тем-
пература может достичь почти 100' С,
в концентрирующих системах — от 150 ' С,
до 4000 ' С. Здесь мы подробно ознако-
мимся только с плоским коллектором,
который принадлежит к самым распос-
траненным установкам по использованию
солнечной энергии.
Плоский коллектор состоит из следую-
щих основных частей:
1) абсорбер (поглощающий лист), в ко-
тором солнечная энергия преобразуется
в тепло. Как правило, это черная жестя-
ная пластина (медь, железо, аллюминий,
сталь), являю.цаяся хорошим проводни-
ком тепла.
2) Изолированная коробка, в которой
помещается абсорбер, для того, чтобы
тепло не улетучивалось в окружащую
среду.
3) Материал, которым сверху покры-
вается абсорбер. Пропуская солнечные
лучи коллектор сохраняет тепло внутри
него. Наиболее подходящим материалом
для этого является стекло, сквозь которое
солнечные лучи проникают внутрь и ко-
торое не пропускает тепловое излучение
из коллектора.
4) Теплоноситель, который получает
тепло абсорбера и подает ero из коллек-
тора в системы использования. Теплоно-
сителем может быть вода, воздух, масло
(например, отработанное масло автомо-
биля), различные незамерзающие смеси.
Для нагрева воды в быту, промышлен-
ности и сельском хозяйстве служит нагре-
ватель воды. Основной его частью яв-
ляется солнечный коллектор, в котором
вода нагревается. Горячая вода легче хо-
лодной и сама поднимается из коллектора
в накопитель. Ее место занимает более
тяжелая холодная вода. Таким образом,
вода циркулирует и постепенно нагре-
вается. Из накопителя вода, температура
которой 40 'С вЂ” 90 'С (в зависимости от ее
количества, качества абсорбера, солнеч-
ного излучения, размеров коллектора),
поступает к использованию. Так выгля-
дит наиболее простой вид солнечного
нагревателя.
В качестве теплоносителя в плоском
коллекторе может служить и воздух. В во-
здушном коллекторе применяется гофри-
рованный черный абсорбер из жести.
В результате этого увеличивается пло-
щадь соприкосновения между воздухом
в коллекторе и горячим абсорбером, тем
самым затрачивается меньше времени на
процесс передачи тепла из абсорбера
в системы использования. Теплый воздух
из нагревателей применяется в самых
различных целях в сельском хозяйстве,
например, при сушке, в отопительных
системах и т. д. Широко употреблеется
несложная солнечная сушилка сельскохо-
зяйственных продуктов. Воздух нагре-
289

405 Схема
электростанциина
искусственном
спутнике, который
будет вращаться над
экватором Земли на
высоте 36 000 км
(период обращения
— 24 часа). Солнечные
батареи,
расположенные на
панелях, превращают
солнечное излучение
в электрическую
энергию. Та, в свою
очередь, в виде
микроволн будет
посылатьсяантенной
на Землю.
403 Солнечный
дистиллятор
превращает морскую
или загрязненную
воду в питьевую.
404 Получение воды
с помощью фольги
в условиях пустыни.
Рядом с домом может
быть построена
усовершенствованная
постоянно
действующая
установка из стекла
(рис. справа).
вается в нескольких коллекторах и подни-
мается в сушильную камеру. Она пред-
ставляет собой закрытое пространство
с сетками, на которых помещается про-
дукт, предназначенный для сушки. Горя-
чий воздух вытягивает из него влагу,
затем охлаждается и опускается вниз.
Влажность постепенно повышается. При
достаточном охлаждении в нижней части
сушильной камеры влага конденсируется
и удаляется. После этого холодный воздух
с небольшим содержанием водяного пара
снова поступает в нижнюю часть коллек-
тора, и процесс повторяется.
Плоские нагреватели с использованием
воды и воздуха применяются для обогрева
зданий (рис. 402). Простым и оправдав-
шим себя типом нагревателя является так
называемая стена Тромбе (профессор
Тромбе — известный французский специа-
лист в области использования солнечной
энергии. Им сконструирована также из-
вестная солнечная печь вблизи селения
Одейо в Пиринеях.)
Стена Тромбе — это плоский коллектор-
нагреватель воздуха в домах. Абсорбером
здесь служит южная стена дома, которая
должна быть обязательно черного цвета.
Перед стеной помещено большое стекло,
вставленное в деревянную или металли-
ческую решетку. Холодный воздух посту-
пает через отверстие внизу, у пола, из
помещения к нагретой стенке. Соприка-
саясь с ней, он нагревается и поднимается
вверх. Наверху, у самого потолка, нахо-
дится одно или два отверстия, через кото-
рые нагретый воздух проникает внутрь
помещения. Там он отдает свое тепло,
охлаждается и опускается вниз. Через
нижнее отверстие он снова попадает
в пространство между стеной и стеклом,
поднимается вверх и т. д. Нагрев происхо-
дит самостоятельно, без участия вентиля-
торов.
Может случиться, что летом нам будет
в доме со стеной Тромбе слишком жарко.
Для этого необходимо закрыть клапан
у потолка и тем самым откроется клапан
для выхода горячего воздуха из дому.
На его место через открытое летом
отверстие в северной стене в помещение
проникает холодный воздух. Северная
стена находится в тени и, следовательно,
воздух, попадающий в помещение, всегда
будет прохладным и свежим. Стена Тром-
бе таким образом в летнюю пору охлаж-
дает воздух в помещении. Опыт, накоп-
ленный с 1956 г., показал, что стена
Тромбе экономит примерно 50 проц. топ-
лива в год, так как классическим способом
дом нужно отапливать лишь в облачные
и холодные дни.
С помощью солнечных лучей можно
получать питьевую воду из морской или
загрязненной воды. Известно, что запасы
питьевой воды на Земле становятся все
меньше и меньше, а ее потребление по-
стоянно возрастает. В процессе своей
жизнедеятельности человек загрязняет
воду в масштабах всей планеты, и во
многих местах уже чувствуется ее недо-
статок. Существует несколько возмож-
ностей получения питьевой воды при по-
мощи дистилляции морской воды в кот-
лах, химической обработки речной воды,
использование огромных резервов,скры-
тых в ледниках, и при помощи солнечного
излучения в несложных аппаратах — сол-
нечных дистиляторах.
Природа дает нам питьевую воду в ре-
зультате испарения океанов, происходя-
щего под воздействием солнечных лучей.
Солнечный дистилятор иммитирует при-
роду (рис. 403). Морская (соленая) или
загрязненная вода наливается в мелкий
и достаточно широкий лоток, дно и низ-
кие стенки которого окрашены в черный
цвет. Солнечные лучи нагревают лоток
вместе с находящейся в нем водой. Моле-
кулы воды быстро испаряются, на дне
остаются лишь загрязнения, соли и болез-
нетворные зародыши организмов. Испа-
рившаяся вода конденсируется на стек-
лянной крышке в виде капель. Крышка,
в свою очередь, охлаждается, соприка-
саясь с внешней средой. Будучи наклонен-
ной (угол наклона превышает 15'), она
позволяет воде стекать по желобам, кото-
рые находятся по обеим сторонам лотка.
Они отводят воду в собирающие сосуды.
Такой способ опреснения воды с по-
мощью солнечных лучей используется
уже на протяжении более ста лет на
рудниках Лас Салинас (Чили). Тем же
способом получают питьевую воду и не-
которые приморские страны (например,
Шри Ланка), используя при этом соли,
полученные в результате испарения воды.
Остатки испарения содержат более двад-
цати видов минеральных солей, которые
играют немаловажную роль в химической
промышленности.
Солнце помогает человеку получать
питьевую воду и в областях, где в ней
испытывается острый дефицит. Для этого
необходима всего лишь пластмассовая
фольга и сосуд (например, пустая кон-
сервная банка). В земле выкапывают не-
большую ямку, и на ее дно помещают
сосуд. Ямка покрывается фольгой, края
которой закрепляют почвой для того,
чтобы из ямки воздух не проникал нару-
жу. На фольгу кладут камень. Влага в ям-
ке конденсируется на фольге и стекает
в сосуд. Чтобы увеличить количество
питьевой воды в сосуде, на дно ямки
нужно поместить измельченные расте-
ния. Таким образом, даже в пустыне с по-
мощью Солнца можно получить до 1 ли-
тра питьевой воды (рис. 404).
Солнце и электричество
Трудно себе даже представить сейчас
нашу жизнь без электричества. Как мы
уже говорили, электричество, которое
используется в быту, в промышленности
и т. д. преимущественно солнечного про-
исхождения: оно вырабатывается либо из
угля, либо из энергии воды. В будущем
человек будет получать всю электричес-
кую энергию непосредственно от Солнца.
Существует несколько способов полу-
чения электроэнергии из солнечного из-
лучения: солнечные батареи, термоэлек-
трические элементы, термоэмиссионные
элементы, солнечные электростанции
и топливные элементы (рис. 405, 406).
291

406 Солнечная
тепловая
электростанция.
С помощью
множества
подвижных зеркал
(гелиостатов)
солнечное излучение
фокусируется на
котел,
расположенный на
многометровой
высоте. В котле вода
превращается в пар,
который по трубам
(обозначенным
красным цветом)
перегоняется
в обычную тепловую
электростанцию
(слева на рис.).
406
В солнечных батареях фотоны непо-
средственно превращаются в электричес-
тво. Эти батареи называют фотовольтаи-
ческими, что значит „превращающие свет
в электрическое напряжение". Наиболее
известный вид солнечных батарей — крем-
невые пластинки, с одной стороны кото-
рых примесь фосфора, с другой — бора.
Если на пластинку попадают солнечные
лучи, то отрицательные электроны отде-
ляются от положительных ионов. В ре-
зультате возникает электрическая сила
(напряжение 0,5 в), которая стремится
вернуть электроны к положительным ио-
нам. Если соединить проволокой осве-
щенную сторону пластинки с неосвещен-
ной, электроны устремятся назад, к ио-
нам, и, следовательно, через проволоку
будет проходить электрический ток. Из
всего солнечного излучения попадающе-
го на батарею, примерно одна пятая пре-
образуется в электроэнергию (например,
1 дм~ солнечных батарей дает около 1 ват-
та). В виде источника электроэнергии
солнечные батареи хорошо зарекомендо-
вали себя на спутниках и космических
станциях, маяках, ретрансляционных
станциях, расположенных в труднодос-
тупных местах, и в виде источников энер-
гии для телефонной связи в отдаленных
областях. Существуют также и жилые
дома, в которых электричество выраба-
тывается солнечными батареями на кры-
шах. Электричество, накопленное днем,
поступает в аккумуляторы, чтобы им
можно было пользоваться ночью и в не-
благоприятных погодных условиях.
В Европе на 1м~ приходится в год
1200 — 1400 квч излучения. На ту же самую
площадь над земной атмосферой (перпен-
дикулярно солнечным лучам) приходится
12 000 квч, то есть в десять раз больше.
Ведь в космическом пространстве нет
смены дня и ночи, не существует там
и облаков, солнечные лучи не погло-
щаются атмосферой. В связи с этим во-
зникает вопрос: разве нельзя собрать сол-
нечное излучение за пределами земной
атмосферы и там же преобразовать его
при помощи солнечных батарей в элек-
троэнергию? Уже существует несколько
проектов так называемых орбитальных
электростанций, и работа над ними про-
должается. Особой популярностью поль-
зуется проект Петера Э. Глазера (рис.
405).
Солнечные батареи в проекте Глазера
размещены на площади 5.12 км~, то есть
60 км~ или 60 000 000 м~. Они будут не-
прерывно принимать излучение порядка
приблизительно 60 000 000 м~. 1,4 кв/м~,
то есть 84 000 000 кв. Ракетопланы под-
нимут эти огромные панели на орбиту
искусственных спутников (около 250 км),
а оттуда ракетами они будут подняты еще
выше, на высоту 36 000 км над поверх-
ностью Земли. На этой высоте спутники
совершают один виток вокруг Земли за 24
часа. Если же орбита спутника проходит
над земным экватором, то спутник по-
стоянно находится над одной и той же
точкой экватора. Такой спутник назы-
вается геостационарным, поскольку
относительно Земли он неподвижен. Фо-
товольтаичские электростанции будут,
следовательно, геостационарными спут-
никами. Полученный электрический ток
можно на станции преобразовать в деци-
метровые радиоволны, которые будут по-
сылаться антенной на Землю. На поверх-
ности Земли волны будут обратно преоб-
разованы в переменный ток, который
поступит в электросеть. После всех пре-
образований из первоначальных 84 мил-
лионов квт солнечного излучения в элек-
тросеть должно было бы поступить 10
миллионов квт. Иными словами, несколь-
ко таких геостационарных электростан-
ций смогло бы давать небольшой стране
всю необходимую ей электроэнергию.
Косвенным путем можно получать
электроэнергию из солнечного излучения
через тепло или химическую энергию.
Способ получения электроэнергии че-
рез тепло и механическую энергию по
сути аналогичен функционированию теп-
ловой электростанции. Разница лишь
в том, что источником энергии является
в этом случае не уголь, а солнечное
излучение. В солнечной тепловой элек-
тростанции (рис. 406) солнечные лучи
концентрируются при помощи множества
подвижных плоских зеркал (так называе-
мых гелиостатов), фокусируются на ко-
тел, помещенный в башне. В котле обра-
зуется пар высокого давления и темпера-
туры, который через башню отводится
вниз, к турбине. Паровая турбина вра-
щает генератор, преобразующий кинети-
ческую энергию в электрический ток.
В небольших масштабах солнечное из-
лучение можно преобразовать в электри-
ческий ток через тепло двумя способами:
при помощи термоэлектрического или
термоэмиссионного элемента. Термо-
электрический элемент состоит из двух
разных проводников (проволочек). Один
помещается в самом фокусе концентри-
рующей сисгемы, другой — в холоде. В це-
пи проходит электрический ток. Термо-
эмиссионный элемент состоит из двух
металлических пластинок — электродов,
которые расположены близко друг к дру-
гу (доля миллиметра). Один электрод
(катод или эмиттер) в фокусе параболи-
ческого коллектора нагревается до тем-
пературы 1600 К вЂ 25 К. Второй элек-
трод (анод или коллектор) сравнительно
холодный, его температура около 500 К.
Электроны с раскаленного катода пер-
елетают на анод и тем самым приносят не
только тепло,но и электрический заряд.
Если оба электрода соединить, электро-
ны возвратятся с анода на катод, следова-
тельно, через проводник будет проходить
электрический ток. Напряжение термо-
эмиссионных батарей невысокое, при-
мерно 0,5 в. Один см~ поверхности спосо-
бен выработать несколько ватт электро-
энергии.
Наконец, следует сказать несколько
слов о преобразовании солнечного излу-
чения в электричество посредством хими-
ческой энергии. С помощью солнечного
излучения можно разлагать воду на водо-
род и кислород, в которых первичная
солнечная энергия накапливается в виде
химической. При соединении водорода
с кислородом снова образуется вода. На-
копленная химическая энергия освобож-
дается либо в виде тепла (горение), либо
в виде электрического тока (так называе-
мый топливный элемент). Топливный
элемент — это преобразователь, в кото-
ром химическая энергия преобразуется
в электрическую.
Наиболее употребляется водородно-
кислородный топливный элемент. С од-
ной стороны, в него поступает водород,
с другой — кислород. Образующаяся вода
из элемента удаляется. Водород передает
свои электроны электроду (катоду), от
которого они через электролит (провод-
ник) переходят на анод, где электроны
принимает кислород. Отрицательный ион
кислорода соединяется с положительным
ионом водорода, образуя воду. Топлив-
ный элемент преобразует химическую
энергию непосредственно в электричес-
кий ток. Превращение химической энер-
гии в электрическую в топливном элемен-
те происходит с большой эффектив-
ностью. В будущем топливный элемент
вероятно станет важнейшим источником
электрической энергии. С помощью сол-
нечной энергии водород и кислород мож-
но получать из воды несколькими спосо-
бами, и прежде всего, в неограниченном
количестве, ведь солнечных лучей и воды
более чем достаточно. Топливные эле-
менты работают чисто и бесшумно. Ис-
пользуя их, можно получить электроэнер-
гию для бытовых целей (мощностью до 12
кв). В настоящее время уже стали произ-
водиться топливные элементы мощ-
ностью более 10 000 кв.
292
293

Солнце
407 Тепло океанов
можно использовать
для мощных
тепловых
двигателей. Один из
способов этого
преобразования
— система ОТЕС,
в принципе которой
лежит использование
теплой воды
поверхности океана
(25' — 28') и холодной
воды из его глубин
(5'). Получаемая при
этом механическая
энергия
преобразовывается
в генераторе
в электрическую.
и механическая энергия
Механизация и автоматизация повы-
шают жизненный уровень. Но для этого
требуется значительное количество энер-
гии. Источником энергии для механиза-
ции являются прежде всего фоссильные
виды топлива. Но их запасы ограничены,
и, что особенно важно, их отходы загряз-
няют воздух. Поэтому специалисты стре-
мятся получать из солнечного излучения
и механическую энергию.
Прямым путем это превращение осу-
ществить нельзя. Вначале необходимо
превратить солнечное излучЕние в тепло,
и только потом с помощью тепловой
машины можно получать механическую
энергию. Другая возможность — получить
из солнечного излучения электричество
(рис. 406), а затем использовать электри-
ческий двигатель.
Оборудование, преобразующее солнеч-
ные лучи в тепло и механическую энер-
гию, называется солнечным двигателем.
По сути дела, это тепловой двигатель,
соединенный с солнечным коллектором.
Это может быть как плоский или концен-
трирующий коллектор, так поверхность
океана в тропиках. Тепло самопроизволь-
но переходит с теплого вещества на холо-
дное. При этом часть тепла можно пре-
вратить в механическую энергию (рабо-
ту). Рабочая жидкость при помощи сол-
нечного тепла нагревается в испарителе
солнечного двигателя. Нагревание испа-
рителя обеспечивает солнечный коллек-
тор. Холодная жидкость находится в кон-
денсаторе. Конденсатор охлаждается хо-
лодной водой. Чем больше разница между
температурами испарителя и конденсато-
ра, тем большее количество тепла мы
способны преобразовать в работу.
Солнечный двигатель действует сле-
дующим образом: тепло из коллектора
нагревает в испарителе рабочее вещество
(аммиак, пропан, двуокись серы и пр.).На-
гретая жидкость испаряется и превра-
щается в горячий пар высокого давления.
Пар приводит в движение турбину и про-
изводит механическую работу. В процессе
расширения в турбине пар охлаждается
и поступает в конденсатор. В результате
дальнейшего охлаждения в конденсаторе
пар превращается в жидкость, которая
подается насосом обратно в испаритель.
Солнечный насос представляет собой
солнечный двигатель, с помощью которо-
го вода выкачивается из колодца. Эта
вода одновременно охлаждает конденса-
тор. В разных странах работает уже много
солнечных насосов. Они выгодны прежде
всего в областях с большим количеством
солнечных дней; в пустынях и полупусты-
нях солнечные насосы незаменимы.
Естественным коллектором солнечных
лучей являются воды океанов в тропичес-
ких областях. Они поглощают солнечные
лучи, нагреваются и, следовательно, со-
держат огромное количество тепла. Тем-
пература воды здесь на поверхности до-
стигает 28' С. И наоборот, на глубине
около 400 м температура воды всего
лишь 5 'С. Разницу в температурах на
поверхности и в глубине океана
(20 'С вЂ” 23 'С) можно использовать для
приведения в движение моторов. Теплая
вода на поверхности нагревает испари-
тель, в то время как холодная вода из
глубин океана охлаждает конденсатор.
Эта идея, высказанная в 1881 г. француз-
ским ученым Ж. Д'Арсонвалем, была
впервые реализована в 1929 г. на Кубе.
В 1956 г. французские специалисты по-
строили в Абижане (Берег Слоновой Кос-
ти) электростанцию, в работе которой
был использован солнечный океанский
двигатель. Ее мощность составляла
3,5 Мвт. Видоизмененной формой ис-
'пользования солнечного океанского дви-
гателя является система ОТЕС, разраба-
тываемая американскими специалистами.
В основе этих исследований также лежит
идея Д'Арсенваля.
Любой автомобиль движется при помо-
щи солнечной энергии: ведь бензин или
дизельное топливо мы получаем, дистил-
лируя нефть, которая содержит скрытую
реликтовую энергию Солнца. Горючее
самолетов также является реликтовой
солнечной энергией, так как керосин вы-
рабатывается из нефти.
Цены на нефть на мировом рынке рас-
тут. Ее запасов хватит еще на два-три
поколения. А кроме этого сгорание нефти
и нефтепродуктов загрязняет атмосферу:
в выхлопных газах содержатся вещества,
вредные для человеческого организма.
Все это серьезные причины для того,
чтобы заменить нефть энергией Солнца.
Несколько видов „солнечных автомоби-
лей" уже с успехом прошли испытания:
1) В Бразилии вошли в эксплуатацию
примерно миллион автомобилей, сзади
которых помещена надпись „movido à al-
cohol". Это машины, мотор которых пе-
рестроен так, чтобы в качестве горючего
можно было использовать этанол (этило-
вый спирт), который образуется в процес-
се сбраживания сахарного тростника
и других растений. Солнечные автомоби-
ли работают за счет неисчерпаемой энер-
гии, а их выхлопные газы содержат лишь
воду и углекислый газ, так как в процессе
окисления этанола (С2Н5OH) ничего дру-
гого не возникает.
2) Водородный автомобиль. В этой
книге мы уже не раз повторяли, что при
помощи солнечных лучей вода разлагает-
ся на водород и кислород. Водород можно
использовать в качестве горючего для
автомобилей вместо бензина. Поскольку
водород способен взрываться, в машинах
он используется в соединении с металлами
(так называемые гидриды). Из гидридов
газообразный водород по мере необходи-
мости освобождается.
3) Электродвигательный привод. Во-
дород и кислород, полученные при помо-
щи солнечного излучения можно преоб-
разовывать в топливном элементе в элек-
тричество. Полученным электрическим
током приводится в движение электромо-
тор. Такой автомобиль легко заводится,
бесшумно передвигается, продуктом
отхода является чистая вода, и в нем
используется энергия, количество кото-
рой неограничено.
Электрический ток в качестве привода
для автомобилей или спортивных самоле-
тов можно получать от панелей солнеч-
ных батарей. Их достаточно разместить
на крыше автомашины или на крыльях
самолета. Несколько машин и самолетов
этого типа уже было построено. Но полу-
ченный таким способом ток характери-
зуется слишком низким количеством, по-
этому скорость автомобиля невелика,
и он едет только тогда, когда светит
солнце. Однако электроэнергию, полу-
ченную от солнечных батарей, можно
накапливать в аккумуляторах. Автомо-
биль передвигается, используя накоплен-
ную в аккумуляторях электроэнергию.
В случае необходимости аккумуляторы
можно заменять. Этот тип автомобиля
является выгодным средством передви-
жения в городах, где скорость движения
транспорта ограничена. Машина ездит
бесшумно и не загрязняет атмосферу.
Мы не смогли остановиться на всех
видах преобразований солчнечной энер-
гии на Земле. Невозможно подробно
ознакомиться со всем, что дает человеку
солнечная энергия. Тем не менее и приве-
денные нами примеры свидетельствуют
о том, какую важную роль играет Солнце
в жизнедеятельности человека и в жизни
вообще.
294

Какой мы видим Вселенную
споверхности Земли
Вокруг себя мы видим лишь небольшую
часть земной поверхности, которая огра-
ничена горизонтом. Над горизонтом про-
стирается небосвод — открытое во Все-
ленную пространство. Вид нашего неба
зависит от того, находится ли Солнце над
горизонтом (дневное небо),под горизон-
том (ночное небо) или на горизонте (вос-
ход или заход Солнца). С изменением
местонахождения Земли на своей около-
солнечной орбите меняется и вид неба.
Летом небо выглядит по-другому чем
зимой (рис. 105).
Земля вращается вокруг собственной
оси, и любая точка на ней поочередно то
освещается, то попадает в тень (рис. 409).
Утром Солнце восходит из-под восточно-
го горизонта, до полудня оно поднимает-
ся, пока не достигнет в полдень наивыс-
шей точки на небосводе. После этого оно
медленно опускается к западному гори-
зонту и заходит за него. Ночью оно нахо-
дится под горизонтом, и мы не видим его.
Таким образом, Солнце делит время на
светлую и темную часть суток — день
и ночь. В результате движения Солнца по
небосклону день тоже делится на рассвет,
утро, первую половину дня, полдень, вто-
рую половину дня, сумерки и вечер. По-
добную картину видели наши предки, так
видим смену дня и ночи мы, и ее же увидят
наши потомки.
Космонавты, однако, видели Землю
совсем иной (рис. 385): наполовину осве-
щенной солнечными лучами, наполовину
погруженную в тень. У обитателей, живу-
щих на ее освещенной половине, — день,
Солнце находится над горизонтом. На
полушарии, куда солнечные лучи в этот
момент не попадают, — ночь, и Солнце
прячется под горизонтом. В тропосфере
солнечные лучи, прежде всего в синей
части спектра, рассеиваются на молеку-
лах азота и кислорода. Кажется, что каж-
дая молекула в тропосфере излучает сла-
бый голубой свет. Все вместе они создают
впечатление голубого небосвода (рис.
26). Сияние звезд слабее голубизны неба,
и днем мы смогли бы увидеть их только
находясь высоко над тропосферой. Итак,
днем мы видим лишь очень близкую часть
Вселенной — тропосферу нашей пла-
неты.
Звезды и другие космические тела (пла-
неты, кометы, туманности, галактики)
доступны для наблюдений только ночью.
Тогда тропосфера не рассеивает солнеч-
ное излучение, так как Солнце находится
под горизонтом. В ночное время небо
кажется нам темным и даже бархатно-
черным (если, конечно, не светит Луна).
Период обращения Земли вокруг Солн-
ца составляет 365 дней 6 часов. За это
время (так называемый тропический год)
происходит чередование времен года (вес-
на, лето, осень, зима), которое обусловле-
но тем, что земная ось не перпендикуляр-
на плоскости земной орбиты (рис. 105).
В июне и июле северное полушарие
имеет наибольший наклон по отношению
к Солнцу, которое в полдень находится
высоко над горизонтом, и его лучи к нам
падают почти отвесно. Поэтому летом
тепло, хотя расстояние между Солнцем
и Землей в это время самое большое.
В декабре и январе северное полушарие
больше всего отклоняется от Солнца.
В эти дни нам кажется, что наше светило
висит низко над горизонтом, его лучи
падают на Землю под острым углом и сов-
сем не греют. В самое холодное время
года мы находимся ближе всего к Солнцу.
В южном полушарии все наоборот.
В течение года меняется не только
дневное небо. Заметные изменения про-
исходят и на ночном небе (рис. 105).
Зимой мы наблюдаем совсем иные созвез-
дия, чем летом.
С поверхности других планет мы увиде-
ли бы небо совсем не таким, как с Земли.
На Меркурии почти нет атмосферы, и не-
бо никогда не бывает голубым. Оно даже
днем черного цвета, а Солнце показалось
бы наблюдателю в несколько раз больше
того, которое мы видим с Земли. С по-
верхности Венеры не видно ни звезд, ни
Солнца, так как наша космическая сосед-
408 Вселенная, видимая нами с поверхности Земли, называется
небом. Днем мы видим Солнце, голубое небо, иногда солнечное
гало (слева на рис.). На закате Солнце окрашивается в красный
цвет (справа, внизу). Вечером солнечный свет, рассеянный на
межпланетной пыли, мы наблюдаем как зодиакальный свет
(слева, внизу). Ночью можно вести наблюдения за созвездиями
и звездами, планетами, кометами, спутниками и туманностями
(верхняя часть рис.). Земля и Луна отбрасывают длинные тени
(нижняя часть рис.), благодаря которым происходят солнечные
и лунные затмения.
297

410 Так выглядит
Солнце с Меркурия,
Венеры, Земли,
спутника Сатурна
и с Плутона.
409 Чередование дня
и ночи обусловлено
вращением Земли.
Голубое небо
ка постоянно покрыта густым облачным
покровом. Но там совсем несложно отли-
чить день от ночи, так как солнечный свет
проникает сквозь облака настолько ин-
тенсивно, что днем легко можно фотогра-
фировать ее поверхность. На планетах-
гигантах, Юпитере и Сатурне, Солнце
показалось бы нам гораздо меньше того,
каким мы привыкли видеть ero с Земли.
Вопрос о том, как выглядит небосклон
с поверхности Сатурна и Юпитера, теряет
всякий смысл, поскольку ни у одной из
этих планет нет твердой поверхности.
Правда, их ядро состоит из твердого ме-
таллического водорода, но в недра обеих
планет-гигантов не проникает ни один
солнечный луч. Наблюдатель, находя-
щийся на самой отдаленной планете, Плу-
тоне, увидит Солнце совсем маленьким.
На поверхность этой планеты Солнце
бросает сголько лучей, сколько их полу-
чает Земля ночью в полнолуние.
Если бы нам удалось попасть в самый
центр шарового скопления М 13 в созвез-
дии Геркулеса, перед нами открылось бы
небо, густо усеянное сверкающими звез-
дами. С Земли мы видим в сотни раз
меньше звезд. Из пространства между
галактиками мы по всей вероятности не
увидели бы ни одной звезды, и далекие
галактики напоминали бы нам светящие-
ся туманные облака.
Небо у нас над головой постоянно ме-
няется. В ясную безлунную ночь оно
кажется нам черным как бархат, покры-
тым сияющими звездами. Когда на ноч-
ном небе светит Луна, она отражает сол-
нечные лучи на темное полушарие Земли.
В такую ночь мы видим контуры окру-
жающих нас предметов, а на небе — только
самые яркие звезды.
Днем небо часто скрыто за облаками
самых различных форм и оттенков, начи-
ная с легких перистых облаков и кончая
черными грозовыми тучами. Но беско-
нечное количество оттенков можно раз-
глядеть и на чистом голубом небе. Они
меняются в зависимости от времени суток
и времени года, от местоположения на
небосклоне. Летом после долгой засухи
в воздухе летает огромное количество
мельчайшихпылинок,частицпочвы,пей-
заж виден не четко, а цвет неба скорее
белесый, чем голубой. После обильных
осадков, очистивших воздух от пыли, не-
бо, напротив, ярко голубое, иногда даже
синее.
Голубой цвет неба не излучается, ко-
нечно, атмосферой, потому что в таком
случае даже ночью мы могли бы видеть
голубое небо. Голубой цвет неба — это
рассеянный солнечный свет. Мы уже го-
ворили о том, что молекулы воздуха из
белых солнечных лучей рассеивают пре-
жде всего синие и ультрафиолетовые лу-
чи. Красные и инфракрасные, напротив,
рассеиваются лишь в незначительной ме-
ре и легко распространяются в воздухе.
Солнечное излучение, попадающее на
Землю, теряет таким образом, синие
и фиолетовые лучи. Именно поэтому
Солнце видится нам не совсем белым,
а скорее бледножелтым. Чем ниже оно
находится над горизонтом, тем длиннее
путь, который преодолевают его лучи,
чтобы попасть на Землю, и тем больше
синего света убывает в процессе рассеива-
ния. Именно поэтому небо синего цвета,
а Солнце на закате оранжевое или даже
красное.
Облачное небо
и свет
в ледяных облаках
Облака различаются по величине, вы-
соте, формам и оттенкам. Часто их приго-
няет ветер с моря. Появившись, они рас-
тут и меняются прямо на глазах. Легкие
облака верхнего яруса (cirrostratus) не-
сколько рассеивают солнечный свет, в то
время как черные кучево-дождевые тучи
(cumulonimbus) полностью закрывают
Солнце.
Облака — это гигантские скопления
мельчайших водяных капель или микро-
скопических кристаллов льда. В зависи-
мости от высоты над Землей они делятся
на три группы: облака нижнего яруса,
среднего яруса и верхнего яруса (рис.
300). В низких облаках вода скапливается
в виде капелек. Высокие облака с очень
низкой температурой состоят из мелких
кристалликов льда. Облака верхнего яру-
са (5 — 13 км над Землей) имеют форму
перьев, барашков или легкой белой по-
лупрозрачной вуали (так называемые cir-
rostratus — перисто-слоистые).
Капельки воды в облаках имеют форму
маленьких шариков. Ледяные кристалли-
ки бывают самые различные, но всегда
правильной формы, которая зависит
прежде всего от температуры в облаке.
Кристаллы-льда в высоких облаках по
своей величине в десятки и сотни раз
больше капель, содержащихся в низких
облаках. Размеры кристаллов колеблют-
ся от десятых долей миллиметра до не-
скольких миллиметров. Из громадного
разнообразия изумительных форм для нас
представляет интерес прежде всего шес-
тигранная призма, шестиугольная звез-
дочка и комплекс шестигранных столби-
ков („еж"). В облаках, состоящих из
подобных кристаллов, вокруг Солнца во-
зникают различные световые эффекты,
так называемые явления гало. Солнеч-
ный свет преломляется и отражается в ле-
дяных кристаллах, что вызывает неповто-
римой красоты круги вокруг Солнца, яр-
кие сверкающие пятна (так называемые
ложные солнца), световые столбы и крес-
ты. Явления гало относят к самым впечат-
ляющим природным феноменам.
Крайне редко галовые явления, изобра-
женные на рис. 411, присутствуют одно-
временно. Обычно появляется часть кру-
га, дуги или столба. Некоторые из этих
явлений наблюдаются и вокруг Луны.
Поскольку высокие перисто-слоистые
облака возникают преимущественно вес-
ной и осенью, явления гало можно наблю-
дать чаще всего именно в эту пору.
В зависимости от расположения крис-
таллов, а также от того, отражается свет
или преломляется, в высоких облаках
можно видеть различные явления-гало,
298
410

411 Явление гало.
412 Солнечные лучи
преломляются
и отражаются в капле
воды, образу~ радугу.
412
411
Сумерки
300
301
большей частью так называемое малое
гало. Это радужный круг вокруг Солнца
радиусом 22'. Он возникает на кристал-
лах, имеющих форму шестигранной при-
змы, в результате преломления солнеч-
ных лучей (рис. 411). Белый солнечный
свет при этом раскладывается на отдель-
ные цвета. Поэтому внутренняя сторона
малого гало, расположенная ближе
к Солнцу, имеет красноватый цвет, внеш-
няя — синеватый.
По обеим сторонам Солнца вблизи ма-
лого гало появляются два ложных солнца.
Они образуются на кристаллах, имеющих
форму шестигранных столбиков с плас-
тинками.
Горизонтальный круг появляется в ре-
зультате отражения света на кристаллах,
форма которых — вертикальная призма,
и охватывает весь небосвод, находясь на
одинаковой высоте над горизонтом.
Вследствие отражения света на пластин-
чатых кристаллах возникает галовый
столб над и под Солнцем. Примерно та-
ким же образом появляется и световой
столб над гладью озера или реки ночью,
когда на волнах отражается свет недале-
кой лампы. Горизонтальный круг и гало-
вый столб вместе образуют так называе-
мый солнечный крест. В прошлом это
явление вызывало суеверный страх.
Появление галовых явлений, особен-
но малого гало, прогнозирует дождь. Это
и понятно, так как на смену высоким
облакам приходят облака среднего яруса,
затем облака нижнего яруса, дождевые.
В облаках среднего яруса (3 — 8 км от
Земли), состоящих из капель, галовых
явлений не бывает. При соприкосновении
с мелкими капельками свет преломляется.
Именно этой причиной можно объяснить
возникновение так называемой короны
— цветных кругов вокруг Солнца и Луны.
Эти круги в короне ближе к Солнцу или
к Луне, чем малое гало.
Корона отличается от головых кругов
размерами: радиус короны составляет
максимально 10, а радиус галовых кругов
достигает 22' — 45'. В чередовании цветов
тоже наблюдаются различия: в гало цве-
товые круги следуют в обратном порядке,
чем в короне. Особенно удобно наблю-
дать корону в тот момент, когда Солнце
или Луна скрыты слоем облаков, пол-
ностью или частично закрывающих не-
босклон. Такие облака получили название
altostratus — слоистые. Наблюдая Солнце
через слоистые облака, мы видим его как
бы через матовое стекло.
Самым известным оптическим эффек-
том в облаках нижнего яруса (менее 2 км
над Землей) является радуга. Причина ее
возникновения — преломление солнечно-
го света в дождевых каплях (рис. 412).
Радуга
— солнечные лучи в дожде
Мельчайшие капельки в облаках ниж-
него яруса собираются в большие капли,
которые будучи достаточно тяжелыми,
падают на Землю в виде дождя. Примерно
один миллион мелких капелек в облаке
соединяются в одну дождевую каплю.
Солнечный луч проникает в дождевую
каплю, преломляется в ней и расклады-
вается на отдельные цвета. Внутри капли
он отражается и выходит наружу в виде
пучка разноцветных лучей. Это и есть
радуга (рис. 412). Угол между лучом
белого света, падающим на каплю и выхо-
дящим пучком лучей составляет 42'. Раду-
га образуется на противоположной от
Солнца стороне неба. Лес, гора, скалы,
расположенные за радугой, как бы при-
ближают ее к нам. Дождь, который бы-
вает причиной ее появления, может идти
всего лишь в нескольких метрах или на
расстоянии двух километров от наблюда-
теля. Кстати, те, кто рано утром или под
вечер занимаются поливкой в саду, могут
сами создать эффект радуги.
Однажды автору довелось наблюдать
из окна самолета весьма любопытное
явление. Слева светило Солнце, а из боль-
шого облака справа шел дождь. Под само-
летом, наискось от него, в дожде можно
было видеть большой разноцветный круг,
в центре которого двигалась тень самоле-
та. Внешний край круга был красного
цвета, внутренний — синего, а между ними
располагались остальные цвета радуги.
Это была так называемая круговая ра-
дуга.
На Земле мы видим радугу только в ви-
де дуги, и чем ниже Солнце над горизон-
том и выше место, на котором находится
наблюдатель, тем больше дуга радуги.
Если стоять на высокой башне, а побли-
зости будет идти дождь, то на стороне,
противоположной Солнцу, мы сможем
увидеть круговую радугу.
Радуга, которую мы только что описа-
ли, называется главной радугой. Над ней
довольно часто появляется побочная ра-
дуга. Она всегда слабее главной, и ее
цвета расположены в обратной последо-
вательности, то есть ее внутренний край
— красный, а внешний — синий. Побочная
радуга образуется в результате двойного
отражения света в дождевых каплях.
Наше. полушарие и атмосфера над ним
ночью находятся в теневой части Земли.
После захода Солнца земная поверхность
хотя и погружается в тень, но атмосфера
над ней еще более часа освещена солнеч-
ными лучами. Когда на поверхности уже
наступает ночь, в атмосфере над нами
остается 'еще часть дневнего неба. Грани-
ца между тенью и солнечными лучами
быстро поднимается вверх и постепенно
покидает пределы атмосферы. Переход
от дневнего света к ночной темноте назы-
вается вечерними сумерками, а от ночной
темноты к дневному свету — утренними
сумерками.

Ночное небо
413 Когда Солнце
опускается к самому
горизонту (1),
кончается день
и наступают сумерки.
В зависимости от того,
насколько Солнце
погружается за
горизонт, мы
различаем сумерки
гражданские — до 6'
(2), навигационные
— до 12' (3)
и астрономические
— до 18' (4).
Вечерние сумерки
После захода Солнца солнечные лучи
рассеиваются на молекулах азота и кисло-
рода над нами и попадают к нам на Землю.
В западной части горизонта, где заходит
Солнце, простирается ряд горизонталь-
ных цветовых поясов. Их цвет меняется
в зависимости от высоты: от пурпурного
у линии горизонта к оранжевому, кремо-
вому, желтому, голубому до темносинего.
Кажется, что от этих широких горизон-
тальных полос исходит необычное ощу-
щение мира и покоя. По мере того, как
Солнце опускается за горизонт, цвета
поясов меняются и наконец меркнут.
На противоположной восточной сторо-
не горизонта можно видеть земную тень,
спроектированную в атмосфере. Это тем-
но-серый участок неба у самой линии
горизонта, который постепенно подни-
мается вверх. Его видно на высоте около
6' над восточной линией горизонта, а за-
тем он исчезает.
Когда Солнце погружается на 18' под
западную линию горизонта, его лучи на-
столько слабо освещают атмосферу, что
ее рассеянный свет будет равен собствен-
ному излучению ночного неба. В этот
момент кончаются вечерные астрономи-
ческие сумерки, после которых наступает
ночь, благоприятная для астрономичес-
ких наблюдений. Если Солнце погружает-
ся под горизонт менее чем на 6, то
наступают гражданские сумерки. В целях
ориентации на море введены так называе-
мые навигационные сумерки, то есть
время, когда Солнце опускается под ли-
нию горизонта на 12' (рис. 413).
Если вы находитесь в природе, не упус-
кайте малейшую возможность наблюдать
заход Солнца, а также игру цвета, света
и тьмы в сумерках.
Когда Солнце опустится под линию
горизонта на 18', кончаются астрономи-
ческие сумерки и наступает ночь. На
темном бархате неба можно увидеть сла-
бо мерцающие звезды, потому что атмо-
сфера не освещена Солнцем. Но несмотря
на это, ночное небо излучает свет. Пере-
числим шесть причин, которые обуслав-
ливают его свечение:
1) Городское освещение, рассеиваемое
на молекулах воздуха, капельках воды
и частичках пыли. Этот рассеянный свет
искуственного происхождения очень ме-
шает астрономам. Поэтому астрономи-
ческие обсерватории расположены дале-
ко от центров цивилизации, которые слу-
жат источниками света, дыма, химичес-
ких отходов, пыли, тепла и радиопомех.
2) В атмосфере происходят различные
химические реакции, рекомбинация элек-
тронов и ионов и при этом освобождается
энергия в виде света. Это очень слабое
излучение, невидимое невооруженным
глазом. Тем не менее, оно мешает астро-
номам, так как приходится долго экспони-
ровать слабые объекты на ночном
небе.
3) Рассеянный свет Луны в тропосфе-
ре, если Луна видна на ночном небе. Это
аналогия голубого дневнего неба. Но лун-
ное излучение, конечно, во много раз
слабее, чем дневное солнечное. В лунную
ночь можно видеть только самые яркие
звезды, слабые мы не видим. Лунный свет
преломляется в кристаллах льда на боль-
шой высоте в облаках и образует вокруг
Луны гало, но ero краски не столь вырази-
тельны, как у гало, возникающего вокруг
Солнца.
4) Полярное сияние (свечение атмо-
сферы на высоте свыше 100 км) имеет
форму занавеса, лучей, диффузных пятен
и т. д. Разнообразие красок, от светлозе-
леной до темнокрасной, придают этим
формам еще более пестрый, яркий вид.
При сильных вспышках на Солнце поляр-
ное сияние появляется и в поясах с более
мягким климатом, где красота этого явле-
ния природы производит особенно боль-
шое впечатление.
5) Зодиакальный свет — высокий, слабо
светящийся конус, вытянутый по обе сто-
роны эклиптики (рис. 112). В безлунную
ночь ero можно видеть на западе после
захода Солнца или на востоке перед вос-
ходом Солнца.
Вдоль эклиптики, от Солнца за земную
орбиту, простирается большое облако
мелкой пыли, так называемый мете-
ороидный комплекс. Каждая пылинка
в облаке представляет собой как бы ми-
ниатюрную планету, которая, подобно
обычным планетам, вращается вокруг
Солнца. Это облако мелкой пыли имеет
сплюснутую форму. Это в основном
остатки материи, из которой четыре
с половиной миллиарда лет назад возник-
ли планеты и их спутники. Солнечный
свет отражается и рассеивается на пыле-
вых частицах, и поэтому его можно на-
блюдать на темном небосклоне. Весной
его хорошо видно вечером, осенью до
восхода Солнца. Дело в том, что в это
время конус зодиакального света нахо-
дится почти в вертикальном положении
по отношению к горизонту и почти ка-
сается зенита.
6) Частицы метеороидной пыли часто
сталкиваются с Землей. Но при этом они
не достигают земной поверхности, так
как, проходя через атмосферу, настолько
сильно нагреваются, что уже на высоте
около ста километров они начинаютпла-
виться и испаряться. Пылевые частицы
светятся, и у наблюдателя создается впе-
чатление, что летит звезда. Эта светящая-
, ся в верхних слоях атмосферы межпла-
нетная пылинка называется метеором или
падающей звездой. Свечение метеоров
вызывает кинетическая энергия частиц,
которая довольно значительна, так как
частицы движутся в атмосфере с большой
скоростью (30 — 70 км/сек).
Все перечисленные виды излучений
ночного неба исходят из ближнего космо-
са: из атмосферы Земли (1 1,6) или из
межпланетного пространства (5), рас-
стояние которого от Земли составляет
менее четверти светового часа. К тому же
и планеты, видимые на ночном небе,
и кометы, которые хорошо видны иногда,
находятся в пределах близкого космоса.
Их свет (точнее говоря, солнечный свет
их отраженный) летит к нам менее часа.
От Сатурна, самой далекой видимой пла-
неты, свет летит приблизительно час
и двадцать минут.
Таким образом возраст фотонов поляр-
ного сияния, метеоров и т. д. в тот момент,
когда они достигают Земли, составляет
тысячные доли секунды. Другие фотоны
(например, фотоны планет, комет, зодиа-
кального света) покрывают расстояние до
Земли за несколько минут или за несколь-
ко десятков минут. Среди них много фото-
нов солнечного происхождения, отра-
жающихся поверхностью планет и комет
(рис. 186).
Возраст фотонов, прилетающих на
Землю со звезд, напротив, исчисляется
несколькими годами и даже несколькими
тысячелетиями. Это фотоны, родившиеся
в фотосфере звезд, а не отраженные от
поверхности комет и планет. Фотоны,
странствующие во Вселенной, несут нам
на Землю информацию о звездах, на
которых они возникли много лет и тыся-
челетий назад. А вот что собой представ-
ляют эти звезды сейчас, мы не знаем.
Взгляд в глубины космоса — взгляд в дале-
кое прошлое, и чем дальше от нас звезда,
тем в более отдаленное прошлое мы
заглядываем (рис. 29).
Большая галактика в созвездии Андро-
меды нам знакома в этом виде уже два
миллиона лет тому назад. Самые мощные
телескопы в мире „видят" в очень далекое
прошлое — в эпоху квазаров, которая
была лет девять — десять миллиардов тому
назад.
Созвездия — группы звезд на
небосклоне
Названия звезд и созвездний возникли
приблизительно семь тысячелетий назад.
Греки, китайцы и народы, живущие по
берегам Нила, Ефрата и Инда, объединя-
ли звезды в группы и давали им имена
своих богов, героев и зверей. Их представ-
ления пережили века и сохранились до
наших дней. В те времена знание звезд
и созвездий играло более важную роль
в повседневной жизни, чем сейчас. Для
крестьянина, пастуха, моряка и путешес-
твенника звездное небо было часами, ка-
лендарем, помогало ориентироваться.
Но не только практические нужды за-
ставляли людей изучать созвездия. Ими
302

недоступна для
наблюдения часть
неба,обозначеннаяна
рис. красным цветом.
В настоящее время для
нас остаются
невидимы созвездия
в той части
небосклона, которая
обозначена желтым
цветом (2).
Перемещение
красного круга
в положение желтого
длилось 7000 лет.
14 Земная ось
постепенно меняет
свое положение
в пространстве
(прецессия).
Северный полюс
описывает круг
по небеской сфере
один раз
в 26 000 лет. Это
415
результат
гравитационного
воздействия Луны
и Солнца на Землю.
В настоящее время
северный полюс
находитсявблизн
Полярной звезды (2),
через 13 000 летон
переместится к Веге
в созвездии Лиры (1).
414
415 Благодаря
движению (1)
полюсов (О)
вследствие прецессии,
некоторые созвездия
остаются для нас
невидимы. Границы
созвездий них
названия были
установлены во
времена, когда
древним
цивилизациям была
305
304
двигала и естественная любознатель-
ность, которая присуща нам так же, как
и грекам, египтянам и жителям Месопота-
мии, жившим более ста поколений до нас.
Мы хотим знать, что такое звезды, поче-
му они светятся, как возникли, и как
умирают, мы задаемся массой вопросов,
которые рождаются в нас, когда мы смо-
трим на звездное небо. На многие из этих
вопросов сравнительно недавно совре-
менная астрономия уже дала ответ, благо-
даря мощным радиотелескопам и новым
данным об элементарных частицах, из
которых состоит космос.
Сорок восемь созвездий современного
неба известны из каталога „Альмагест"
греческого астронома Птолемея (137 r.
н. э.) . .Этим каталогом пользовались
вплоть до середины 15 в. В 9 в. этот труд
был переведен с греческого на арабский
язык (по-арабски „Альмагест,' означает
„Великое построение"). В 12 в. каталог
был переведен на латинский язык. Эта
книга представляет собой обзор астроно-
мии времен Птолемея, и, кроме всего
прочего, содержит перечень тысячи звезд
(точнее 1022). Однако название созвездий
и многих звезд, приведенных в „Альма-
гесте" Птолемея, имеют более древнее,
по сравнению с греческой культурой, про-
исхождение.
Специалисты доказывают, что все 48
созвездий были определены в довольно
короткое время группой древних наблю-
дателей по-видимому из Месопотамии
или Малой Азии. Каким образом они
доказывают это? Упомянутые в каталоге
48 созвездий покрывают небосвод непол-
ностью, так как на небольшом участке
неба (купол) в южном полушарии нет ни '
одного из приведенных в „Альмагесте"
созвездий. Исходя из величины этого ку-
пола, мы можем определить, на какой
географической широте жили древние
наблюдатели, обозначившие созвездия.
Радиус купола указывает нам географи-
ческую широту 35 . Звезды той части
неба в южном полушарии, которая оста-
валась невидимой для жителей 35' север-
ной широты, не были описаны в каталоге.
Чем меньше географическая широта,
с которой ведется наблюдение неба, тем
меньше невидимая нам часть купола
южного полушария. На экваторе небо-
свод можно видеть от одного полюса до
другого, иными словами, можно наблю-
дать, все созвездия на небе. Если мы
посмотрим на карту, то увидим, что 35'
северной широты совпадает с местами
древнейших цивилизаций — Ближним Вос-
током, Месопотамией, Персией, Север-
ной Индией.
Когда же были обозначены созвездия
на небе? В этом нам поможет явление,
которое называется прецессией или пред-
варением равноденствий. Северный
и южный полюсы на небосводе медленно
перемещаются. Они описывают большие
круги раз в 26 тысяч лет. Во времена,
когда были обозначены 48 созвездий,
южный полюс находился в центре невиди-
мой части купола радиусом 35'. Итак, нам
известен центр купола, то есть положе-
ние, в котором находился небесный полюс
в те времена. Сейчас, он уже, конечно,
совсем в другой точке, так как с того
времени он переместился на 96'. Посколь-
ку за 26 000 лет полюс переместился на
360, (то есть в результате прецессии
опишет полный круг), то следовательно
за 7 тысячелетий полюс передвинулся на
96'. Инымы словами, 48 первоначальных
созвездий были обозначены и получили
свои названия приблизительно в пятом
тысячелетии до нашей эры.
Созвездия — эт() звезды, случайно объе-
диненные в условные группы. Сейчас они
выглядят иначе, чем сто тысяч лет назад,
и совсем по-другому они будут выглядеть
в будущем, через сто тысяч лет, посколь-
ку звезды медленно перемещаются по
небосводу. Вид созвездий меняется еще
и потому, что одни звезды умирают,
а в других местах рождаются новые. На-
конец, объединение звезд в определенные
созвездия имеет значение только для нас,
жителей Земли. Если бы мы имели во-
зможность расспросить разумных су-
ществ какой-нибудь звезды, удаленной от
нас на расстояние 10 тысяч световых лет,
от нашей Солнечной системы, то мы
узнали бы, что их созвездия выглядят
совсем по-другому и что звезды на их небе
тоже совершенно другие, чем на нашем
небе. Они наблюдали бы одну и ту же
галактику, что и мы (например, галактику
М 31), но совсем в другом, нам неизвест-
ном созвездии, точнее говоря, за абсолют-
но другой группировкой звезд, потому что
расстояние до галактик во много раз
больше, чем до звезд.
Все наше небо сейчас разделено на 88
созвездий. Каждое из них на разных язы-
ках называешься по-разному (например,
Большая Медведица, Возничий, Орел и т.
д.). Однако астрономы всего мира исполь-
зуют латинские названия, например, Ursa
Maior, Auriga, Aquila и т. д. Поэтому здесь
после русского названия созвездия, мы
приводим еще латинское, данное в имени-
тельном и родительном падежах, и т. д.
Напр. Ursa Maiqr, Ursae Maioris и т. д.
После латинского названия следует его
сокращенный вариант, например, UMa,
Aur, Aql и т. д. При обозначении звезд
обычно употребляется форма родитель-
ного падежа и сокращенное название.
Яркие значительные звезды имеют
свои имена: Сириус, Полярная звезда и др.
Однако более распространен способ обо-
значения звезд буквами греческого алфа-
вита. Алфавитная последовательность
букв соответствует степени их яркости (от
более ярких к менее ярким). Заглавными
буквами латинского алфавита, начиная
с буквы R, обозначаются переменные
звезды, например, R Coronae Borealis.
Туманности, звездные скопления и наи-
более яркие галактики также имеют свои
названия (например, Волокнистая туман-
ность, Ясли), или обозначены порядко-
вым номером в каталоге Мессье (сокра-
щенно М), например, М 44 — Ясли, М 31
— галактика в туманности Андромеды, и т.
д. Французский астроном Шарль Мессье
опубликовал в 1784 r.ïåðå÷åíüòóìàííûõ
объектов на небосводе для того, чтобы их
не путали с кометами. Многие из 109
объектов каталога Мессье, как оказалось
позже, являются звездными скоплениями
или галактиками, другие -туманностями.
Через сто лет после этого, в 1888 г.,

СОЗВЕЗДИЯ ВОКРУГ СЕ-
ВЕРНОГО ПОЛЮСА
Полярную звезду и созвездие
Малой Медведицы. Поляр-
ная звезда указывает направ-
ление на север и служит пре-
красным ориентиром ночью.
Также легко мы найдем соз-
вездие Кассиопея. Если взять
в качестве ориентира Поляр-
ную звезду, то Кассиопея ле-
жит в противоположной сто-
роне от Большой Медведи-
цы. Она похожа на латин-
скую букву W или пе-
ревернутую букву М, в зави-
В майские вечера его можно
видеть высоко над головой.
С помощью карты вы легко
найдете его, и оно поможет
вам отыскать другие соз-
вездия.
Рукоятка ковша указывает
направление к яркой звезде
Арктур в созвездии Волопа-
са, а затем к Спике в созвез-
дии Девы. Если мы продол-
жим правую линию ковша
(Мерак — Дубге), то найдем
Большая Медведица
Ursa Maior, Ursae Maioris, UMa
очень слабая звезда, видимая невооруженным глазом °
слабая звезда
звезда средней яркости
яркая звезда
очень яркая звезда
переменная звезда, невидимая невооруженным глазом О
переменная звезда, видимая невооруженным глазом ®
° ° å
° °
звездное скопление
планетарнаятуманность
диффузная туманность
галактика
О
~~~~liii
СР
радиант метеорного потока
датский астроном Йохан Людвиг Дрейер
из обсерватории Армах в Ирландии опуб-
ликовал гораздо более полный перечень.
В нем приводятся почти восемь тысяч
туманностей, звездных скоплений и га-
лактик. В „Новом общем каталоге туман-
ностей и звездных скоплений" („ New Ge-
neral Catalogue" — NGC) после сокраще-
ния приводится порядковый номер, на-
пример, NGC 1976-обозначаетбольшую
туманность в созвездии Ориона (рис. 148).
Более яркие объекты имеют два обозна-
чения: NGC 1976 — то же самое, что
и М 42, NGC 224 — М 31 (галактика,
в туманности Андромеды) и т. д.
На каждой нашей карте для сравне-
ния величины созвездия приведен отрезок
прямой, соотвесгвующий 10 градусам, что
равняется приблизительно 20 диаметрам
лунного диска.
В следующих главах вы познакомитесь
с наиболее известными созвездиями, с их
историей и с самыми интересными объек-'
тами созвездий. На картах в качестве
обозначений используются следующие
символы:
Полюс — это точка на не-
босклоне, вокруг которой
вращаются все звезды. Это
кажущееся движение звезд
вызвано вращением нашей
планеты. Небесный север-
ный полюс (рис. 414.), нахо-
дится вблизи Полярной звез-
ды. Созвездия, которые мы
видим на небе постоянно, на-
зываются северными около-
полюсными или околополяр-
ными созвездиями. Те созвез-
дия, которые вращаются во-
круг южного полюса на не-
босводе в нашем полушарии,
мы не видим или видим толь-
ко часть их. Они постоянно
находятся ниже линии гори-
зонта и называются южными
околополюсными созвез-
диями.
Самое известное северное
околополюсное созвездие
— Большая Медведица. Она
похожа на большой ковш или
повозку со сламанной оглоб-
лей (поэтому, например,
в чешском языке оно назы-
вается „Большая Повозка" ).
Большая Медведица — са-
мое известное созвездие на-
шего неба. Семь наиболее
ярких его звезд образуют фи-
гуру, напоминающую ковш.
Народы Месопотамии, се-
верной Азии, фини кийцы,
персы и греки видели в очер-
тании этого созвездия фигуру
медведя. Удивительно, что
и североамериканские индей-
цы видели очертания медведя
в контурах этого созвездия.
Случайно ли подобное совпа-
дение или индейцы привезли
это название с собой когда
переселялись из Азии в Аме-
рику через Берингов пролив?
Ответа на этот вопрос мы не
знаем.
Объясняя возникновение
созвездия Большой Медведи-
цы, греки рассказывали сле-
дующую легенду: Царица
Аркадии, Каллисто, слыла
красавицей. Это возбудило
ревность Геры, жены самого
главного из богов — Зевса.
Разгневанная богиня превра-
тила царицу Аркадии в мед-
ведицу и прогнала в лес.
Тщетно молила Каллисто бо-
гиню вернуть ей человечес-
кий облик. Гера была не-
преклонна. И вот бывшая ца-
рица блуждала по лесам,
боясь диких зверей, потому
что забывала, что теперь
и сама она стала диким зве-
рем. А вскоре она узнала, что
такое страх перед охотника-
ми и их собаками. Однажды
она увидела среди пресле-
дующих ее своего сына Арка-
са. Она приблизилась к нему
и хотела его обнять. Защи-
щаясь, Аркас занес над ма-
терью копье. Но тут вмешал-
ся Зевс и, чтобы предотвра-
тить несчастье, превратил
в медвежонка и сына. А так
как он любил обоих, то пе-
ренес их на небо — Большую
Медведицу и Малую Медве-
дицу.
Средняя звезда в ручке ков-
ша называется Мицар (по-
арабски „кушак"). Она нахо-
< es от ас на расстоя ии
световых лет. Рядом с Мица-
ром — более слабая звезда
Алькор, которой часто поль-
зуются, чтобы проверить ос-
троту зрения. С помощью не-
большого телескопа мы об-
наружим, что Мицар — двой-
ная звезда. Таким образом,
в телескопе мы видим три
звезды: Мицар, его спутник
и Алькор. Каждая из этих
звезд, в свою очередь, яв-
ляется двойной звездой. Оба
компонента двойной звезды
расположены в такой близос-
ти друг к другу, что их можно
различить только с помощью
спектрального анализа. По-
этому их называют спек-
трально-двойными звездами.
Таким образом, Мицар пред-
ставляет собой систему из
симости от того, когда мы
наблюдаем это созвездие.
Между Малой Медведицей
и Кассиопеей находится соз-
вездие Цефей. Оно не очень
заметное. Его главные звез-
ды можно отыскать, взяв за
ориентиры звезды ближай-
ших созвездий, например,
а и р Кассиопеи. Если мы
проведем соединительную
линию между этими двумя
звездами и продолжим ее че-
тыре раза, то найдем а Це-
фея. С помощью звездной
карты в нашей книге мы оты-
щем и другие близкие и уда-
ленные звезды и созвездия.
шести звезд. Эти шесть звезд
связаны между собой силой
гравитации. Они вращаются
по сложным орбитам вокруг
общего центра масс. Следует
упомянуть о том, что Мицар
была первой спектрально-
двойной звездой, за которой
велись наблюдения (в 1889
г.). Спектральные линии у та-
ких звезд периодически раз-
дваиваются и снова сли-
ваются.
Звезды Мерак и Дубге, две
звезды правой линии ковша,
указывают направление
к Полярной звезде. Если мы
четырежды отложим рас-
стояние между ними в на-
правлении их соединитель-
ной линии, то найдем Поляр-
ную звезду.
Самой интересной особен-
ностъю ярких звезд Болыпой
Медведицы является их дви-
жение. Пять из них (P, у, Ь, е,
g) и Алькор движутся по небу
с одинаковой скоростью
и в одном и том же направле-

° CEPHEUS
+a
са (движение земной оси) на-
зывается прецессией.
Полярная звезда по своей
величине приблизительно в
миллион раз больше Солнца.
Каждые четыре дня ее яр-
кость и объем меняются: она
пульсирует. Расстояние меж-
ду Землей и Полярной звез-
дой составляет более четы-
рехсот световых лет. На та-
ком расстоянии мы не увиде-
ли бы Солнце даже в неболь-
шой телескоп. Эта огромная
пульсирующая звезда прина-
длежит к двойной звезде, од-
нако непосредственно на-
блюдать ее спутник невоз-
можно. Период обращения
его вокруг Полярной звезды
— тридцать лет. Спектроско-
пически спутник можно об-
наружить в спектре Поляр-
ной звезды, которая является
спектрально-двойной звез-
lYNX
где правил Цефей. Чтобы
спасти свои владения, не-
счастные Кассиопея и Це-
фей, послушав совета ораку-
ла, приковали свою дочь Ан-
дромеду к скале, отдав ее тем
самым в жертву чудовищу.
Но Персей освободил Андро-
10
нии (в направлении соедини-
тельной линии р †). Дубге
и Бенетнаш („ Предводители
плакальщиков") движутся
в противоположном направ-
лении. Форма созвездия
Малая Медведица
Ursa Minor, Ursae МшотЫ3т~
Когда богиня Гера узна-
ла, что Аркаси его мать, цари-
ца Аркадии, превратились
в звезды, она очень огорчи-
лась: ведь ее соперница с сы-
ном очутились на небе. Она
добилась от бога морей обе-
щания, что он никогда не
позволит им отдохнуть вмес-
те с другими звездами в мор-
ских волнах, опустившись за
горизонт. И поэтому Боль-
шая Медведица и Малая Мед-
ведица никогда не заходят за
линию горизонта, постоянно
вращаясь вокруг полюса как
околополярные созвездия.
Но существуют и другие
варианты легенды о возник-
новении этих созвездий.
В них рассказывается исто-
рия о том, как медведи забо-
тились о маленьком Зевсе,
когда он скрывался от своего
отца Крона на острове Крит.
Крон правил Олимпом и,
страшась предсказанной ему
судьбы, проглатывал всех
своих детей. Его жена Рея,
опасаясь, что ее сына Зевса
ждет подобная участь, спря-
тала его в пещере на острове,
поручив заботам двух медве-
дей. Позднее Зевс в знак бла-
годарности сделал их бес-
смертными, перенеся на не-
бо.
В созвездии Малой Медве-
дицы сравнительно мало ин-
тересных объектов. Самый
известный из них — Полярная
звезда, основной особен-
ностью которой является ее
близость к северному полю-
су. Раньше она считалась „ве-
дующей звездой на небосво-
де", так как показывала на-
правление на север. В старые
времена, когда люди еще не
знали компаса, Полярная
звезда была путеводной звез-
дой на море, в пустыне, в не-
обитаемых краях.
Полярная звезда удалена
от Северного полюса менее,
Кассиопея
Cassiopeia, Cassiopeiae, Cas
Это околополюсное соз-
вездие, согласно легенде,
представляет собой эфиоп-
скую царицу на троне.
Красавица Кассиопея по-
Большой Медведицы, как
и всех других созвездий, со
временсм меняется. Однако
изменения заметны лишь
спустя несколько десятков
тысячелетий. Вавилонские
чем на один градус (почти два
диаметра Луны). Поэтому
она описывает вокруг полю-
са малый круг. В этом можно
убедиться, если направить
об.ьектив фотоаппарата на
Полярную звезду и в течение
нескольких часов экспониро-
вать пленку или фотоплас-
тинку.
Следует отметить, что да-
же полюс (точка, вокруг ко-
торой якобы вращаются все
небесные тела) не остается
неподвижным. Он описывает
круг каждые 26 000 лет (так
называемый „год Платона" ).
Через 13 000 лет полюс при-
близится к Веге в созвездии
Лиры. Тогда Вега станет „по-
лярной" звездой, ачерез сле-
дующие 13 000 лет северный
полюс снова вернется на то
место, где он находится сей-
час. Это перемещение полю-
хвалялась тем, что она краси-
вее нереид, морских нимф.
Разгневался бог морей По-
сейдон, услышав это, потому
что его жена тоже была не-
реидой. По ее совету послал
он морское чудовище унич-
тожить эфиопское царство,
и египетские астрономы ви-
дели на небосводе созвездия
почти в том виде, в каком
видим их мы.
Удаленность звезд созвез-
дия от Земли различна. На
стр. 307 изображено очерта-
ние Большой Медведицы та-
/
ким, каким мы видим ее
с Земли. Расстояние звезд от
Земли даны в световых
годах.
дой. Вокруг Полярной звез-
ды и ее спутника вращаются
три менее ярких звезды (В,
С и D). Таким образом, По-
лярная звезда представляет
собой систему, состоящую из
пяти звезд. Очертание соз-
вездия Малой Медведицы,
как и Большой Медведицы
— семизвездный ковш. Две
самые яркие звезды, Р и у,
которые образуют правую
линию ковша, называются
Стражи полюса.
меду, и, очарованный ее кра-
сотой, взял ее в жены.
После смерти Кассиопея
очутилась среди звезд, и ее
стали называть „звездной
эфиопской царицей". Одна-
ко, по настоянию нереид, не-
взлюбивших ее, Кассиопею
поместили вблизи полюса.
Поэтому каждый раз, зажи-
гая свои звезды, она проводит
половину ночи вниз головой,
чтобы научиться скромности
и избавиться от гордыни.
Это созвездие расположе-
но в противоположной от
Полярной звезды стороне,
напротив Большой Медведи-
цы. В осенние месяцы она
сияет у нас над головой. Ее
легко найти по форме буквы
W. Созвездие находится в об-
ласти Млечного Пути, и в не-
го входит много звезд, кото-
рые лучше всего наблюдать
в бинокль.
К интересным объектам
этого созвездия относится
белый гигант у, газовая обо-
лочка которого иногда рас-
ширяется от десяти до восем-
надцати диаметров Солнца.
Во Вселенной известно мно-
го таких переменных звезд.
Они называются новоподоб-
ными.
11 ноября 1572 года в соз-
СОЗВЕЗДИЯ ВЕСЕННЕГО
НЕБА
При ориентировании на ве-
сеннем небосводе нам помо-
жет треугольник ярких звезд:
Регул, в созвездии Льва, голу-
боватая звезда Спика в соз-
вездии Девы и оранжевый
Арктур в созвездии Воло-
паса.
Волопас, Л~ев и Дева наибо-
лее выразительные созвез-
дия весеннего неба и вы легко
запомните их. Под ручкой
ковша Большой Медведицы
найдем созвездие Гончих
Псов, а под ним над созвез-
дием Девы увидим туманное
Рак
Cancer, Сапсл', Спс
Созвездие это как будто
напоминает большого краба,
который помогал Гидре
в бою с Гераклом. Одним из
подвигов Геракла была его
победа над девятиглавой Гид-
рой,которая жила в болотах
около города Лерны и опус-
тошала окрестности. По-
мощником Гидры в поединке
с Гераклом был огромный
краб с острыми клешнями.
Когда он вцепился в ногу ге-
роя, выстрелил в него из лука
другГераклаИолайиметкой
стрелой убил краба. Гидра
оглянулась на него, и в этот
момент Иолай сжег ей голову
горящим стволом дерева.
В то время, как на месте
отсеченных голов у Гидры
вырастали новые, там, где
вездии Кассиопеи появилась
новая яркая звезда (на карте
она обозначена В). Ее на-
блюдением в основном зани-
мался астроном Тихо Браге,
поэтому она и называется
„звездой Тихо Браге". Через
несколько дней после своего
появления она стала более
яркой, чем Венера. Ее можно
было различить даже днем.
Затем ее яркость стала убы-
вать. До сего дня остатки
взрыва этой суперновой рас-
ширяются со скоростью
4000 — 5000 км/сек и являют-
ся сильнейшим источником
радиоизлучения. С помощью
радиотелескопов астрономы
ведут за ними наблюдение.
Эта „радиотуманность" на-
зывается „Кассиопея А".
Стремительно расширяю-
щаяся туманность является
также мощным источником
рентгеновского излучения.
В этом движении содержится
такое количество энергии,
что сталкиваясь с межзвез-
дным газом, она будет сиять
еще десяти тысяч лет.
Об ьектами, интересными
для наблюдения в бинокль
в созвездии Кассиопеи можно
назвать рассеянные звездные
скопления М 52, М 103
и NGC 457, а также близкое
двойное скопление у и 1т
Персея.
скопление неярких звезд—
это Волосы Вероники. Под
созвездями Льва, Девы и Ве-
сов тянется вдоль горизонта
извивающаяся Гидра, голова
которой поднята к северу.
Между Девой и Гидрой нахо-
дится Ворон, а к нему накло-
няется Чаша. Под Гидрой
расположены созвездия Ком-
паса, Насоса и верхняя часть
Центавра. На восток от Во-
лопаса находится Северная
корона. На запад от Льва
— созвездие Рака, на север
— Малый Лев, а на юг — Сек-
стант.
308
309

1
Лев
Leo, Leonis, Leo
311
310
голова была сожжена, новые
головы уже не появлялись.
Так краб, который хотел по-
мочь Гидре, способствовал ее
гибели. Несмотря на это, бо-
гиня Гера, перенесла его на
небо, так как покровитель-
ствовала всем недругам Ге-
ракла.
Древние халдеи называли
это созвездие „Вратами
людей". По преданию имен-
но через них души спускают-
ся на Землю, чтобы вопло-
титыл в человеческом обли-
ке. В свою очередь, индейцы
Юкатана верили, что Солнце,
очутившись в этом созвездии,
низойдет на Землю в виде
Когда-то дельфийская про-
рицательница Пифия повеле-
ла герою Гераклу отправить-
ся на службу к микенскому
царю. Микены — древний го-
род на острове Пелопоннес.
До наших дней там со-
хранились стены царского
дворца. Геракл послушался
совета и поселился в Мике-
нах, где совершил по повеле-
нию царя двенадцать великих
подвигов. Прежде всего он
должен был убить льва, жив-
шего недалеко в горах. Испо-
линский лев держал в страхе
все окрестности. Геракл на-
шел его в одной из пещер (ее
до сих пор показывают ту-
ристам) и оглушил могучим
ударом палицы. Потом, заду-
шив его, он отнес убитого
льва царю в Микены. Царь
пришел в ужас не столько от
огромного льва, сколько от
силы Геракла. Поэтому он
послал Геракла на новый
подвиг. Герой должен был
убить девятиглавую Гидру.
Дело в том, что царь надеялся
на гибель Геракла в поединке
с чудовищем. Но герой одо-
лел и Гидру. Благодаря своей
невероятной храбрости, он
стал вскоре славным и бесс-
мертным. Геракл вознесся на
Олимп к богам и, таким обра-
Дева
Virgo, Virginis, Vir
Человек „золотого века"
еще не знал законов бытия
и жил, почитая жизненные
правила и храня верность.
В те далекие времена сошла
на Землю к людям богиня
справедливости и порядка
огненной птицы и будет при-
нимать жертвы, приносимые
ему на алтарь.
Рак — маловыразительное
созвездие, находящееся в тре-
угольнике звезд Поллукс,
Процион и Регул. Это наибо-
лее бедное зодиакальное соз-
вездие. Когда-то Рак был са-
мым северным созвездием
зодиака, следовательно,
Солнце появлялось в нем во
время летнего солнцестоя-
ния. Самая северная парал-
лель Земного шара, где
Солнце один раз в год дости-
гает зенита, а именно в день
летнего солнцестояния, до
сих пор носит название „тро-
зом, попал на небосвод (соз-
вездие Геркулеса). Вместе
с героем в память о совер-
шенных им подвигах на небе
очутились и побежденные им
Лев, Гидра и Рак.
Лев — зодиакальное созвез-
дие, по своей фигуре напоми-
нающее лежащего царя зве-
рей. Оно находится íà юг от
Большой Медведицы. В ве-
сенные месяцы его можно
наблюдать по вечерам. Если
мы захотим увидеть это соз-
вездие в ноябре, то искать его
на небе придется ранним
утром. Между 11 и 20 ноября
наблюдается метеорный по-
Дикэ, дочь Зевса. Она учи-
ла людей уважать порядок,
быть справедливыми и со-
блюдать законы. И жизнь ка-
залась прекрасной. Но потом
люди стали эгоистичными,
начали думать только о своих
личных интересах, выдумали
оружие, которым убивали
своих ближних, обкрадывали
пик Рака", хотя Солнце те-
перь находится в созвездии
Близнецов. Этот сдвиг про-
изошел в результате пре-
цессии (рис. 414).
Наиболее интереснымобь-
ектом в созвездии Рака яв-
ляется рассеянное звездное
скопление Ясли (Praesepe).
Его можно различить нево-
оруженнътм глазом в виде ту-
манного мерцающего облач-
ка, действительно, несколько
напоминающего сено в яслях.
В простой бинокль можно
увидеть более яркие звезды.
Скопление находится от нас
на расстоянии пятисот свето-
вых лет, его диаметр равен
ток Леонид, радиант которо-
го находится в созвездии
Льва. Это остатки кометы
Темпеля. Каждые 33 года
Земля встречается с обиль-
ным потоком метеоритов.
В 1833 году наблюдалось
46 000 метеоров Леонид
только за один час — настоя-
щий метеорный дождь.
Яркий Регул считается од-
ним из четырех „звездных
стражей" или „царственных
звезд". Это были звезды, ко-
торые на заре человечес-
кой истории обозначали точ-
ку весеннего равноденствия
(Альдебаран), точку летнего
невинных. Земля была зали-
та кровью, и боги покинули
ее. Дольше всех оставалась
на Земле богиня Дикэ в на-
дежде, что ей еще удастся
смятчить гнев Зевса и пред-
отвратить гибель человечес-
тва. Наконец и Дикэ покину-
ла Землю, вернувшись к бо-
гам на небо. С той поры она
пятнадцати световым годам,
и в нем насчитывается более
сга звезд.
По обе стороны от ясель
расположены звезды б и
"/ Спс, называемые Ослята-
ми. Южный Ослик (AseHus
australis) находится точно
в эклиптике, вследствие чего
Солнце раз в год на своем
пути по небосклону закры-
вает его. Второй Осла
(AseHus borealis) „кормится"
с северной стороны Яслей.
солнцестояния (Регул), точку
осеннего равноденствия (Ан-
тарес) и точку зимнего солн-
цестояния (Фомальгаут).
„Царственные звезды" дели-
ли путь Солнца (эклиптику),
а следовательно, и год на че-
тыре отрезка — времена года.
Таким образом, Солнце нахо-
дящееся между Ре гулом
и Антаресом, возвещало
о лете. В наше время, пожа-
луй, трудно было бы найти
земледельца, определяюще-
го по звездам дни в году. Но
в древние времена любой
пастух, пахарь или морепла-
ватель вынуждены были са-
ми самостоятельно опреде-
лять время года и дня.
находится среди звезд, где
превратилась в созвездие
Девы.
Жителям долины между
Титром и Ефратом это соз-
вездие представлялось в виде
богини Иштар, дочери неба
и царицы звезд. В Египте
созвездие Девы называлось
по имени Исиды, матери бога
Солнца Гора и жены Осири-
са, бога умирающей и воскре-
сающей природы.
Когда Солнце проходит
точку осеннего равноден-
ствия лежащую в созвездии
Девы, кончается лето и начи-
нается осень. Созвездие Де-
вы — тоже зодиакальное.
Эклиптика пересекается
в нем с небесным экватором
(в точке осеннего равноден-
ствия) приблизительно меж-
ду звездами р Vir u q Vir.
Вблизи них находится краси-
вая двойная звезда у Vir
(Arich, Porrima).
Наиболее интересным объ-
ектом созвездия Девы яв-
ляется большое скопление
галактик, удаляющееся от
нас вследствие расширения
Вселенной со скоростью
1200 км/сек. И чем более от-
даленное скопление галактик
мы наблюдаем, тем быстрее
оно удалеется. Исходя из ско-
рости удаления можно опре-
делить расстояние.
Скопление галактик в соз-
вездии Девы знаменательно
тем, что представляет собой
ядро или центр нашей Сверх-
галактики. Расстояние от не-
го до нас составляет прибли-
зительно 60 миллионов све-
СОЗВЕЗДИЯ
ЛЕТНЕГО НЕБА
Лето — весьма благоприят-
ная пора для наблюдений не-
ба. Ночи в северном полуша-
рии хотя и короткие, но теп-
лые, а Млечный Путь сияет
у нас над головой во всей
своей красоте. Его серебрис-
тый пояс простирается высо-
ко над восточным горизон-
том с юга на север и заходит
за северный горизонт.
В Млечном Пути легко оты-
щем выразительный треу-
гольник, вершины которого
образуют три яркие звезды:
Денеб (а Лебедя), Альтаир (а
Орла) и Вега (а Лиры). Соз-
вездие Лебедя имеет форму
креста и поэтому его нередко
называют Северным Крес-
том. Если дважды продол-
жить расстояние Денеб-Вега
по направлению от Веги, то
мы найдем характерный че-
тырехугольник Геркулеса.
Весы
Libra, Librae, Lib
Одним из немногочислен-
ных созвездий, название ко-
торътх свидетельствует не
о героических поступках,
товых лет. Местная группа
галактик, к которой принад-
лежат помимо Млечного Пу-
ти также Магеллановы Об-
лака, галактика М 31 в ту-
манности Андромеды и про-
чие галактики, находится
в южной части нашей Сверх-
галактики. Таким образом,
мы вращаемся вокруг скоп-
ления галактик в созвездии
Девы (рис. 141, 142).
В созвездии Девы находит-
ся объект, обозначаемый ЗС
273. С помощью мощного те-
лескопа его можно наблю-
дать в виде малопримеча-
тельной звезды, на первый
взгляд ничем не отличаю-
щейся от огромного количес-
В южной части Млечного
Пути, расположены два зо-
диакальных созвездия: Скор-
пион с красным сверхгиган-
том Антаресом. В той облас-
а о технических достижениях
древних, являются Весы. Это
неприметное созвездие рас-
положено на эклиптике
и относится, таким образом,
к зодиаку. Не все из двенад-
цати созвездий, расположен-
тва невыразительных звез-
дочек Млечного Пути. Но
спектр показывает, что зага-
дочный объект не имеет со
звездами ничего общего.
Радиотелескопы обнаружили
интенсивное радиоизлуче-
ние, испускаемое им. Хотя
этот объект по своим разме-
рам во много раз уступает
нашей Галактике, но его из-
лучение примерно в сто раз
превышает излучение всех
ста пятидесяти миллиардов
ее звезд, вместе взятых. Сей-
час известно уже несколько
сотен подобных объектов.
Все они, вследствие расшире-
ния Вселенной, с колоссаль-
ной скоростью удаляются от
ти неба, где Млечный Путь
сияет наиболее ярко, нахо-
дится созвездие Стрельца. За
звездами Стрельца с по-
мощью мощного радиотеле-
ных на эклиптике, то есть
зодиакальных, носят назва-
ния одушевленных существ,
хотя зодиак произошел от
греческого слова „зоон"
— „животное". К зодиакаль-
ным созвездиям относятся
нас. Называются они квази-
звездными объектами или
просто квазарами.
Вышеописанный объект
ЗС 273 представляет собой
первый квазар, который ас-
трономы открыли в радио-
диапазоне и диапазоне волн
ренттеноского излучения.
Квазары — это наиболее от-
даленные объекты Вселен-
ной, которые пока удалось
обнаружить. Вполне вероят-
но, что из квазаров образова-
лись радиогалактики, а поз-
же — все остальные галакти-
ки подобные тем, которые
мы можем наблюдать в близ-
ком космосе.
скопа можно обнаружить
центр нашей Галактики.
В восточном направлении от
этого созвездия расположено
невыразительное созвездие
Козерога. В зодиаке между
Скорпионом и Девой нахо-
дятся Весы, а между Скор-.
пионом и Геркулесом тянутся
обширные созвездия Зме-
еносца и Змей. Высоко над
западным горизонтом распо-
ложился Волопас, напоми-
нающий цифру 2; к нему на-
правлена ручка ковша Боль-
шой Медведицы. Между Во-
лопасом и Геркулесом вы
легко отыщете правильной
формы небольшое созвездие
Северной Короны. На запад-
ном горизонте заходит Дева.
Три миниатюрных созвездия
— Дельфина, Лисичку и Сгре-
лу — можно найти между Ор-
лом и Лебедем, а между Ор-
лом и Срельцом — Щит.
Овен, Телец, Близнецы, Рак,
Лев, Дева, Весы, Скорпион,
Стрелец, Козерог, Водолей
и Рыбы. Под зодиаком мы
подразумеваем пояс, расцо-
ложенный вдоль эклиптики,
в котором находится не толь-

цвп °
ди, полукони. Мало кто из
кентавров благожелательно
относился к людям. Одним из
них был любимец муз, изо-
бретатель стрельбы из лука
Стрелец, за свои заслуги во-
зведенный в ранг созвездий.
Стрелец — красивое зодиа-
кальное созвездие летнего
неба, богатое двойными
и переменными звездами,
звездными скоплениями и ту-
манностями. Из многочис-
ленных объектов, заслужи-
вающих внимание, назовем
cat
хотя бы три туманности: Три-
зодиака переместились за
прошедшие 2000 лет в другие
созвездия. Так и получилось,
что в настоящее время знаки
зодиака (воображаемые пря-
моугольники) не совпадают
с зодиакальными созвездия-
ми, хотя и носят их первона-
чальные названия. Итак, ес-
ли кто-нибудь из вас родился
фид, Лагуна и Омега, назы-
ваемая также Подковой. Эти
туманности расположены
примерно в одной десятой
расстояния от нас до центра
Галактики.
В созвездии Стрельца на-
ходятся наиболее яркие обла-
ка звезд Млечнего Пути,
представляющие собой ма-
лую часть одного из рукавов
Галактики. Так называемый
рукав Стрельца находится
в десяти тысячах световых
лет от нас. А в тридцати тыся-
чах световых лет от Земли
в том же созвездии находится
центр Галактики, окутанный
светящимися облаками. К со-
жалению, свет, исходящий от
него не доходит к нам, так как
поглощается облаками меж-
звездоного вещества. Таким
образом, мы лишены воз-
можности увидеть зрелище
необычайной красоты: ведь
ядро Галактики сияло бы
ночью, как Луна, настолько
интенсивно, что предметы на
Земле отбрасывали бы выра-
зительные тени.
Все наши сведения о ядре
Галактики получены в ре-
зультате исследований с по-
мощью инфракрасного излу-
чения или радиоизлучения.
шийся под знаком Весов, поя-
вился на свет, когда Солнце,
действительно, находилось
в созвездии Весов.
под знаком Весов, Солнце
в данный момент находилось
в созвездии Девы. Но древне-
греческий философ или рим-
ский военоначальник, родив-
миллионов раз выше, чем
в остальных частях Галакти-
ки. В ядре кроме звезд при-
сутствует вещество, находя-
щееся в состоянии бурного
развития, то есть в состоянии,
неизвестном на Земле. Время
от времени в ядре происходят
гигантские взрывы. Но пока
нам неизвестна сила, вызы-
вающая их. Скорее всего ви-
новницей этого является гра-
витация, способная освобож-
дать из вещества половину
его энергии покоя.
Эти виды излучения способ-
ны проникнуть сквозь меж-
звездное вещество с большим
успехом, чем лучи света. Бла-
годаря инфракрасным лучам
и радиоволнам нам теперь
известно,что в центреГалак-
тики существует небольшое
ядро, диаметр которого сос-
тавляет приблизительно семь
световых лет. Плотность
звезд в ядре примерно в сто
Скорпион
Scorpius, Scorpii, Sco
Козерог
Capricornus, Capricorni, Cap
Покровителем лесов, по-
лей, стад и пастухов в Греции
считался Пан (в римской ми-
фологии — Фавн). Поскольку
его внешность пугала людей,
он предпочитал бродить по
лесам и горам в одиночестве,
забавляясь игрой на свирели.
Особенно любил он музыку
и танцы. Часто Пана изобра-
жают в виде козерога с ры-
бьим хвостом. Он всегда при-
нимал это странное обличье,
спасаясь от своего злейшего
врага — чудовища Тифона.
В настоящее время в ре-
зультате прецессии Стрелец
тропик называется тропиком
Козерога. Названия объек-
тов на Земле и во Вселенной
как мы видим, способны
пережить тысячелетия.
раньше, более двух тысяч лет
тому назад, самым южным
созвездием зодиака был Ко-
зерог. До сих пор южный
'стал самым южным созвез-
дием зодиака. Именно в нем
находится Солнце в период
зимнего солнцестояния. Но
В 134 г. до н. э. в созвездии
Скорпиона вспыхнула сверх-
новая, которую было видно
даже днем. Именно эта звезда
убедила греческого астроно-
ма Гиппарха, что небо и звез-
ды на нем не являются неиз-
менными, как считали в то
время. Он составил перепись
самых ярких звезд (в общей
сложности их было 1080),
чтобы можно было следить
за их переменами. Звезды
в каталоге были разделены
в 48 групп — созвездий, кото-
рые мы наблюдаем и в наши
дни.
в триста раз превышает диа-
метр Солнца. Если размес-
тить в Антаресе Солнечную
систему так, чтобы Солнце
находилось в его центре, то
Земля будет вращаться под
поверхностью сверхгиганта
на расстоянии 50 миллионов
км от нее. Вокруг красного
Антареса вращается белая
звезда, которая кажется нам
зеленоватой по контрасту
с Антаресом. Ее можно уви-
деть даже при помощи не-
большого телескопа. Обе
звезды отделяет от нас 400
световых лет.
Лебедь
Cygnus, Cygni, Cyg
Вследствие вращания Га-
лактики наша Солнечная сис-
тема и окружающие ее звез-
ды мчаться по направлению
к Лебедю со скоростью
230 км/сек. С этой ско-
ростью Солнце делает один
виток вокруг галактического
ядра раз в 200 миллионов лет
(так называемый галакти-
ческий год).
Сверхгиганты Денеб (по-
арабски „хвост") и Садир об-
ладают светимостью, почти в
10 000 раз превышающей
светимость Солнца. Звезда
61 Лебедя (образующая
вместе со звездами а, у и в
параллелограмм) известна
тем, что стала первой из
звезд, для которой было
определено точное расстоя-
ние (в 1837 г). Звезда имеет
небольшой спутник, масса
которого составляет прибли-
зительно одну сотую массы
Солнца. Это небесное тело
напоминает нам скорееЮпи-
тера, чем наше светило.
Вблизи от звезды в нахо-
дилась дочь, прекрасная Еле-
на, из-за которой началась
троянская война.
Созвездие, действительно,
напоминает лебедя, летяще-
го по Млечному Пути на юг.
Белая звезда Денеб образует
вместе с Вегой в созвездии
Лиры и Альтаиром в созвез-
дии Орла заметный треу-
гольник летнего неба. Соз-
вездие Лебедя можно наблю-
дать с июня до января. Иног-
да его называют Северным
Крестом.
По преданию, когда Зевс
сходил с Олимпа, чтобы по-
смотреть, как живут люди, он
превращался в лебедя. В этом
обличьи он посетил и царицу
Спарты Леду, которая плени-
ла его своей красотой. Для
того, чтобы проникнуть к
ней, Зевс позволил гигант-
скому орлу преследовать се-
бя, и царица спасла его от
опасности. Потом у Леды ро-
Стрелец
Sagittarius, Sagittarii, Sgr
Кроме прекрасных богинь
и отважных героев в гречес-
ко Солнце, но и планеты,
а также Луна (рис. 105). Этот
пояс простирается в пределах
9 по обе стороны эклиптики
и разделен на двенадцать од-
инаковых частей, представ-
ляющих собой прямоуголь-
ники, шириной 18' и длиной
30', которые носят название
знаков зодиака. Более двух
тысяч лет тому назад они
получили эти названия от
созвездий, которые в них тог-
да располагались. Но по-
скольку точка весеннего рав-
ноденствия перемещается по
эклиптике против движения
Солнца, то передвигаются
также и воображаемые пря-
моугольники, соответствую-
щие знакам зодиака. За 36
лет точка весеннего равно-
денствия передвигается на
0,5', что равняется диаметру
Луны. По этой причине знаки
Фигура звезд, сгруппиро-
ванная между Стрел ьцом
и Весами, напоминает приго-
товившегося к укусу скор-
пиона. Отсюда и его назва-
ние. Созвездие восходит на
небе в тот момент, когда за-
ходит Орион, потому что сог-
ласно преданию они злейшие
враги. Рассказывают, что
когда-то давно сама богиня
Гера выпустила из подземел-
ья огромного скорпиона, что-
бы он своим укусом умертвил
охотника Ориона. Y нее бы-
ли на это серьезные причи-
ны: Орион несказанно оби-
дел ее своими речами. После
укуса скорпиона Орион умер,
но по просьбе богини Арте-
миды вместе со своей соба-
кой Сириусом он был перене-
сен на небо и разместился
напротив Скорпиона, кото-
рого Гера тоже перенесла на
небо в знак благодарности за
исполненную службу.
Это зодиакальное созвез-
дие находится всегда у гори-
зонта, и поэтому в Европе его
можно наблюдать лишь час-
тично. В нем есть несколько
интересных объектов. К наи-
более значительным принад-
лежит так называемая ассо-
циация горячих звезд. Ассо-
циации представляют собой
очень молодые скопления
звезд, которые рождаются
одновременно и сразу же по-
сле этого начинают рассеи-
ваться среди других звезд Га-
лактики. Это разновидность
большого разреженного рас-
сеянного скопления. Ассо-
циация не может существо-
вать более десяти — двадцати
миллионов лет. Например,
возраст ассоциации в созвез-
дии Скорпиона составляет
примерно 4 миллиона лет,
и астрономы насчитали в ней
более ста горячих звезд. Рас-
стояние скопления от Земли
равняется 4000 световым го-
дам, а диаметр — примерно
100 световым годам.
Самая яркая звезда в этом
созвездии — Антарес — во
многом похожа на планету
Марс. Кстати, эта схожесть
отразилась и в ее названии:
анти-Арес (греческий Арес
был богом войны, также как
и римский Марс). Это холод-
ный сверхгигант „преклон-
ного возраста". Его диаметр
кой мифологии нередко и демоны. Принадлежали
появлялись разные чудовища к ним и кентавры — полулю-
313

Орионидами. Известную ко-
мету Галлея мы сможем на-
блюдать в конце 1985 года
вечером и в начале 1986 года
утром.
Планетарная туманность,
называемая Гелликс (NGC
7293) — одна из крупней-
ших на нашем небе. Ее
можно увидеть даже при по-
мощи небольшого бинокля
названного Эта Аквариды
(Eta Aquaridy). Он состоит из
метеорных частиц, которые
оставляет за собой комета
Галлея. Чаще всего метеоры
этого потока падают около
5 мая. Второй раз он пересе-
кает земную орбиту около 20
октября. В эти дни метеоры
вылетают из созвездия Ори-
она и поэтому называются
в виде сплюснутого туманно-
го облака. Раскаленная звез-
да в ее центре, освещающая
туманность, слишком слаба,
и ее видно только в сильный
телескоп. Выброс планетар-
ной туманности произошел
много тысяч лет тому назад
в результате смерти звезды,
похожей на наше Солнце.
величине и направлению
отклонений расчитанной ор-
биты Леверье сумел опреде-
лить координаты ранее неиз-
вестной планеты. Поскольку
Галле открыл ее в созвездии
Водолея, новая планета была
названа именем римского бо-
га морей Нептуна.
Около звезды rI находится
радиант метеорного потока,
Рыбы
Pisces, Pisciurn, Psc
вероятности, „черной ды-
рой", масса которой пример-
но в пятнадцать раз больше
солнечной. Из могучего
сверхгиганта в „черную ды-
ру" засасывается огромная
лавина раскаленных газов.
Но прежде, чем безвозвратно
исчезнуть в „черной дыре",
СОЗВЕЗДИЯ ОСЕННЕГО
НЕБА
медой видны Тре угол ьнык
и Овен. Широко расставлен-
ная буква V возле юго-вос-
точного угла Пегаса — мало-
выразительное созвездие
Рыб. Южную часть небоск-
лона занимают большие соз-
вездия Кита и Водолея.
Характерная фигура, по
которой легко ориентиро-
ваться на осеннем небе
— большой квадрат Пегаса со
звездами а, р и у Персея
и а Андромеды. Если в квад-
рату добавить еще звезды
р и / Андромеды и Алголь
Персея, то это семизвездие
будет напоминать нам Боль-
шую Медведицу. Под Андро-
Водолей
Aquarius, Aquarii, Аср
Овен
Aries, Arietis, Ari
ле звезды с еще одну пла-
нету нашей Солнечной сис-
темы — Нептун. Принимая
во внимание нерегулярность
движения планеты Уран,
Французский астроном У.
Леверье, ранее вычислил ее
координаты. Дело в том, что
Нептун своей гравитацией
притягивает Уран и тем са-
мым как бы выталкивает его
с правильной эллиптической
орбиты вокруг Солнца. По
тожали друг друга в войнах,
правда и добродетель почти
исчезли, восторжествовали
ложь и насилие. Тогда, как
говорит легенда, разгневался
Зевс не на шутку и послал на
Землю потоки воды, погло-
тившие людей. Лишь двое из
них спаслись: сын Прометея
Девкалион и его жена Пирра,
потому что были людьми
добрыми и справедливыми.
Созвездие Водолея зани-
мает большую часть неба под
Пегасом. Но его звезды не
слишком выразительны. Са-
мая яркая из них — Садалма-
лик (по-арабски „счастье
царства") — сверхгигант, по
своей светимости превы-
шающий наше Солнце в де-
сять тысяч раз. Нас отделяет
от него примерно тысяча сто
световых лет.
желюбно принят колхидским
царем. Барана Фрикс принес
в жертву Зевсу, а золотое
руно подарил колхидскому
властителю. Тот безмерно
восхищался подарком и боял-
ся лишь одного, чтобы кто-
нибудь его не похитил. По-
ре. В память об этом море,
куда она упала, было названо
Геллеспонт — „море Геллы"
(древнегреческое название
Дарданелл).
Фрикс благополучно доле-
тел до Колхиды и был дру-
и Поллукс) и даже корабль
„Арго" попали на небо.
Итак, Фрикс и Гелла сели
на овна и, ухватившись за его
золотое' руно, понеслись по
воздуху. Но Гелла держалась
не очень крепко и упала в мо-
314
315
дится Волокнистая туман-
ность, обозначенная в ката-
логе NGC 6992 и NGC 6960.
Тонкие волокна этой туман-
ности светятся и до сих пор
расширяются со скоростью
около 100 км/сек. Это ос-
татки сверхновой, которая
вспыхнула в Лебеде пример-
но 50 тысяч лет тому назад.
Она находится от нас на рас-
стоянии двух с половиной ты-
сяч световых лет. Двигаясь
в пространстве с большой
скоростью и сталкиваясь
с межзвездным газом, ту-
манность светится.
Недавно открытая двойная
звезда Лебедь Х-1 является
мощным источником рентге-
новского излучения. Один
компонент этой двойной
звезды представляет светя-
щийся сверхгигант, второй,
невидимый, является, по всей
На старых памятниках Ва-
вилона Водолей изображен
в виде коленопреклоненного
человека, льющего воду из
стоящего у него на плече со-
суда. В Египте ero считали
символом разливов Нила
и наступления периода дож-
дей. Древние египтяне вери-
ли, что Водолей переливает
огромным сосудом воду из
истоков Нила в ero русло,
вызывая разливы реки.
В греческой мифологии
Водолей олицетворял бога
Зевса, льющего на Землю
потоки воды, чтобы наказать
нечестных людей. В самом
начале, в золотом веке, люди
были добры и счастливы, и на
земле царила непреходящая
весна. После этого наступил
серебряный век, когда Зевс
разделил год на четыре пери-
ода времени, и людям при-
шлось приспосабливаться
к чередованию тепла и холо-
да. Позже наступил бронзо-
вый век, и, наконец, желез-
газы на большой скорости чение, которое является
сталкиваются и при этом воз- внешным проявлением этого
никает рентгеновское излу- „космического грабежа".
ный — из всех наихудший. Они и основали новый чело- Берлинский астроном Й.
Люди стали злыми, они унич- веческий род. Г. Галле открыл в 1846 г. воз-
В старой легенде рассказы-
вается, что однажды богиня
Афродита (у римлян — Вене-
ра) гуляла со своим сыном
Эротом по берегу Ефрата.
Вдруг перед ними появилось
гигантское чудовище Тифон.
Испуганная Афродита вмес-
те с сыном бросилась в волны
Ефрата, и превратились
в рыбы. В память о том, как
искусно Афродита избежала
опасности, обе легендарные
рыбы попали на небо и рас-
положились вблизи Кита,
Дельфина и южной Рыбы.
Когда-то это созвездие назы-
вали созвездием Афродиты
и Эрота. Но поскольку древ-
ние жители Вавилона, асси-
рийцы и персы видели в звез-
дном узоре фигуры двух рыб,
это название утвердилось за
В созвездии Рыб находится
точка весеннего равноден-
ствия, в которой пересекают-
ся эклиптика и небесный эк-
ватор (воображаемый круг
на небосклоне, на который
проектируется плоскость
земного экватора). Окруж-
ность, соединяющая оба не-
бесных полюса (точки в се-
верном и южном полуша-
риях, вокруг которых проис-
ходит мнимое вращение звез-
Согласно древней легенде
у фиванского царя Афаманта
было двое детей: сын Фрикс
и дочь Гелла. Мачеха не лю-
била их и причиняла им много
зла. Узнав об этом, посол
богов Гермес подарил детям
златорунного овна, который
перенес их по воздуху на во-
сточный берег Черного моря,
в Колхиду. Овен, появляю-
щийся на осеннем небоскло-
не, и есть тот самый прослав-
ленный летающий овен, за
золотым руном которого от-
правились в Колхиду арго-
навты. Не только овен, но
и некоторые герои этой ле-
генды (например, Кастор
диого неба), представляет со-
бой аналогию земного мери-
диана и носит название круга
широты или так называемого
круга склонений. Для опреде-
ления небесных координат
круг склонения, проходящий
через точку весеннего равно-
денствия, имеет такое же
важное значение, как и Грин-
вичский меридиан для опре-
деления географической дол-
готы. Исходя из круга скло-
нения, астрономы высчиты-
вают прямое восхождение
(аналогия географической
долготы). Примерно также,
но исходя из небесного эква-
тора, вычисляется в градусах
склонение (аналогия геогра-
фической широты), на север
— со знаком плюс, íà юг — со
знаком минус.
Однако наша планета ведет
себя, как крутящийся волчок.
Ее ось совершает круговое
движение, которое называет-
ся прецессией. Вследствие
этого полюса на небе сдви-
гаются одновременно с эква-
тором, а следовательно, пе-
ремещается и точка его пер-
есечения с эклиптикой — точ-
ка весеннего равноденствия.
Она перемещается по эклип-
тике вправо, против движе-
ния Солнца, и постепенно
удаляется от созвездия Овна,
в котором находилась до на-
шей эры. Точка весеннего
равноденствия до сих пор
обозначается,'У' символом
Овна, хотя уже давно нахо-
дится в созвездии Рыб и про-
двигается к созвездию Водо-
лея. Вслед за ней движется
весь пояс зодиакальных соз-
вездий.
Созвездие Рыб небогато
яркими звездами — именно
в этой части звездного неба
мы как бы смотрим сквозь
диск нашей Галактики.
В этом созвездии хорошо
различимо всякое тело Сол-
нечной системы. И поэтому
области Рыб представляются
более всего подходящими для
открытия новых малых
планет.

10'
317
316
этому он укрыл руно в свя-
щенной пещере, охраняемой
недремлющим драконом. И
все же потом в Колхиду при-
был на корабле „Apro" Ясон
СОЗВЕЗДИЯ ЗИМНЕГО
НЕБА
Впечатляюще красиво
звездное небо в долгие зим-
ние ночи. Зимнее небо тем-
нее летнего, и на нем свер-
кает множество выразитель-
ных созвездий. Пожалуй,
наиболее интересным из них,
прежде всего своей симмет-
ричностью, издавна счита-
лось созвездие Ориона. Его
легко найти, пользуясь кар-
той звездного неба. Между
красной звездой Бетельгейзе
и голубым Ригелем хорошо
виден знаменитый пояс Ори-
она, состоящий из трех голу-
боватых звезд.
Если мысленно продол-
жить линию пояса, то в одном
направлении мы найдем звез-
ду Альдебаран в созвездии
Тельца, а в обратном — Си-
риус Большого Пса. Продол-
Орион
Orion, Orionis, Ori
Созвездие Орион считает-
ся бесспорно одним из самых
красивых. Оно было извест-
но за три тысячи лет до рас-
цвета греческой цивилиза-
ции. Жители Месопотамии
дали ему название Уру-анна,
что в переводе на русский
язык означает „свет небес".
Из этого 'названия и родилось
имя Орион, сохранившееся
до наших дней. Разве не уди-
вительно, что мы называем
это созвездие именем, воз-
никшим еще на заре цивили-
зации? По древнему преда-
нию Орион был храбрым
и красивым юношей, сыном
Посейдона, властителя мо-
рей. Его мать принадлежала
к боевой дружине богини
охоты Артемиды, поэтому
Орион нашел в воинственной
богине надежную защитницу.
От отца он унаследовал спо-
собность так же легко пере-
двигаться в морских глуби-
нах, как и на суше. Все это
вело его к бесчисленным
проделкам. Например, он
преследовал прекрасных
Плеяд до тех пор, пока они не
упросили Зевса превратить
их в птиц. Зевс внял просьбам
нимф и превратил их в голу-
бей, а потом — в группу звезд,
которую мы до сих пор назы-
ваем Плеядами. В другой раз
Орион обидел своими хваст-
с героями, которые увезли
золотое руно в Грецию.
Выше мы говорили, что
Овен был главным созвез-
дием зодиака в эпоху древней
женная прямая, соединяю-
щая Ригель и Бетельгейзе,
упирается в созвездие Близ-
нецов (Кастор и Поллукс).
Соединяющая прямая Бел-
лятрикс — Бетельгейзе на-
правлена на звезду Процион
в созвездии Малого Пса.
Наиболее яркие звезды
ливыми речами богиню Геру,
котораяприказалагромадно-
му скорпиону умертвить за
это дерзкого юношу. До сих
пор Орион и Скорпион счи-
таются врагами, и когда гроз-
ный Скорпион появляется на
востоке, Орион в<~ да п
чется за западным гори-
зонтом.
Большинство звезд в Ори-
оне белые или голубоватые,
то есть раскаленные моло-
Греции. В нем находилась
точка весеннего равноден-
ствия, которая затем пере-
местилась в соседнее созвез-
дие Рыб (на запад от Овна).
зимнего неба составляют
шестиугольник, в центре ко-
торого сияет Бетельгейзе,
а его вершины образуют Ри-
гель, Альдебаран, Капелла
дые, относительно недавно
родившиеся звезды. Они со-
ставляют так называемую ас-
социацию звезд. Остатком
первичного материала, из ко-
торого родились звезды этой
ассоциации, является Ори-
онова туманность (рис. 148),
расположенная в той части
фигуры, где находится меч
Ориона. Туманность Ориона
можно видеть невооружен-
ным глазом. Даже в настоя-
И все же до сих пор точку
весеннего равноденствия
принято обозначать симво-
лом Овна Y'.
в созвездии Возничего, Кас-
тор и Поллукс в созвездии
Близнецов, Процион в соз-
вездии Малого Пса и Сириус
в созвездии Большого Пса.
щее время в ней продолжают
рождаться звезды.
Во второй половине октя-
бря Земля встречает на своем
пути вокруг Солнца огром-
ный поток частиц (мете-
оров), который порожден яд-
ром кометы Галлея. Орбиты
всех этих частиц параллель-
ны. Проникая в земную атмо-
сферу, они раскаляются и ис-
паряются на высоте ста кило-
метров от поверхности Зем-
ли. Радиант этого метеорно-
го потока лежит в Орионе,
и поэтому мы называем их
Орионидами. Чаще всего их
можно наблюдать около 20
октября, когда Земля прохо-
Телец
Taurus, Таип', Таи
Древнегреческая легенда
повествует о том, что, когда
Зевс захотел похитить Евро-
пу, прекрасную дочь фини-
кийского царя, он превратил-
ся в белоснежного быка
и проник в королевские ста-
да. Европа сразу же полюби-
ла кроткого тельца. Однаж-
ды она захотела покататься
на нем и села ему на спину.
Бык покинул стадо, помчался
к морю, бросился в него и по-
плыл вместе с Европой на
остров Крит. Поэтому и по-
пали на небо лишь голова
и грудь Тельца, поскольку
остальное тело было погру-
жено в море.
В созвездии Тельца распо-
ложены две самостоятель-
ные группы звезд (звездные
скопления) с мифологичес-
кими названиями. Гиады
и Плеяды — морские нимфы,
Близнецы
Gemini, Geminorum, Gem
По древней легенде близ-
нецы — Кастор и Поллукс
(Полидевк) — были детьми
Зевса и царицы Спарты Ле-
ды. Елена, из-за которой на-
чалась знаменитая троянская
война, была их сестрой. Оба
брата славились своей отва-
гой, оба принимали участие
в походе греческих героев,
которые на корабле „Арго"
отправились в далекую Кол-
хиду, чтобы добыть золотое
руно. Оба брата были привя-
заны друг к другу с такой
силой, что когда один из них
умер, второй тоже отказался
жить. После их смерти Зевс
перенес их на небосвод, где
они продолжают сиять до сих
пор.
Созвездие Близнецов рас-
положено частично в Млеч-
ном Пути. Самые яркие звез-
ды созвездия — Кастор и Пол-
лукс — вовсе не похожи друг
СОЗВЕЗДИЯВОКРУГ
ЮЖНОГО ПОЛЮСА
Эта книга написана для чи-
тателей, живущих в северном
полушарии Земли. Но все же
необходимо сказать, хотя бы
несколько слов, о тех созвез-
диях южного полушария, ко-
торые мы не видим. Ведь
в нашу эпоху космических
дит сквозь самый густой по-
ток частиц.
Возле звезды ~ Ориона,
в его поясе, находится газо-
дочери гиганта Атласа, кото-
рый поддерживал небесный
свод, непозволяя ему упасть
на Землю. Плеяды находятся
от нас на расстоянии четы-
рехсот световых лет. Их воз-
раст достигает пятидесяти
миллионов лет. Они еще за-
крыты облаками межзвез-
дного вещества, представ-
ляющего собой остатки пра-
материи, из которой они
пятьдесят миллионов лет то-
на друга. Более яркий и близ-
кий к нам Поллукс — это
одиночный оранжевый ги-
гант, который отстоит от нас
на расстояние 30 световых
лет. Кастор принадлежит
к самым интересным звездам
небосклона. В телескопе вы
обнаружите, что Кастор со-
стоит из трех звезд. Две голу-
бые звезды (Кастор А и Кас-
тор В) вращаются вокруг
полетов о небе надо знать
больше, не ограничиваясь
тем, что мы видим у себя над
головой. Мы хотим знать не
часть, а всю Вселенную.
Небосклон „вращается"
вокруг Южного и Северного
полюсов, подобно полому
шару, насаженному на во-
ображаемую ось. Северный
полюс легко найти с по-
вая туманность (I С 434), на
которую проектируется за-
лив темного неосвещенного
межзвездного вещества. По
му назад возникли (рис. 125).
Вблизи от звезды ~ Таи нахо-
дится Крабовидная туман-
ность ввиде слабосветящего-
ся облачка (рис. 155). Это
остатки грандиозного взрыва
суперновой, о котором нам
уже приходилось говорить.
Скорость вращения нейтрон;
ной звезды в Крабовидной
друг друга с периодом 340
лет. Более отдаленному
красному карлику (Кастор С)
понадобится несколько тыся-
челетий, чтобы совершить
один оборот вокруг голубых
звезд. Спектрограф, установ-
ленный на мощном телеско-
пе показал, что каждая из
этих трех звезд — спектраль-
но-двойная. Кастор, таким
образом, является шестик-
мощью Полярной звезды, на-
ходящейся в непосредствен-
ном соседстве с ним. Вблизи
Южного полюса мира нет ни-
какой яркой звезды, которую
можно было бы назвать
„Южной полярной звездой"
и с помощью которой можно
было бы легко отыскать
Южный полюс. Местонахож-
дение Южного полюса мож-
своей форме он напоминает
конскую голову, поэтому эту
темную туманность так и на-
зывают „Конской головой".
туманности составляет при-
мерно тридцать оборотов
в секунду, при которых она
испускает короткий импульс
излучения. Хотя это очень
быстрое вращение, все же
существуют пульсары вра-
щающиеся еще в десять раз
быстрее.
ратной звездой, состоящей из
трех близко расположенных
звездный пар. Если предпо-
ложить, что в состав двойных
звезд входят и планеты, на
которых живут разумные су-
щества, то перед ними
открывается красивое зрели-
ще: на их небе сияет целых
шесть светил — два слабых
красных и четыре ярких
голубых (рис. 122).
но более или менее прибли-
зительно определить с по-
мощью Магеллановых Обла-
ков. Он составляет с ними
равносторонний треуголь-
ник. Использовать можно
также Малое Магелланово
облако и Южный Крест. Сое-
дините мысленно звезду
у Южного Креста и Малое
Облако. Южный полюс будет

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Мы познакомились со Вселенной, ее
структурой и эволюцией. Мы узнали, что
все предметы и системы состоят из прото-
нов, нейтронов и электронов. Все систе-
мы складываются под воздействием трех
сил: ядерной, электромагнетичной и гра-
витационной. Однако не только структу-
ра, но и сами процессы возникновения,
развития и смерти представляют собой
результат их воздействия. Человек может
использовать эти силы с пользой для себя,
но также может употребить их себе до
вред, для своего самоуничтожения.
В этой книге мы сосредоточили свое
внимание в основном на двух главнейших
небесных телах — Земле и Солнце. Для
всего живого — и для человека в том числе
— они представляют важнейшую цен-
ность, большую чем все остальные тела
во Вселенной. Солнце — абсолютно неза-
менимый источник энергии. Земля — не
только источник атомов, необходимых
для „строительства" живых организмов,
но и жизненная среда их обитания.
Главной идеей этой книги была мысль
показать простоту Вселенной, взаимос-
вязь всех ее элементов, ее структуру
и эволюцию. Человек — частица Вселен-
ной, частица пренебрежимо малая по
сравнению со звездой, но он велик в своем
познании бесконечной Вселенной, зако-
нов ее структуры и эволюции.
Будем надеяться, что человек использует
все свои духовные возможности, чтобы
превратить нашу планету в удобный, кра-
сивый и уютный родной дом.
лежать на расстоянии одной
трети от Магелланова
Облака.
Если бы наша планета
вместе с Солнцем внезапно
исчезли, мы очутились бы
в абсолютно темном про-
странстве, окруженные со
всех сторон лишь звездным
небом. Не существовало бы
ни верха, ни низа, так как
отсутствовало бы и земное
притяжение. Исчезли бы
Южный и Северный полюса,
поскольку не было бы и Зем-
ли, которая своим вращением
определяет земную ось и оба
полюса. Одним поворотом
головы нам удалось бы обо-
зреть все небесные созвез-
дия. Ведь Земля не скрывала
бы перед нами половину не-
босклона, а Солнце не осве-
щало бы звезды на дневном
небе. Таким образом, мы
очутились бы в центре гро-
мадного полого бархатно-
черного шара, в котором
можно было бы наблюдать
созвездия в любом направле-
нии. Млечный Путь мерцаю-
щей лентой опоясывал бы все
небо. Примерно такое зрели-
ще увидят космонавты, поки-
нув пределы нашей Солнеч-
ной системы.
В южной части Млечного
пути находится известное
созвездие Южного Креста.
Если вам доведется побывать
в южном полушарии, не за-
будьте, что Южный Крест
находится под Центавром,
между передними и задними
конечностями этого мифи-
ческого существа. На южном
небе кроме этого можно уви-
деть Ложный Крест (Crux
Falsa), заметный и очень по-
хожий на созвездие Южного
Креста. В прошлом Ложный
Крест не раз становился при-
чиной гибели кораблей, так
как в те времена морепла-
ватели полностью зависели
от звезд. Созвездие Южного
Креста можно найти на фла-
гах некоторых государств
южного полушария (Брази-
лии, Австралии, Новой Зе-
ландии).
На север от Южного Крес-
та расположено большое
и выразительное созвездие
Центавра, а на юг от Южного
Креста находится Муха. Во-
I
зле самой яркой звезды UeH-
тавра (Толиман или Ригель-
Кент, что означает „нога
Центавра" ) можно разгля-
деть малоприметное созвез-
дие Циркуля и Южный Треу-
гольник. Самая яркая звезда
Центавра (а Центавра или
Толиман или Ригель-Кент)
— третья по яркости звезда
земного неба после Сириуса
в созвездии Большого Пса
и Канопуса в созвездии Киля.
Альфа Центавра — тройная
звезда. Два ее ярких компо-
нента, желтая и оранжевая
звезды, похожи на наше
Солнце и находятся на рас-
стоянии 4,25 световых лет от
нас. Третий компонент
— неяркая Проксима Центав-
ра на один световой месяц
ближе к нам, чем две другие
звезды. Пока это самая близ-
кая к Земле звезда после
Солнца. Кстати, название
„Проксима" означает „бли-
жайшая". Но уже через не-
сколько тысяч лет она уда-
лится на другую сторону от
ярких звезд Тол иман а, по-
скольку совершает вокруг
них один оборот за несколько
тысяч лет, и, таким образом,
перестанет соответствовать
своему названию.
Расстояние до наших бли-
жайших соседей во Вселен-
ной — тройной звезды Альфа
Центавра — приблизительно
в сто миллионов раз больше
расстояния Земля — Луна. До
сих пор не установлено, име-
ются ли в системе Центавра
планеты. Но все же можно
представить себе, какой вы-
глядела бы Вселенная с его
планет. Звезды на небосводе
были бы несколько сдвинуты
— близкие звезды, естествен-
но, в большей мере, чем даль-
ние. Положение шаровых
скоплений и галактик оста-
лось бы таким же, как и на
Земле. В результате нашего
перемещения на планету
в системе Альфа Центавра
вид созвездий бы измешйпся
незначительно. Лишь в соз-
вездии Персея мы увидим но-
вую желтую звезду вблизи
двойного скопления. Если бы
мы набрались терпения и из-
мерили ее движение на небе,
то мы заметили бы, что она
движется не по прямой, а во-
лнообразно. Одна такая „во-
лна" длится одиннадцать лет.
Можно было бы определить
и массу невидимого спутника
этой желтой звезды. Желтая
звезда — это наше Солнце,
а ее спутник — планета Юпи-
тер. Остальные планеты,
вращающиеся вокруг Солн-
ца, находясь в системе Альфа
Центавра, обнаружить не
удастся, так как их масса
слишком мала.
' В ленту южной части
Млечного Пути врезается
большое созвездие Корабля
Арго. Оно настолько велико,
что его приходится разделить
на три части: Киль (Carina),
Корму (Puppis) и Паруса (Ve-
la). Под Скорпионом в Млеч-
ном Пути мы найдем созвез-
дие Волка (Lupus), Науголь-
ник (Norma) и Жертвенник
(Ara).
Для лучшего ориентирова-
ния на небе южного полуша-
рия нам поможет линия, сое-
диняющая три ярких звезды:
Канопус Киля, Ахернар Эри-
дана и Фомальгаут Южной
Рыбы. На этой прямой нахо-
дятся созвездия: Живописец
(Pictor), Золотая Рыба (Dora-
do), Сетка (Reticulum), Часы
(Horologium), Феникс (Phoe-
nix) и Скульптор (Sculptor).
Вокруг Южного полюса рас-
полагаются Октант (Octans),
Райская птица (Apus), Юж-
ная Гидра (Hydrus) с Малым
Магеллановым Облаком,
Столовая Гора (Mensa) и Ха-
мелеон. Нетрудно отыскать
и созвездие Павлина (Pavo)
по одиночной яркой звезде.
Это одно из группы созвез-
дий, названных именами
птиц: Райская Птица (Apus),
Павлин (Pavo), Журавль
(Grus), Феникс (Phoenix), Ту-
кан (Tucana).
К первоначальным 48 соз-
вездиям, известным еще
в древности, прибавилось
много новых, прежде всего,
в южном полушарии. Грани-
цы между отдельными соз-
вездиями долгое время опре-
делялись неточно, названия
часто давались даже малень-
ким группам ничем не приме-
чательных звезд. Междуна-
родный Астрономический
Союз внес ясность в сложив-
шуюся ситуацию, определив
точные границы отдельных
созвездий. Весь небосвод был
разделен на 88 созвездий,
и каждое из них получило
латинское название, которое
принято во всем мире. От-
дельные звезды в созвездиях
стали обозначаться буквами
греческого алфавита и ла-
тинским названием созвездия
в родительном падеже. Неко-
торые звезды кроме офи-
циального астрономического
названия имеют еще свое
собственное, унаследованное
с древних времен.
Но оказалось, что звезд на
небе очень много, особенно,
если наблюдать их в бинокль
или в телескоп. Поэтому ас-
трономы создали обширные
каталоги, в которых зафик-
сированы яркость, точное
местонахождение и прочие
данные о звездах. Из наибо-
лее известных звездных ката-
логов назовем хотя бы неко-
торые: Бонское обозрение
северного неба (сокращение
— BD), содержащее сведения
о 458000 звездах, Кордов-
ское обозрение (CD), содер-
жащее координаты звезд
южного полушария и сведе-
ния о 614 000 звездах и Ката-
лог Генри Дрейпера (HD),
в котором зафиксировано
225 300 звезд и в котором
у каждой звезды обозначен
ее спектр.
318
319