Коптев Юрий Иванович

Рассказывает радиоуглерод

РАССКАЗЫВАЕТ РАДИОУГЛЕРОД

Научно-художественная книга

РИСУНКИ Е. Войшвилло

Научная редакция доктора физико-математических наук Г. Е. Кочарова.

РИСУНКИ Е. Войшвилло

В начале нашего века французские археологи сделали удивительную находку: великолепно сохранившиеся цветные росписи на стенах пещеры в местечке Ляско. В рисунках были запечатлены сцены охоты на древних животных: бизонов, лошадей, коз. Десятки квадратных метров занимало это наскальное панно. Эксперты высказали мнение: «Рисунок сделал древний мастер». Но когда?

Рисунки говорили об удивительно высоком уровне культуры, а краски — смесь толченого угля или красной глины с животным жиром либо растительным маслом — о том, что рисунки сделаны давным-давно. Важно было хотя бы приблизительно установить возраст «бизонов из Ляско».

Помог уголь, которым рисовал неизвестный художник, а также зола от некогда разгонявших тьму костров. Оказалось, что более пятнадцати тысяч лет назад в этой пещере жили первобытные люди — кроманьонцы. Они, как видно по рисункам, были не только отважными охотниками, но и отличными рисовальщиками. Их руки умели держать не только оружие, но и первобытные кисти — расщепленные ветки деревьев.

Определение возраста этой стоянки позволило открыть еще одну страницу в великой летописи истории человечества.

В американском штате Орегон в конце сороковых годов нашего столетия строители прокладывали шоссе. Но так как район работ был интересен с археологической точки зрения, то доктор Крессман из Орегонского университета обратился к бригадиру автодорожников с просьбой быть при работе поосторожнее. И предчувствия не обманули ученого. На склоне горы Ньюбери строители нашли пещеру, засыпанную, подобно Помпее, вулканическими породами. В ней оказался склад обуви — триста пар изумительно сделанных сандалий, сложенных аккуратными рядами.

Эта находка вызвала необычайный интерес. Предметы древней одежды следовало сохранить для исследователей и музеев. И доктор Крессман отдал распоряжение покрыть обувь защитным слоем шеллака. Но, к счастью, лака не хватило на шесть последних пар, и они остались в том виде, как их нашли. Почему «к счастью»? Да потому, что именно по этим, не тронутым лаком сандалиям и был определен их возраст — девять тысяч лет. На «складе» была сложена едва ли не самая древняя плетеная обувь.

Как ученые узнали, сколько лет находке? Об этом немного позднее.

…В конце 1912 года один весьма солидный английский журнал сообщил, что в Пилтдауне, графство Суссекс, любитель-палеонтолог Чарльз Даусон обнаружил череп и челюсть человека, жившего около двух миллионов лет назад. Эта находка вызвала большой интерес. Еще бы: ученые уже давно искали это «недостающее звено» между обезьяной и человеком. Пилтдаунская находка, вроде бы, могла восполнить этот пробел: в ней сочетались обезьяньи признаки с человеческими. «Челюсть, совершенно идентичная челюсти молодого шимпанзе, — сообщал журнал, — однако два коренных зуба, сохранившихся в найденной половине челюсти, по типу являются человеческими». Таким образом, повод для радости у палеонтологов был — отыскался наш непосредственный предок. В достоверности находки убеждало и то, что в этом же месте ученые обнаружили кости различных ископаемых животных: слона, мастодонта, гиппопотама, лошади.

Обнаружение пилтдаунского человека считалось весьма важным палеонтологическим открытием: в честь него был даже воздвигнут памятник. В свое время это место посетил Конан-Дойль. Он поздравил Даусона. Однако, как мы сейчас увидим, было бы лучше, если бы вместо писателя туда приехал герой его книг — Шерлок Холмс.

Хотя многие ученые признали истинность находки, но были и сомневающиеся. И с годами их число росло. В Австралии нашли останки австралопитека, в Китае — синантропа. Наука о происхождении человека усложнялась. На фоне этих открытий пилтдаунский человек отошел на второй план.

Вера в пилтдаунскую находку особенно пошатнулась после того, как зубной врач Марстон обнаружил в Кенте (Англия) новое ископаемое — сванскомбского человека.

Доказывая важность своей находки, он обвинил Даусона в том, что тот, дабы придать находке древний вид, просто подкрасил останки. Да и дентин — верхний слой — зубов под темным «налетом времени» был белым, как у свеже-вырванного зуба. Кроме того, оказалось, что в районе Пилтдауна нет геологических отложений, относящихся к той далекой эпохе. На основании всего этого было высказано решение: пилтдаунский человек — мистификация, его смастерил, «собрал из различных деталей», современный человек. Черту подвели физики. Они на основании анализа костей заявили, что черепу около шестисот лет, а челюсти «всего» пятьсот. Останки следовало отнести к средневековью.

«Пилтдаунское дело» длилось сорок лет. С какой целью оно было сфабриковано, кто был автором этой подделки, неизвестно. Но в том, что фальсификация была выполнена добротно и смогла долгое время вызывать споры, сомневаться не приходится.

Однако оставим «дела земные» и поговорим о космосе. На Солнце появились пятна. Они росли, изменялись. Около них возникли фантастические по своей силе вспышки — взрывы. Один из таких взрывов астрономы увидели 12 ноября I960 года. Через шесть часов после вспышки гигантское облако «обломков» атомов солнечного водорода, достигавшее в поперечнике шестнадцати миллионов километров, столкнулось с Землей. В этот момент скорость облака достигала шести с половиной тысяч километров в секунду!

Хотя люди и не услышали этого столкновения, они его увидели и почувствовали. Заметались, забегали из стороны в сторону стрелки компасов. Сильная магнитная буря нарушила радиосвязь. Находящиеся в полете самолеты потеряли контрольные станции. Телетайпы, будто обезумев, отбивали на лентах абсолютную бессмыслицу. Землю украсили яркие сполохи полярного сияния. В домах на Севере электрические лампочки мигали, как во время сильной грозы. Статистика бесстрастно отметила увеличение числа инфарктов и автомобильных катастроф. Хаос продолжался более недели.

Так Земля, хотя она и расположена на расстоянии ста пятидесяти миллионов километров от Солнца, отреагировала на появление пятна на его светлом лике.

Но нам повезло: от потоков солнечных частиц Землю защищает атмосфера. А каково-то будет космонавтам, которых во время полета не укутывает атмосферное одеяло и не прикрывает магнитное поле? Они окажутся беззащитными перед разбушевавшейся космической стихией. Поэтому прогнозирование солнечной погоды или по крайней мере своевременное обнаружение возрастающей активности важно для безопасности полетов.

Нам повезло и в том, что солнечные вспышки случаются не часто. Крупнейшие из них и, следовательно, наиболее опасные бывают в среднем раза три в год. Таким образом, интервала между ними вполне хватит для короткого путешествия к Луне. Другое дело — полеты к Марсу и Венере. Чтобы слетать к любой из этих планет и вернуться обратно, потребуется более года. За это время, в зависимости от фазы активности Солнца, разразится не один космический шторм.

Как видите, для безопасности полетов требуется постоянное наблюдение за жизнью Солнца. Особую важность приобретают долговременные прогнозы. Чтобы узнать, когда Солнце «разбушуется» вновь, недостаточно следить за ним сейчас, нужно знать и его «историю», набрать статистику его поведения, как говорят ученые. Но имеющиеся в распоряжении астрофизиков методы до недавнего времени позволяли изучать лишь современные события, не давая возможности судить о том, что происходило давно.

Заглянуть в былое интересно и потому, что многие важнейшие события космического масштаба, такие, как взрывы новых и сверхновых звезд, возможные взрывы галактик и прочие мировые катастрофы, происходят крайне редко.

Мы знаем о таких событиях по летописям и записям астрономов. Китайские и японские наблюдатели неба отметили в 1054 году взрыв сверхновой в созвездии Тельца, знаменитый астроном Тихо Браге поведал нам о взрыве сверхновой в созвездии Кассиопеи, а 32 года спустя Иоганн Кеплер зарегистрировал такое же событие в созвездии Змееносца. Вообще же вспышки сверхновых происходят раз в тридцать — шестьдесят лет, но большинство из-за поглощения их излучения межзвездной пылью не видны. Мы наблюдаем лишь последствия этих катастроф — например, образование Крабовидной туманности после взрыва 1054 года.

Но влияют ли такие звездные катастрофы на Землю, «записывает» ли их природа? Не ждать же сотни лет до новой вспышки, чтобы ответить на этот вопрос. А влиять они должны. Ведь при взрывах за короткий промежуток времени выделяется колоссальная энергия; в сто миллиардов раз больше, чем теряет Солнце за год. Но как и где найти записи о воздействии на Землю сверхновых?

Такие записи найдены: все космические события усердно и точно «записывают» деревья. Вот по ним-то ученые и могут судить о космической погоде, о жизнедеятельности Солнца и многих-многих других явлениях.

Как же это по углю и золе из Ляско, по нескольким парам сандалий из Орегона, анализу останков пилтдаунского человека можно судить о возрасте этих находок? И при чем здесь активность Солнца и взрывы сверхновых? Оказывается, все это связано в один узел, и чтобы «развязать» его, придется познакомиться с героем этой книги — радиоуглеродом.

ГЛАВА I

УГЛЕРОД, РОЖДЕННЫЙ КОСМОСОМ

Где-то в начале нашего столетия ученые-физики отметили такой интересный факт: все электрически заряженные тела при поднесении к ним радиоактивных источников разряжаются значительно быстрее, чем в обычных условиях. В этом ничего странного не было. Радиоактивное излучение, взаимодействуя с окружающим воздухом, выбивало электроны из его молекул. Молекулы становились положительно заряженными ионами. Появление в воздухе ионов и электронов ускоряло утечку заряда. Все это было понятно. Странным было другое.

Уже многие годы известен электроскоп. Он служит для обнаружения электризации и сделан чрезвычайно просто (его описание можно найти в любом учебнике физики) — это металлический стерженек, к которому прикреплены легкие листочки. Если к стерженьку прикоснуться наэлектризованным телом, листочки получат одноименный заряд и, оттолкнувшись друг от друга, разойдутся. И разойдутся тем больше, чем сильнее наэлектризовано тело.

Зарядим электроскоп и оставим его в таком состоянии. Через некоторый промежуток времени его листочки опадут сами по себе. Но отчего? Может быть, где-нибудь вблизи есть неизвестный нам радиоактивный источник? Если это так, то следует попытаться экранировать электроскоп, спрятать его в толстостенный свинцовый ящик и посмотреть, что получится.

Именно так и рассуждали ученые, заинтересовавшиеся этим явлением. Но, увы, даже самые толстые экраны не могли защитить электроскоп. Какая-то таинственная радиация все равно разряжала его. Но где «спрятан» источник излучения? Естественно было бы предположить, что он находится под землей, ведь все радиоактивные элементы добывают именно оттуда.

Эту гипотезу легко было проверить — поднять электроскоп на воздушном шаре. Тогда толща воздуха поглотит часть излучения, идущего от почвы, ослабит его, и разрядка электроскопа будет происходить значительно медленнее. Такой опыт, только с более сложной аппаратурой, и поставил в 1911 году австрийский физик Виктор Франц Гесс. Однако полученный им результат ничего не объяснил, а скорее, наоборот, озадачил исследователей. На высоте пяти километров над Землей излучение было в тридцать раз сильнее, чем на уровне моря. Дальнейшие опыты с неумолимым постоянством показывали — излучение приходит откуда-то сверху. Поэтому Гесс назвал его «высотными лучами».

К сожалению, это открытие прошло незамеченным. Им не заинтересовались. Даже более того, нашлись скептики, сомневавшиеся в существовании высотных лучей, считавшие, что это всего-навсего ошибка эксперимента.

И все же некоторые энтузиасты отнеслись к лучам весьма серьезно и пытались разгадать их природу. Советский ученый Л. В. Мысовский пытался «спрятаться» от них под толщей воды. Но таинственное излучение регистрировалось даже на глубине в сотни метров.

В 1925 году американский физик Роберт Эндрюс Милликен предложил переименовать высотные лучи в «космические», что более соответствовало их сути. Это название прижилось, им пользуются и сейчас. В 1928 году ленинградский профессор Д. В. Скобельцын при помощи камеры Вильсона получил первые фотографии траекторий космических лучей. Мистические лучи стали реальностью. И все же они во многом оставались загадкой.

Наиболее вероятным казалось, что космические лучи — это либо двигающиеся с чрезвычайно большой скоростью частицы света — фотоны, либо тяжелые заряженные частицы. Но как это узнать?

Наша Земля — огромный магнит, северный и южный полюса которого лежат в полярных областях. Между ними «натянуты» силовые линии. Они сходятся, как бы втыкаясь в Землю у магнитных полюсов, и широко расходятся в тропиках. Попав в их поле, заряженные частицы отклоняются. Однако некоторые особо «энергичные» из них могут пробить этот щит Земли и долететь до поверхности нашей планеты. Так как магнитное поле слабее к полюсам, то количество таких прорвавшихся к Земле частиц должно увеличиваться по мере удаления от экватора.

Подчеркнем, что это происходит лишь в том случае, если космические лучи состоят из заряженных частиц. Если же лучи — потоки фотонов, то их количество по всей планете, независимо от географической широты, должно быть одинаково. Вот это и предстояло выяснить.

Ответ дали англичанин Комптон и голландец Клей. Им удалось обнаружить, что под влиянием земного магнитного поля интенсивность космических лучей изменяется. Вблизи экватора она была на десять процентов слабее, чем у полюсов. А раз так, значит, приходящие из космоса частицы имели заряд и, следовательно, не могли быть фотонами.

Одна загадка была решена, но, как и бывает в таких случаях, сразу же возникла другая: какой заряд имеют космические частицы? Здесь свой вклад в копилку знаний внесли итальянцы. Бруно Росси высказал идею, что в зависимости от знака заряда космические лучи, взаимодействуя с геомагнитным полем, будут отклоняться по-разному. Если это положительные частицы, то у исследователя будет создаваться впечатление, что их больше приходит с запада, а для отрицательных — наоборот.

Эта гипотеза была, естественно, проверена, и к 1935 году уже многое о таинственном «высотном излучении» Гесса стало известно. В научных статьях появилась их точная «рецептура» — смесь положительных частиц-протонов (их до 90 %) с небольшим количеством ядер гелия — альфа-частиц. Совсем редко, но все же встречаются там ядра и более тяжелых элементов: углерода, азота, железа.

Был выяснен и еще один интересный факт. Оказалось, что истинно «космические» лучи до поверхности Земли не доходят. В своих лабораториях исследователи регистрируют всего-навсего бесчисленные осколки ядер атомов воздуха, которые возникли под ударами «настоящих» космических частиц.

Причем одна-единственная, обладающая большой энергией частица может вызвать цепную реакцию образования осколков и породить целые семейства новых, не существующих в обычных условиях элементарных частиц, которые, распадаясь, тут же дают новые частицы. Образуются «космические ливни», охватывающие большие площади. Зарегистрировать их способны только специальные приборы, в том числе и простейший из них — электроскоп, с которого мы начали рассказ.

Так, казалось бы, маленький факт — опадение металлических листочков электроскопа — привел к открытию космического излучения.

А теперь, после того как мы познакомились с космическими частицами, пойдем дальше.

Когда столь известный нам по школьным учебникам монах добрался до края Земли и, проткнув головой небесную сферу, выглянул наружу, его взору предстало хитросплетение колес, приводящих в движение планеты. Так представляли себе строение мира в прошлом. Сейчас это кажется смешным, ведь всем известно, что никакой небесной сферы нет и мы живем на дне воздушного океана, что воздух, по мере того как мы будем подниматься вверх, становится все более и более разреженным.

Газовая шуба нашей планеты — это скопление огромного числа молекул различных газов. Если бы мы смогли заглянуть в этот необычный микромир, то нашему взору предстала бы фантастическая картина: хаотическое, абсолютно беспорядочное движение частиц воздуха. Все они сталкиваются друг с другом, отскакивают, разбегаются, чтобы столкнуться вновь, но уже с другими частицами. Это напоминает рой комаров-толкунцов, висящих летним вечером над берегом реки. Только перемещаются частицы неизмеримо быстрее — со скоростью от полукилометра до километра в секунду.

Но вот, подобно метеориту, через рой молекул пронеслась наша знакомая — космическая частица. Эта пуля Вселенной ворвалась в атмосферу со скоростью, близкой к световой. На ее пути возникла случайная мишень — ядро атома. Миг — и произошло чудесное превращение: одно вещество превратилось в другое. То, о чем мечтали алхимики древности, случилось у нас на глазах.

Ядерные реакции, происходящие при бомбардировке атмосферы космическими частицами, сейчас хорошо известны. Но нас будет интересовать всего одна, в результате которой получается радиоактивный изотоп углерода — угле-род-14. Он отличается от своего собрата — хорошо известного обычного углерода — только тем, что в его ядре находится на два нейтрона больше.

Подсчитано, что ежегодно в атмосфере Земли возникает около семи килограммов радиоуглерода.

Образовавшийся в верхних слоях атмосферы, на высоте около пятнадцати километров, радиоуглерод обычно в течение нескольких часов окисляется кислородом воздуха и рассеивается в атмосфере. Зато дальше все происходит очень медленно: несмотря на перемешивание атмосферы он достигнет поверхности Земли лишь в течение года. И здесь ему предстоит сыграть очень важную роль.

Земная растительность возникла благодаря фотосинтезу. Чтобы «создать» растения, природе, грубо говоря, требуется всего-навсего углекислый газ, вода, щепотка различных солей да солнечные лучи. Весь «строительный материал» растения берут из почвы и воздуха. Солнце помогает химическим превращениям. Вместе с обычным углеродом растения поглощают и его радиоактивного собрата. Но на этом приключения радиоуглерода не кончаются. Животные питаются растениями, человек — и растениями и животными. Таким образом, и животные и люди тоже получают радиоуглерод и… становятся в некотором смысле «радиоактивными».

Но углерод-14 не только накапливается. Со временем он опять превращается в азот. В течение года распадается около семи килограммов радиоуглерода, то есть ровно столько же, сколько порождается космическими лучами. Этот изотоп находится в состоянии равновесия. Сколько его образуется, столько и исчезает.

Однако это равновесие в органическом мире непостоянно. С момента смерти организм перестает усваивать радиоуглерод. Теперь идет только распад. Скорость радиоактивного распада углерода известна: через 5600 лет его останется в два раза меньше, чем было вначале. Следовательно, радиоактивность животного или растения, умершего 5600 лет назад, будет вдвое меньше, чем у ныне живущих. Зная законы радиоактивного распада и установив радиоактивность исследуемого образца, можно вычислить, сколько времени прошло с момента его гибели. Образно говоря, смерть заводит радиоактивные часы.

Всеми этими особенностями радиоуглерода воспользовался профессор Чикагского университета Уиллард Фрэнк Либби. В 1948 году он предложил по измерению радиоактивности органических останков устанавливать время смерти исследуемого объекта. И это предложение было справедливо оценено научным миром: в 1960 году Либби стал лауреатом Нобелевской премии.

ГЛАВА II

В СТЕНАХ ЛАБОРАТОРИЙ

Как-то студенты Гейдельбергского университета в ФРГ выполняли лабораторную работу — по содержанию радиоуглерода определяли возраст кустов, которые несколько лет назад были посажены вдоль шоссе, ведущего во Франкфурт-на-Майне. Результат оказался ошеломляющим: побегам было… три тысячи лет! Провели опыт еще и еще раз, но результат не изменился. Так что же, метод неверен? Не торопитесь с выводами. Давайте сначала посмотрим, какие причины могут привести к искажению результатов.

Определение содержания радиоуглерода в образцах основано на том, что в процессе его распада испускаются электроны, которые можно зарегистрировать счетчиками ядерного излучения. Распад идет очень медленно. Чтобы зафиксировать гибель хотя бы одного атома в минуту, требуется более четырех миллиардов атомов радиоактивного углерода. Казалось бы, огромное количество! Но это не так. Если извлечь из какого-нибудь образца углерод, то в каждом его грамме будет содержаться (если мы взяли, конечно, образец, в котором еще поддерживается равновесие углерода-14) около шестидесяти шести миллиардов атомов радиоуглерода. Значит, как это показывает простая арифметика, каждый грамм углерода даст примерно 15 распадов в минуту.

Поместим исследуемое вещество в счетчик и по регистратору импульсов вычислим, сколько образцу лет. Однако электроны достаточно «вялы» и не могут преодолевать большие расстояния в плотной среде. Поэтому, если мы поместим в счетчик твердый образец — например, кусочек угля или дерева, — то сможем измерить только излучение атомов, расположенных в верхнем слое. Излучение же от внутренней части не достигнет его поверхности, а следовательно, не будет измерено. Мы определим возраст угля неправильно. Поэтому обычно исследуемую древесину или уголь переводят в газообразное состояние — сжигают, получая хорошо нам известную двуокись углерода, или переводят в метан. Одним из этих газов и наполняют счетчик.

И все же, как бы тщательно газ ни был приготовлен, результат получится неправильным. Почему? Нам помешает фон от окружающих нас предметов, в которых, хотя и в незначительном количестве, содержатся радиоактивные элементы, такие, как уран, торий, калий и другие. Испускаемые ими частицы при попадании в счетчик тоже будут давать импульсы, неотличимые от радиоуглеродных.

Чтобы избавиться от этих помех, счетчик экранируют — помещают в железный «шкаф», у которого толщина стенок более тридцати сантиметров. Но ведь само железо тоже содержит радиоактивные микропримеси, излучение которых влияет на точность эксперимента. Поэтому на счетчик надевают еще и цилиндр со ртутью. Такое «одеяло» уже надежно закрывает счетчик от посторонних излучений. Если, например, незащищенный счетчик дает в минуту пятьсот импульсов вместо ожидаемых пятнадцати, то после экранировки — всего сто.

А почему не пятнадцать?

Дело в том, что экраны не спасают от достигающих поверхности Земли очень энергичных космических частиц. Они довольно легко проникают через огромные толщи вещества и могут исказить любой эксперимент.

Чтобы этого не произошло, ученые окружают основной счетчик с исследуемым образцом другими счетчиками, причем так надежно, что ни одна высокоэнергичная частица не может проскочить незамеченной. Эти внешние счетчики соединяют так, чтобы в тот момент, когда через один из них проскакивает незваная космическая гостья, основной счетчик отключался. На ничтожно малое время, около одной десятитысячной доли секунды. Этого вполне достаточно, чтобы счетчик с образцом не отозвался на посторонний сигнал.

Можно поступить и другим способом: использовать свойство энергичных частиц проходить насквозь — как говорится, «прошивать» — всю экспериментальную установку. Попав «на входе» в один из внешних счетчиков, они «на выходе» побывают и в противоположном. Радиоэлектронная аппаратура, регистрирующая импульсы, настраивается так, что совпадающие импульсы она не считывает. Этим способом удается избавиться от фона.

Ну вот, теперь мы учли, пожалуй, все. Можно приступать к определению возраста археологических находок. Но, оказывается, метод не всесилен. Очень далеко в глубь веков с ним забраться нельзя. Считается, что надежно определить возраст предметов можно на пятьдесят тысяч лет назад. И это понятно. Ведь со временем в веществе остается все меньше и меньше радиоактивных атомов, нам все труднее и труднее измерять излучение. Например, через пятьдесят семь тысяч лет его останется лишь сотая доля процента. Поэтому и считается, что уверенная датировка производится лишь на такое время. Однако это не так уж мало. Сюда укладываются три ледниковых периода, которые, конечно, оказывали значительное влияние на жизнь Земли.

С меньшей точностью можно определить возраст археологических находок, пролежавших в земле семьдесят — сто тысяч лет.

А вот теперь мы можем вернуться к тому конфузному случаю, который произошел с гейдельбергскими студентами. Виновниками ошибки здесь оказались… автомобили.

Молодые растения, высаженные на обочине дороги, получали углерод из воздуха, загрязненного выхлопными газами. А бензин, на котором работают моторы машин, был добыт из нефти, образовавшейся миллионы лет назад и поэтому почти не содержащей углерод-14. Растения, питаясь выхлопными газами машин, получали меньше радиоуглерода, чем те, которые росли вдали от автомобильных магистралей. Вот и получился «тысячелетний» кустарник.

Теперь становится понятным, почему об орегонских сандалиях было сказано: «к счастью, их не покрыли шеллаком». Дело в том, что шеллак — это натуральная смола, выделяемая молодыми побегами некоторых растений. А раз так, то в нем есть свежий радиоуглерод. И его «шум» заглушил бы слабый голос древнего изотопа, содержащегося в доисторической обуви, и спутал бы все результаты. Могло оказаться, что это чуть ли не современные изделия. Только случайная нехватка лака позволила установить время изготовления этих древних предметов.

Могут в определение возраста вмешиваться и другие причины.

Примерно с 1870 года начинается широкое применение различных механизмов, работающих за счет сгорания ископаемых материалов — угля и нефти. При этом в атмосферу поступает углекислый газ. Следовательно, удельная доля радиоактивного углерода снижается. К 1954 году это снижение составляло в нашем полушарии около трех процентов от первоначального «эталонного» значения. Правда, с этого же времени ядерные взрывы привели к обратному явлению, и возникновение радиоуглерода превысило его «разбавление» за счет сгорания топлива. Некоторые ученые полагают, и не без основания, что уже в 1970 году отклонения достигали одного процента. Но это не так уж важно для современной истории, так как во второй половине нашего века вряд ли необходима датировка по радиоуглероду, ведь все более или менее важные события были записаны, и не природой при помощи углерода-14, а самими участниками событий.

И все же иногда приходится уточнять тот или иной факт истории, то или иное событие, а то и просто раскрывать фальсификацию с помощью радиоуглерода.

В наше время неуверенность в завтрашнем дне все больше беспокоит капиталистический мир. Буржуазия с тоской обращает взоры к дням своего расцвета. То, что недавно вызывало усмешку — добротность и старомодность вещей эпохи царствования королевы Виктории, — сейчас опять входит в моду. Еще лет двадцать назад картины викторианской поры стоили не очень дорого, а вот сейчас цена на них значительно поднялась. Это породило массу подделок. Но как их выявить?

Американские ученые предложили использовать радиоуглеродный метод. После начала ядерных испытаний содержание углерода-14 в льняном масле, которым пользуются современные художники, возросло. А раз так, то стало возможным методом Либби определять, когда написана та или иная картина — до или после 1950 года.

ГЛАВА III

РУКИ, ПРОТЯНУТЫЕ АРХЕОЛОГАМ

Итак, Либби предложил удобный метод археологической датировки. Но, прежде чем рекомендовать его для широкого применения, метод следовало проверить. Собрался специальный авторитетный комитет, назначенный Американской антропологической ассоциацией и Американским геологическим обществом. Этот комитет тщательно отобрал образцы, при помощи которых следовало доказать правильность радиоуглеродной датировки.

Но, к удивлению физиков, оказалось, что люди начали делать записи об исторических событиях только пять тысяч лет назад. В Египте, например, — со времен первой династии фараонов. Поэтому для проверочных экспериментов были взяты предметы, имеющие менее солидный возраст.

Была и другая трудность: для проведения измерений требуется 20–30 граммов богатого углеродом материала. Но отщипнуть такой кусочек можно не от всякого памятника старины. И все же комитет добыл необходимые образцы. Так как в точной датировке в основном были заинтересованы археологи, они и выделили большую часть экспериментального материала.

Через века дошли до нас замурованные в пирамидах и погребальницах саркофаги с телами фараонов. Проникнув в места захоронений, ученые изучают быт и обычаи древних, читают папирусы, из которых узнают время царствования захороненного фараона. Взяв на исследование кусочек доски от саркофага и определив концентрацию радиоактивного углерода, можно проверить и метод Либби. Если время захоронения фараона совпадает со временем, определенным по радиоуглероду, — значит, метод верен.

И вот физикам предъявили кусочек доски от палубы шестиметрового погребального корабля, обнаруженного в гробнице фараона Сенусерта III. Этот корабль хранится в Чикагском музее естественной истории. Опыт показал, что дерево, из которого были сделаны доски, срублено около 3700 лет назад. Цифра совпала с датой эпохи царствования фараона, установленной по другим археологическим находкам. Совпал и известный археологам возраст гробниц, относящихся к первой династии фараонов, с возрастом кусочков дерева, взятых от саркофагов фараона Сет и визиря Хе-мака, которые жили около 5000 лет назад.

Исследовались не только образцы из Египта. Ученые подвергли анализу кусок дерева из центральной комнаты сгоревшего около 675 года до нашей эры дворца в Малой Азии, а также обуглившийся в вулканическом пепле хлеб, найденный в одном из домов Помпеи. Возраст всех образцов примерно совпадал с исторически достоверными фактами.

Правда, не обошлось и без сюрпризов. Как вспоминает Либби, однажды он с группой сотрудников работал в Чикагском университете с коллекцией, собранной в Египте. И вдруг оказалось, что один из объектов, подвергнутых экспертизе, оказался современным. А эту «археологическую находку» относили к V династии египетских правителей. Воистину тяжелый удар. Ученые перепроверили результат — все было сделано правильно. Пришлось разочаровать хозяина коллекции — его просто обманули, продали подделку.

Правильность метода была доказана. Теперь уже ученые разных стран стали изучать археологические образцы не для проверки метода (в нем уже не сомневались), а для точной датировки находок.

Во время правления вавилонского царя Хаммурапи велся точный календарь. Но как его привязать к современному летосчислению? И это помогли сделать радиоуглерод и астрономия. В календаре было отмечено солнечное затмение. Какое? Для выяснения был взят образец из балки, поддерживающей крышу дома в Ниппури. На балке была вырезана дата по календарю Хаммурапи. Анализ показал — дому 4000 лет. Древний календарь был переведен в современное летосчисление. Многие события, записанные по этому календарю, получили точную современную датировку.

Обратились за помощью к радиоуглероду и ботаники. Для них давно было загадкой: сколько лет живет баобаб? Чтобы ответить на этот вопрос, взяли срез гигантского дерева, ствол которого достигал толщины около четырех с половиной метров, и из него выпилили сердцевину. Она имела возраст тысячу лет!

В нашей стране впервые радиоуглеродный метод начал применять академик Александр Павлович Виноградов. И сейчас анализ по углероду-14 успешно используют во многих лабораториях Советского Союза. Именно с его помощью был определен возраст угля со стоянки камчадалов — три тысячи сто лет. А углю из топки большой обжигательной печи древнего Хорезма, как показал радиоуглерод, было более тысячи восьмисот лет.

Но зафиксированный в тех или иных документах период истории человечества — лишь половина возможности радиоактивного углерода, ведь по истечении 11 400 лет его остается еще 25 %, а следовательно, с его помощью можно изучать и доисторический период. Правда, здесь работать гораздо труднее: радиоуглерода в образцах остается не так уж много. Поэтому результаты приходится проверять и перепроверять.

Многие годы ученых интересовали периодические наступления ледников. Гигантские массы льда медленно двигались к югу, сметая на своем пути леса, погребая их под многометровым слоем наносов. Они наступали одновременно и в Европе, и в Северной Америке. Под натиском ледников люди уходили вслед за теплом. По их кострищам, захороненным ледниками, и по выкорчеванным деревьям той далекой эпохи радиоактивным методом удалось установить не только время последнего ледникового нашествия — около 10 400 лет назад, — но и то, как ледник перемещался.

И здесь перед учеными возникла одна загадка, связанная с ледниками.

В тех районах, куда дошли ледники, самые древние стоянки людей (их «возраст» определялся по углю и пеплу кострищ) насчитывают около 10 400 лет. Это и понятно. Все более ранние следы стер ледник. В районе же Средиземного моря, куда он не дошел, обнаружены стоянки весьма почтенного возраста — до пятидесяти тысяч лет. Но вот в Южной и Центральной Америке, где тоже не было ледового нашествия, стоянки были так же «молоды», как и найденные на Севере. Отчего? Тут было над чем поломать голову.

Сейчас ученые полагают, что, когда льды начали свое наступление, уровень Мирового океана значительно упал, обнажив дно Берингова пролива. Между Сибирью и Аляской образовалась широкая полоса суши. Древние люди прошли через Берингов пролив и вдоль побережья, которое сейчас вновь затоплено водой, где-то в районе нынешнего штата Вирджиния они повернули в глубь материка. Постепенно переселенцы прошли через всю Америку и достигли Огненной Земли.

Вот о чем поведали ледники. Вот о чем рассказал радиоуглерод.

Помог ученым углерод-14 и при раскопках Шанидарской пещеры в Северной Сирии. Там исследователи обнаружили лежащие один над другим четыре возрастных слоя. Первый, в котором ученые нашли золу и каменные ступки, насчитывает 7000 лет. Второй, порадовавший наконечниками стрел и кусками графита, относится к каменному веку и имеет возраст от 7 до 12 тысяч лет. В третьем содержались кремневые орудия для обработки дерева.

Его возраст был еще почтеннее — от 29 до 34 тысяч лет. Это уже палеолит. А в самом нижнем, на глубине 14 метров, были обнаружены останки неандертальца и примитивные орудия производства. Они еще старше. Таким образом, здесь, в одной пещере, удалось проследить довольно длительный период в жизни наших предков.

На Камчатке, в одной из долин было обнаружено гигантское кладбище мамонтов. В обрывистом берегу реки почти сплошной полосой видны их скелеты, черепа, бивни. Сотни животных нашли здесь свою смерть. Но что погубило их? Оказывается, быстро наступившее похолодание, «малое оледенение». Долина со всех сторон окружена цепью вулканов и горных кряжей. Это и послужило для доисторических великанов ловушкой.

С началом похолодания в горах образовались ледники, которые затем, по мере их увеличения, стали сползать вниз. Метр за метром приближались они к долине, окружая ее ледовым барьером. На этот, еще свободный ото льда пятачок земли и устремились мамонты со всей округи. Хотя ледник окончательно так и не покорил долину, животные не выжили: их погубили холод и отсутствие пищи.

Такое кладбище на Земле не единственное. Одним из главных центров торговли слоновой, точнее мамонтовой, костью когда-то был Якутск. От 700 до 1900 пудов этого ценного товара продавали здесь ежегодно на протяжении нескольких десятков лет. Чтобы набрать такой вес, нужны бивни от тысячи мамонтов. Вот насколько большим было это кладбище животных!

Не будем сейчас обсуждать вопрос, отчего вымерли мамонты. Ведь, возможно, кроме климатических были и иные причины. Нас интересует другое: когда это произошло?

Датировка останков мамонтов позволяет установить два цикла их гибели. Первый из них — примерно сорок пять — тридцать тысяч лет назад, и второй — двенадцать — одиннадцать тысяч лет назад. Но дату смерти определяли далеко не для всех найденных мамонтов, поэтому здесь возможны еще уточнения. Да, возможно, будут открыты и новые кладбища, что еще лучше позволит не только определить время исчезновения с лица Земли предков слонов, но и узнать причину массовой гибели этих самых крупных доисторических млекопитающих.

Вы уже, наверное, обратили внимание на то, что время того или иного события при помощи радиоуглеродного метода определяется не точно, а с некоторым допуском. Это неизбежная ошибка эксперимента. И она тем больше, чем дальше от нашего времени отстоит датируемое событие. Оно и понятно, ведь радиоактивного вещества остается все меньше и меньше и оперировать с ним становится все труднее. Зачастую события, определяемые по методу Либби и датированные исторически, расходятся. Отчего?

Еще сам Либби заметил, что, возможно, все даты придется сместить, если окажется неверным время распада углерода-14. И он оказался прав. Через несколько лет после выхода статьи Либби американские физики У. Б. Мэнн и У. Ф. Марлоу уточнили: углерода-14 останется в два раза меньше не через 5700 лет, как считалось раньше, а через 5760. Кажется: подумаешь — 60 лет! Ничего особенного. А для историков это существенная поправка.

В 1947 году в пещерах недалеко от Мертвого моря пастухи нашли древние кувшины, а в них — кожаные свитки с записями. Их доставили ученым. Те очень осторожно развернули слежавшиеся и слипшиеся свитки, привели рукописи в порядок и прочитали. Не все, правда, так как некоторые из них были сильно повреждены. Но и то, что удалось из них узнать, было подобно взрыву, отголоски которого можно найти на страницах газет и журналов и по сей день. О чем же поведали эти находки?

Со II века до н. э. по начало нашей эры существовала некая иудейская секта. Люди, входившие в нее, не желали подчиняться угнетателям — иерусалимским первосвященникам, поэтому они ушли в пустыню, в дикую местность Кумран, и жили там в отрыве от всего мира. Имущество у них было общим, торговлю они запрещали. Основатель этой секты назван в кожаных свитках, получивших название «кумранских», Учителем праведности. По приказанию какого-то первосвященника Учитель был казнен, но кумранцы верили, что он вернется, сойдет на землю и сокрушит зло.

Вам эта история ничего не напоминает? А многим напомнила. Когда появились первые сообщения о расшифровке кумранских свитков, богословы объявили, что в них исторически подтверждается существование Иисуса Христа. И находили много подтверждений своим словам. Даты жизни, вроде бы. сходятся, свою общину кумранцы называли «Новый завет», во главе общины стояли двенадцать старейшин (двенадцать апостолов?), глава общины был распят, но должен воскреснуть и так далее.

Но радиоуглерод внес свои поправки (вы помните, свитки были написаны на коже?). Уточнив время распада радиоуглерода, ученые подправили дату написания свитков, сдвинули ее назад на шестьдесят лет, то есть на целую человеческую жизнь! Таким образом получалось, что Иисус, если он существовал, воспользовался учением маленькой секты, а не создал его сам. И вообще не возникла ли легенда о нем на основании кумранских летописей? Появилось и еще много вопросов, и споры не затихли и по сей день.

Таких примеров, где радиоуглерод помог восстановить время тех или иных событий, определить возраст находки, можно привести еще много. Но и те, с которыми вы уже познакомились, красноречиво говорят, что метод Либби оказался очень полезным для археологов и палеонтологов. А вскоре ему на помощь пришла и еще одна новинка — дендрохронология, сделавшая датировку исторических памятников и событий еще более точной.

Что же это за наука — дендрохронология? Уже ее название говорит само за себя: «дендрос» — дерево, ну, а что такое «хронология», и объяснять не надо. Значит, в целом: датировка по древесине. Но как дерево может поведать о времени?

ГЛАВА IV

О ЧЕМ РАССКАЗАЛИ ДЕРЕВЬЯ

В 1951 году в Калифорнии в районе Белых гор строители прокладывали шоссе. Оно проходило по пустынной, скалистой местности с рощами причудливых полумертвых деревьев. На эти деревья невозможно было смотреть без изумления. И не только потому, что их вид необычен: при высоте немногим более десяти метров стволы достигают толщины трех метров. Причем они перевиты и скручены так, будто здесь играл великан. Лишь ничтожная часть их ветвей покрыта короткими иглами. Голые стволы, по которым лишь с подветренной стороны тянутся узкие полоски коры, иссечены жестокими бурями и ветрами с песком и льдом. Собственно говоря, все дерево мертво, живой остается лишь одна ветвь, которую и питает этот жалкий остаток коры. Однако самое удивительное не их вид, а то, что эти деревья были уже зрелыми, когда в Афинах царил Золотой век, они были современниками могущества и падения Древнего Рима, свидетелями нашествия и отступления ледников. Их название — остистые сосны.

Деревья эти настолько уникальны, что особо выдающиеся из них получили имена. Так, «Патриарх» интересен тем, что имеет окружность ствола около одиннадцати метров, а «Мафусаил» является нынешним чемпионом долголетия — ему 4600 лет. Территория, где растут остистые сосны, взята под охрану. Ломать деревья, как-либо портить их, срывать ветви здесь категорически запрещено.

Растут остистые сосны чрезвычайно медленно. И это не удивительно, ведь они настоящие альпинисты и селятся на высоте около 3000 метров. Места здесь сухие (дождей выпадает лишь 250 миллиметров в год), а почва скудная, каменистая. Не удивителен поэтому и малый прирост древесины. На таком скудном пайке не потолстеешь. Суровые природные условия определили и долголетие сосен. Из-за медленного роста их древесина, плотная и смолистая, не гниет. Да и насекомым сосна пришлась не по вкусу. Даже погибнув, дерево может простоять до двух тысяч лет, а упав, сохраняется еще столько же. Не страшны этим соснам и лесные пожары — из-за каменистой почвы их здесь почти не бывает. Приспособлена для борьбы за жизнь и хвоя, она сохраняется лет 20–30, что помогает выживать на протяжении многих лет, если вдруг ухудшаются метеорологические условия.

Но являются ли остистые сосны чемпионами долголетия?

Оказывается, не только спартанская обстановка, в которой растут эти деревья, позволяет прожить долгую жизнь. Можно отыскать тысячелетние деревья и там, где условия благоприятные, где воды и тепла вдоволь. В национальном парке у подножия гор Сьерра-Невада растет секвойя, названная по имени одного из североамериканских героев «генералом Шерманом». Ее возраст — около трех с половиной тысяч лет. Не намного уступают ей и другие секвойи. В отличие от остистых сосен — и это, конечно, зависит от «хорошего питания» — они настоящие гиганты. Диаметр ствола «генерала Шермана» более пятнадцати метров. Но и это не предел: в дупле одной секвойи предприимчивый делец разместил ресторан. И не такой маленький — на 50 мест!

Есть деревья-долгожители и в нашей стране. Уже найдены лиственницы-великаны, которым около тысячи двухсот лет. А в Средней Азии растут и более почтенные старцы. К ним относится растущий в горах можжевельник — арча туркестанская. Она может жить две тысячи лет. И это, по-видимому, не предел. Наверняка нас ждут еще сюрпризы, ведь искать такие деревья у нас в стране стали немногим более десяти лет назад, и огромные просторы Сибири, некоторые горные районы в этом отношении еще не исследованы.

Но мы немного увлеклись рассказами о деревьях. Пора переходить к сути дела.

Возьмите любой спил дерева. Видите, как четко на нем проступают кольца — темные и светлые? Вот они-то и помогают нам разобраться в том, сколько прожило дерево.

Деревья растут за счет камбия — слоя клеток, лежащего между корой и древесиной. Цикл роста начинается весной, когда природные условия наиболее благоприятны: много влаги, тепла. В этот период образуются крупные, хорошо развитые клетки. Но вот наступает лето, и влажность уменьшается. Теперь клетки становятся более плотными, мелкими и имеют темный цвет. К зиме дерево «засыпает».

За один сезон образуются два слоя: светлый и темный. Благодаря такой разнице в цвете и видны на срезе дерева годичные кольца. Подсчитав их количество, можно сказать, сколько лет дереву. Эта простая операция отсчета годичных колец чрезвычайно важна для археологов и историков, так как позволяет датировать многие события, многие памятники древнего зодчества. Она стала основой метода дендрохронологии. Но об этом чуть-чуть позже. А сейчас приглядитесь повнимательнее к спилу дерева. Видите кольца? В центре дерева, то есть в начале его жизни, они толстые, а затем, ближе к краю — когда дерево становится старше — сжимаются. Но вот два соседних кольца сильно различаются: одно широкое, другое узкое. Отчего?

Познакомимся с одной, сейчас уже ставшей уникальной статьей. Ей более восьмидесяти лет, и до последнего времени она была недоступна даже для многих специалистов. Ее автор — профессор Новороссийского университета Федор Никифорович Шведов. Вот что он писал:

«В 1881 году мне попался ствол акации, срубленной в этом же году вблизи университета в Одессе. Рассматривая поперечный разрез этого ствола, я заметил, что годичные слои, ясно выделявшиеся на торцовой поверхности, следовали в отношении толщины определенному порядку, образуя поочередно концентрические зоны сгущения и разрежения… Осенью следующего, то есть 1882 года, аллея Херсонской улицы в Одессе предназначалась к вырубке… Я выбрал в различных местах два здоровых экземпляра акации около метра в окружности. Через два года, когда обрубки стволов совершенно высохли, их торцевые поверхности были отполированы и подвергнуты исследованию…»

Что же на них искал профессор Шведов?

Он пытался найти зависимость между шириной годичных колец и количеством осадков. Уже первые наблюдения показали, что в особо засушливые 1881 и 1882 годы образовались тоненькие кольца. Казалось, взаимосвязь установлена. Однако исследователь не торопился с опубликованием результатов. Потребовалось еще десять лет, чтобы догадки получили неоспоримые подтверждения. Вот тогда, в 1892 году, в «Метеорологическом вестнике» и появилась статья «Деревья как летопись засух». Сопоставляя прирост годичных колец акаций с распространением осадков по данным нескольких метеорологических станций юго-запада России, Шведов сделал вывод о повторяемости засух и на основе своей «дендрометоды» — так он назвал свой метод определения климата по срезам деревьев — предсказал, когда в черноземной полосе России следует ожидать очередную засуху. Родилась новая наука — дендроклиматология, позволяющая по годичным кольцам деревьев определить климат прошлых лет.

В начале нашего столетия изучал изменение ширины годичных колец и молодой астроном Э. Дуглас из Лоульсонской лаборатории во Флагштафе. Он пытался отыскать связь между количеством пятен на Солнце и климатом на Земле и выбрал кольца деревьев как индикатор климата. Дуглас, как и до него Шведов, считал, что в теплые годы с обильными дождями образуются широкие кольца. И наоборот, узкие свидетельствовали о тяжелых климатических условиях. Отсчитывая число колец, он мог достаточно точно указать, в каком году какая была погода, и связать погодные условия с активностью Солнца.

Мы не будем здесь касаться результатов его работы, но отметим, что впоследствии Дуглас создал в Аризонском университете специальную лабораторию дендрохронологии, ставшую сейчас в этой области ведущей лабораторией мира.

Но о метеорологических условиях можно судить не только по ширине годичных колец.

В годы резкого колебания климата возникают различные пороки древесины. Так, у дуба образуется довольно распространенная болезнь — внутренняя заболонь. Она наблюдалась в 1940 году после холодной с сильными и продолжительными морозами зимы, которой предшествовали два чрезвычайно засушливых лета. Но такой же вид имеют и кольца, образовавшиеся в 1890–1892 годах. Значит, можно полагать, что и эти годы были засушливыми летом и морозными зимой.

О вторжении холодных воздушных масс рассказывают и поврежденные клетки в кольцах, образовавшиеся в теплое время. Так, наши знакомые — остистые сосны Невады и Калифорнии — свидетельствуют о необычайно резких похолоданиях в летние месяцы 1453, 1601, 1884, 1902, 1941 и 1965 годов. Причем последние похолодания подтверждают и метеорологи.

Ученые-дендроклиматологи, изучающие климат прошлых лет по деревьям, разгадали уже многое. Так, им удалось точно установить, что 900 лет назад на нашем континенте было время, очень богатое осадками — дожди лили, как в тропиках. А за 1400 лет до этого Землю охватили жесточайшие засухи.

Считается, что кольцо должно быть толще со стороны, обращенной на юг, ведь здесь более благоприятные условия для его роста. Однако советский исследователь Н. В. Ловелиус, работая на Севере, заметил, что деревья, которые растут на открытом месте, чтобы лучше противостоять напору ветров, откладывают большое количество древесины с наветренной стороны. А раз так, то по виду спила можно судить о том, какие в данной местности преобладают ветры, и не только в настоящее время, но и в далекие эпохи. Так, в пойме одной из рек были обнаружены пни древних деревьев, которые росли на Севере, далеко за нынешней полярной границей леса. Но как они могли там выжить? При обследовании пней (а некоторые из них имели диаметр до пятидесяти сантиметров) выяснилось, что наибольший прирост древесины у них не с той стороны, где ожидалось. А раз так, то можно сделать вывод: когда-то, около пяти тысяч лет назад, циркуляция атмосферы была совсем иной. Это и обеспечивало северу более мягкий климат. Другими методами такие сведения не всегда можно получить.

Итак, по толщине колец многолетних деревьев, по их виду можно с точностью до одного — двух лет проследить, как изменялся климат Земли, когда и в каких областях свирепствовали засухи. Это интересно не только само по себе, но и открывает широкие возможности для историков и археологов. И вот почему.

Однажды Дуглас наткнулся в Северной Аризоне на большой участок спиленного леса. Он увидел массу пней. Но его удивило не это, а то, что рисунок расположения годичных колец на них был необычайно схож. Не знаю, в этот момент или позже, но это наблюдение позволило Дугласу вывести такое правило: если два куска древесины имеют одинаково расположенные по толщине кольца, то можно смело сказать, что деревья, из которых они взяты, росли в одно и то же время. Это правило стало краеугольным камнем дендрохронологии.

Предположим, что одно дерево начало расти в 1860 году, а другое — в 1890. В 1910 году первое дерево срубили и сделали из него балку для дома. Другое росло еще 65 лет. Если оно развивалось нормально, то в первые двадцать лет роста оно имело такую же последовательность толщин колец, как в последние двадцать лет жизни дерева, спиленного ранее. Таким образом, отыскав одинаковую последовательность толщин колец, мы можем сказать, что это были годы, когда существовали и росли оба дерева одновременно.

Зная, когда спилили одно из них — например, второе, — мы можем по годичным кольцам вычислить и год вырубки первого, а значит, и определить время строительства дома, для которого была сделана балка.

Мы можем продолжить нашу работу: найти еще более древнее дерево и отыскав на нем аналогичную последовательность толщин колец, уйти еще дальше в глубь времени.

Теперь, выбрав на ранее выпиленном образце какую-нибудь другую последовательность колец, относящихся к другому, более раннему известному периоду времени, и отыскав ее у других, еще более старых деревьев (в работе нам могут помочь так называемые сигнатурные годы, то есть годы, когда годичные кольца либо очень узкие, либо чрезмерно широкие, — по ним хорошо ориентироваться в срезах), мы можем узнать, когда росли и эти деревья. Так, идя от одного дерева к другому, более старому, можно забраться в прошлое довольно далеко по шкале времени.

Может сложиться неправильное мнение, что дендрохронологические исследования можно проводить только по спиленным деревьям. Спору нет, с ними работать удобнее — кольца на пнях и бревнах видны очень хорошо. А как быть, если дерево живое? Не губить же его. В этом случае из ствола специальным сверлом можно аккуратно вырезать стерженек размером с карандаш. Этот образец тщательно шлифуют — так кольца на нем становятся особенно хорошо видны. Затем их толщину с точностью до сотых долей миллиметра измеряют под микроскопом. Дереву эти пробы не вредят — отверстия от сверла заполняются целебной смолой.

Но эти данные относятся к одному дереву. А как же объективно измерить различные образцы? Для этого создана специальная шкала. Составляется она так: сначала создается некая математическая модель. Для данного дерева вычисляется толщина колец при условии, что климат не изменялся. В этом случае различие в кольцах соответствует лишь возрастным изменениям, а все отклонения рассказывают о неустойчивости климата. Отклонения от нормы выражают математически в «индексах толщины». Располагая их в хронологическом порядке, получают дендрохронологическую шкалу. Последовательность индексов никогда не повторяется, поэтому, найдя кусок древесины и отыскав схожую последовательность индексов на шкале, можно сказать, когда росло это дерево, привязать кольца к определенным годам.

Однако на самом деле все не так просто, как кажется. Ученые только мечтают об образцах древесины с ярко выраженными четкими кольцами. К сожалению, таких образцов нет. Чтобы в дереве образовались характерные, бросающиеся в глаза черты, должны быть резкие изменения климата. Но если дерево растет в благоприятных условиях, то изменения климата будут мало сказываться на ширине колец. Они из года в год будут примерно одинаковыми. Такие «вялые» образцы в работу, как правило, не идут. По ним нельзя вести датировку.

Бывают и другие затруднения. В годы с особо жесткими условиями образуются настолько узкие кольца, что их можно пропустить. Особенно с такими деревьями, как остистые сосны, у которых, например, на тринадцати сантиметрах радиуса можно насчитать до тысячи и более колец. Здесь, далее несмотря на микроскопы и автоматы, помогающие ученым, можно потерять несколько колец. А это уже годы. Случается зачастую и так, что после установившегося лета, когда уже, как вы помните, начинают образовываться маленькие клеточки древесины, внезапный обильный дождь вызывает дополнительный рост больших клеток. В этом случае образуется еще одно кольцо. Для натренированного исследователя такие «фальшивые» кольца сразу же видны, но неискушенный человек может и сосчитать их. И сразу же появятся лишние годы. Это только часть ловушек, которые расставляет природа исследователям.

Как видите, работа у дендрохронологов не такая уж простая. И тем не менее эти исследования ведутся во многих странах мира, и сейчас с помощью таких «долгожителей», как секвойи, остистые сосны, арчи туркестанские, составлена шкала, уходящая в прошлое на 10 000 лет. С помощью таких шкал уже сделано много интересных открытий. Вот одно из них.

Бесспорно, раскопки Новгорода необычайно интересны. Этот город возник в конце первого тысячелетия. Его возводили на влажной почве, и хотя это обстоятельство доставляло массу хлопот его жителям, зато оказало большую помощь историкам, так как именно благодаря сырости в земле осталось множество мельчайших предметов быта. Сохранились бревенчатые мостовые, детали деревянных украшений домов, мебель, деревянная посуда. Там, где почва сухая, люди роют колодцы, строят подвалы. При этом они разрушают остатки старых сооружений, которые были на этом месте. Жителям Новгорода, спасаясь от влаги, приходилось поднимать свои дома на бревенчатых кладях.

Многие старые сооружения, к великой радости археологов, хорошо сохранились в земле. Эти-то деревянные останки и послужили для точной датировки построек в Древнем Новгороде.

Раньше для возведения домов и храмов лес заготовляли в зимнее время, чтобы с наступлением теплых дней начать строительство. Поэтому последнее кольцо прироста древесины, которое можно увидеть на бревне из фундамента, будет соответствовать году, предшествующему дате закладки этого сооружения.

Каждая закладка храма в Новгороде была крупным событием, и запись о нем делалась в летописях. Поэтому, взяв по кусочку древесины из фундаментов нескольких церквей, удалось построить дендрохронологическую шкалу, охватывающую более полутора столетий.

Это было начало.

Ученым особенно повезло» когда в 1951–1962 годах был вскрыт самый большой раскоп. Он доставил исследователям богатый материал: целый квартал древнего города, пересеченный тремя улицами — Великой, Козьмодемьянской и Холопьей. Но особенно полезной оказалась обнаруженная мостовая.

Новгородцы очень ревностно следили за дорогами, и как только они переставали соответствовать «техническим требованиям» — их подновляли: перекрывали новым слоем бревен. Так возникло многоярусное сооружение, в котором ученые насчитали двадцать восемь настилов. Исследование срезов бревен от каждого яруса позволило еще больше раздвинуть шкалу времени.

С помощью шкалы стало возможным установить, когда был сделан каждый ярус. А заодно и датировать многие находки, обнаруженные в каждом слое. Самый древний настил одной из улиц — бывшей Козьмодемьянской — был изготовлен в 953 году, пятнадцатый настил сверху — в двадцатые — тридцатые годы XIII века, а девятый был сооружен в сороковые — шестидесятые годы XIV века. Получалось, что «службы коммунального хозяйства» Новгорода подновляли мостовую через каждые тридцать лет.

Дендрохронологическая шкала помогла и дальше прочитать «деревянную книгу» Новгорода. С ее помощью удалось определить время не только закладки, но и постройки некоторых зданий, о которых по летописям было известно очень мало или не говорилось вообще ничего.

А вот еще пример, когда деревья помогли установить истину.

Середина XIX века была периодом территориального и политического споров на американском Юго-Западе. Конец войны с Мексикой в 1848 году был скреплен договором, который признавал все требования индейцев. В том числе и известного по многим романам племени навахо. Тем не менее все туземцы были согнаны с исконных земель и переселены в далекие резервации в США. Через двадцать лет был заключен новый договор, и племени навахо разрешили вернуться в родные края. Но конгресс требовал, чтобы они доказали свои права на земли, особенно на отторгнутые в 1848–1868 годы. И эти свидетельства были даны. Не только устные рассказы, воспоминания и другие документы, но и деревья подтверждали права индейцев. Были найдены заброшенные жилища индейцев, и по бревнам, пошедшим на создание жилищ и различных предметов обихода, ученые установили время их создания.

Таким образом, вы видите, что деревья-долгожители — это как бы живые компьютеры, автоматически вводящие в свою память данные о климате и условиях жизни на Земле за многие века. Методы дендрохронологии позволяют точно определить время постройки или перестройки древних строений, образования болот, наносов, похоронивших под собой деревья, изменения климатических условий, а также датировать исторические события, о которых нет сведений в летописях.

Но мы отклонились от нашего повествования. И теперь постараемся ответить на вопрос, как дендрохронология помогает радиоуглеродному методу.

ГЛАВА V

РАДИОУГЛЕРОД ИСПРАВЛЯЕТ ИСТОРИЮ

Еще сто лет назад, когда археологи хотели датировать ту или иную находку, им могла помочь только интуиция. Существовала лишь трехпериодная шкала времени, по которой все найденные предметы относили к каменному, бронзовому или железному веку. Это было просто и удобно. Тот период, когда главные орудия труда были сделаны из камня, назывался каменным веком. С появлением у людей медных орудий труда кончился век камня и начался век металла. Вначале более мягкого — меди и ее сплава — бронзы, а затем и железа.

Однако четкого разделения между этими периодами не было. Люди, жившие даже в одной области, пользовались и каменными, и деревянными, и металлическими орудиями. Кроме того, не везде развитие шло одинаковыми темпами. Если в одних районах люди уже пользовались металлическими орудиями труда, то в других они еще не умели обрабатывать землю и довольствовались поисками съедобных злаков, меда, ловили рыбу и охотились на животных.

Все это затрудняло точную датировку исторических находок. Их возраст определялся гадательно и целиком лежал на совести исследователя, зависел от его взглядов на развитие общества.

Еще хуже обстояло дело с более поздними временами предыстории, когда требовалось сравнить, какие страны были более развитыми, а какие отставали. Поэтому для единой хронологии стали все сравнивать с историей Древнего Египта и Месопотамии. И это тоже было понятно. Ведь в этих странах существовала письменность.

Хронология Египта может быть прослежена почти на четыре тысячи лет назад, так как в письменных памятниках культуры этой страны упоминались те или иные астрономические события, о которых мы точно знаем, когда они происходили (например, солнечные затмения). Затем, еще на одиннадцать столетий, вплоть до 3000 года до нашей эры, можно проследить историю Египта по дошедшим до нас спискам правителей страны. Хотя здесь достоверность датировки, естественно, ниже.

Считалось, что все более сложные и интересные памятники культуры и орудия относятся к Ближнему Востоку, который, в силу этих соображений, становился носителем культуры. Поэтому все события и археологические находки в Европе пытались привязать к Древнему Египту и Месопотамии.

В первые годы нашего столетия этот метод привели в систему, был создан так называемый «топологический метод». Он заключался в том, что создавалась некая картина развития орудий производства, оружия и памятников архитектуры в каком-либо районе, и эта картина сравнивалась с соседними районами. Прилегающие участки связывали друг с другом, пока такая цепочка не дотягивалась до развитых районов Древнего Востока. Считалось, что чем дальше район от центров цивилизации, тем требуется больше времени, чтобы какие-нибудь достижения передовых стран дошли до «диких», «варварских» стран Европы.

Этот топологический метод существовал довольно долго. Многие историки пользовались им еще в двадцатые годы нашего века.

По мере развития археологии в этом методе начали появляться неувязки. Некоторые ученые стали выступать с заявлениями, что Египет не был единственным очагом цивилизации. Они считали, что в «копилку предысторической культуры» большой вклад внесла Древняя Греция.

Во многих местах Европы археологи нашли древние захоронения. Они сложены из огромных каменных глыб, весящих иногда сотни тонн. В этих гробницах находили фигурки из камня, кинжалы, инструменты. Чтобы создать такие захоронения, получившие название мегалитических (от греческих слов «мега» — большой и «литое» — камень), нужны были определенные технические навыки, нужна была религиозная подоплека для их сооружения.

Археологи высказали предположение, что эти захоронения связаны с круглыми гробницами бронзового века, обнаруженными на острове Крит. Считалось, что греческие колонисты с берегов Эгейского моря основали свои поселения в Иберии, на территории нынешних государств Испании и Португалии. Они и завезли свои познания в архитектуре, религии, обычаях похорон. Иберийским гробницам был приписан возраст постройки не более двух с половиной тысяч лет до н. э., а схожим мегалитическим гробницам во Франции и Англии, как расположенным дальше от первых поселений греческих колонистов, более позднее время. Правда, ученых смущало, что сходство между керамикой и фигурками Иберии с греческими было не так уж велико.

Но это были мелочи.

Аналогично рассуждали и при датировке поразительных храмов Мальты, в которых балки со скульптурными изображениями были украшены орнаментом в виде спиралей. Эти спирали были схожи с орнаментами греческих храмов на острове Крит, относящихся к 1800–1600 годам до нашей эры. Поэтому и мальтийские храмы были отнесены к тому же или более позднему времени.

Многие годы археологическая наука считала установленным фактом, что в Европе древнейшие металлурги и мастера, добывавшие медные руды и изготовлявшие из металла различные орудия, появились не ранее конца третьего — начала второго тысячелетия до нашей эры, что умение выплавлять руду пришло сюда тоже через Средиземноморье. В этом убеждали находки в Югославии, схожие с изделиями из Трои.

Но так как находки в Греции относили к 2700 году до н. э., то отсюда делались выводы, что металлургия на Балканах развилась как результат контактов с Троей в более позднее время.

Во всех этих случаях археологи сходились на том, что развитые страны «сеяли семена цивилизации среди варваров и дикарей, населяющих Европу». И хотя ученые видели уязвимые места в этих рассуждениях, у них не было точного способа, позволяющего установить истину.

Открытие радиоуглеродного метода позволило все расставить по местам. Стоило определить возраст некоторых находок, как старые представления о предыстории человечества стали получать удары со всех сторон. Правда, до двух с половиной тысяч лет до н. э. все было верно. Но вот неолит, характеризующийся изобретением глиняной посуды, металлургии, началом земледелия, с четырех с половиной тысяч лет до н. э. сдвинулся до восьми тысяч лет.

Этот первый удар еще ничего не доказал, он только сдвинул даты, и развитие сельского хозяйства на Ближнем Востоке все равно оставалось более ранним, чем в Европе. А так как до измерений радиоуглеродным методом все даты были гадательными, то отступление неолита назад говорит лишь о том, что предположения ученых об этом периоде в истории человечества не были достаточно смелыми.

Затем последовали более существенные удары.

Радиоуглеродный метод показал, что каменные могильники Англии восходят по крайней мере к третьему тысячелетию до нашей эры. Такой же возраст имеют мегалитические сооружения во Франции. Но, как вы помните, на предполагаемой прародине их возводили где-то около двух с половиной тысяч лет до н. э. Получалась неувязка — «дети» были старше «родителей». Тогда большинство археологов пошло по самому простому пути — они не поверили физикам и заявили, что французские специалисты, которые производили определение возраста этих древних построек, ошиблись в оценке и что при более тщательных измерениях и уточнении методики радиоуглеродной датировки эти противоречия исчезнут.

Однако проверка не устранила противоречий.

Определение времени конца неолита для Балкан дало четыре тысячи лет до н. э.; получалось, что медная металлургия Балкан и обнаруженные там скульптуры были более чем на тысячу лет старше своих эгейских прототипов. Вот здесь-то и сдали нервы у многих историков: они заявили, что метод определения возраста по радиоуглероду неверен и пользоваться им для установления хронологии нельзя.

Правда, не все ученые были так категоричны в своих заявлениях. «На данные для Европы влияет какой-то специфический фактор, который и путает все карты, а для Ближнего Востока он не так значителен», — говорили некоторые и подтверждали свои возражения обнаруженными расхождениями и с хронологией Египта: для многих находок, которые датировались 3000–2000 лет до н. э., радиоуглеродный метод систематически уменьшал возраст на сто лет. Казалось бы, несущественно, но это маленькое изменение служило веским аргументом в споре с физиками.

Археологи вернулись к своим старым методам датировки, не заботясь о расхождениях, которые давали радиоизотопные исследования. Но физиков это озадачило. Сам «отец» метода Либби считал, что, возможно, ошибка и есть, но где-то до пятого тысячелетия до н. э. К четырехтысячному году до н. э. она исчезает. И все же египтологи внесли сомнения.

Физики стали искать доказательства своей правоты. И хотя, как будет видно чуть позже, в споре о хронологии Египта правы оказались историки, победа в схватке за европейскую хронологию осталась за физиками. И помогли им выиграть этот бой, как это ни странно звучит, остистые сосны, о которых мы так подробно рассказывали в предыдущей главе. Дело в том, что у некоторых экспериментаторов тоже закралось сомнение: а так ли уж непогрешим Либби, и насколько верно его утверждение о том, что скорость образования углерода-14 оставалась постоянной?

Физики взялись за работу. Первая проверка была сделана в 1960 году на образцах древесины гигантской секвойи. Для этого из нее вырезали годичные кольца (а вы помните, что специалисты могут точно сказать, в каком году они образовались) и в каждом из них определяли содержание радиоуглерода, конечно, с учетом естественного распада. Уже первые опыты показали, что около 650 года н. э. наблюдаются некоторые отклонения в количестве радиоуглерода от современного. Но секвойи не позволяли заглянуть далеко в глубь веков. Вот здесь-то и помогли остистые сосны, эти долгожители растительного мира. По ним была сделана проверка на 8200 лет назад. Эту трудоемкую, воистину ювелирную работу проделал Эдмунд Шульман из Аризонского университета. Но он не смог закончить исследования, их продолжил его ученик и последователь Чарльз Уэлси Фергюсон. Он составил специальную программу для электронно-вычислительной машины, которая и помогла создать дендрохронологическую шкалу.

КАЛЕНДАРНЫЕ ДАТЫ,УСТАНОВЛЕННЫЕ ПО ГОДИЧНЫМ КОЛЬЦАМ ОСТИСТОЙ СОСНЫ

Для измерения радиоактивности образцов Фергюсон разослал их в три разные лаборатории. Результаты исследований совпали, причем довольно точно. Однако было отмечено и расхождение между возрастом, даваемым по отсчету годичных колец и измеренным по радиоуглероду. В университете города Сан-Диего профессор Ганс Зюсс исследовал более трехсот образцов и построил график этих отклонений, который четко и однозначно показывал, что расхождения между дендрохронологическим и радиоактивным методами незначительны лишь до 1500 лет до н. э. По мере ухода в более далекое прошлое эти расхождения все больше и больше увеличиваются и уже в 2500 году до н. э. достигают 700 лет. Поэтому и неудивительно, что находки, возраст которых определяется по методу Либби, становятся слишком «молодыми».

График, построенный Зюссом, оказался необычайно полезным археологам, так как помогал проводить корректировку данных. Физики устанавливали количество радиоуглерода в образце и определяли, какому возрасту он соответствует, а затем по «кривой Зюсса» вводили поправки. Именно так были устранены «неувязки с Египтом». Как уже говорилось, в этом споре действительно победили археологи, которые настаивали на своей правоте.

Теперь сомнения исчезли. Исправления, внесенные Зюссом, показали, что, в общем, метод Либби вполне применим в археологии. Однако выяснилось и другое. В дополнение к большим расхождениям — как их называют, расхождениям первого порядка — на графике Зюсса явно видны и расхождения второго порядка, значительно меньшие. Они причудливыми волнами накладываются на основную кривую.

Это, естественно, еще более усложнило работу по датировке находок по радиоуглероду, зато делало полученные результаты более надежными.

Но вернемся к хронологии доисторической Европы.

Пересмотр фактов показал, что утверждение о переходе знаний от «центров культуры к варварам», не имевшим ни письменных памятников, подобных египетским, ни древних календарей, как на Древнем Востоке, неверно. Теперь уже высказывалось мнение о том, что всю хронологию Европы следует сдвинуть.

Мало кто сомневался в древности испанских и португальских мегалитических могильников. Их отнесли к 2900 году до н. э. Да и другие подобные сооружения Европы отодвинулись за 2500 лет до н. э.

Таким образом, оказалось, что мегалитические захоронения Бретани были построены на тысячу лет с лишним ранее первого появления монументальной похоронной архитектуры в восточном Средиземноморье и за 1500 лет до сооружения пирамид. А раз так, то нет никаких оснований считать мегалитическую культуру «вывезенной на папирусных лодках с Ближнего Востока», как сказано в одной из статей на эту тему.

Так же пришлось поступить и с датировкой исторических памятников Мальты. Возраст храмов на этом острове пришлось сдвинуть почти на 300 лет в глубь веков. Стало ясно, что украшавшие их стены спирали не могут быть результатом влияния Эгеиды. Храмы Мальты являются местными сооружениями, и их создателей не могли вдохновлять древнегреческие образцы строительства.

Изменился взгляд и на историю материальной культуры Балканского полуострова.

Оказалось, что в давние времена медная металлургия на Балканах была достаточно высоко развита. Она позволяла отливать довольно сложные инструменты и оружие задолго до появления аналогичных изделий в Древней Греции. Эти изделия были обнаружены на больших расстояниях от мест их изготовления, что говорит о существовавшем в то время обмене культурными ценностями. Так, орудия труда, изготовленные из металла одного из самых крупных рудников древности Аи Бунар, расположенного на территории нынешней Болгарии, находят за тысячи километров от Балкан — на Украине, в Молдавии, Румынии. Значит, добывать и обрабатывать медь в Европе стали гораздо раньше, чем в Греции.

Итак, радиоуглерод произвел революцию в истории. Он позволил уточнить хронологию древнего мира; в корне изменил наши представления о Европе. Она развивалась своим путем. Конечно, между Европой и странами Востока происходил культурный обмен. Изобретения и идеи, принадлежащие одному народу, переходили, естественно, к другому. Но мы недооценивали творческих способностей обитателей доисторической Европы.

Историки и археологи поверили в радиоуглеродный метод датировки, зато перед физиками появилось много новых вопросов. Отчего на графике, построенном Зюссом, имеются отступления? С чем они связаны?

Чтобы ответить на эти вопросы, нам придется вернуться к космическим частицам.

ГЛАВА VI

КОСМИЧЕСКИЕ СТРАННИЦЫ

Одну из первых гипотез о происхождении космических частиц высказал американский физик Роберт Милликен. Он полагал, что они зарождаются в межзвездном пространстве во время ядерных реакций. «Откуда еще могут браться частицы с такой энергией, во много раз превосходящей энергию движущихся в недрах звезд атомов, как не из этого акта творения?» — спрашивал он своих оппонентов.

Долгое время никто не мог возражать ему, хотя огрехи в гипотезе видели многие.

В 1949 году известный физик-ядерщик Энрико Ферми теоретически показал, что время жизни космических частиц в нашей Галактике ограничено их столкновениями с атомами межзвездного газа. Зная плотность этого газа, он вычислил, что средняя продолжительность жизни частиц равна двумстам миллионам лет. Таким образом, за время существования нашей Солнечной системы они обновлялись много раз. На смену «умершим» приходили новые. А это означало, что где-то в космосе спрятана «машина», постоянно вырабатывающая космические лучи.

Все частицы, испускаемые каким-либо источником, распространяются, подобно свету, прямолинейно. А раз так, то, как казалось многим ученым, появлялась возможность определить, откуда они приходят: создать специальный, регистрирующий космические лучи «телескоп» и методично обследовать небосвод в поисках источников космического излучения.

Первым под подозрение попало Солнце. Но если действительно частицы, как и свет, испускаются нашим светилом, то должны наблюдаться изменения их потока — как говорят ученые, суточные вариации. Днем число частиц должно возрастать, ночью — падать, так как толща нашей планеты поглотит их, не пропустит к наблюдателю. Но оказалось, что со стороны Солнца частиц приходит столько же, сколько и с противоположной. Правда, почти столько же. Если быть точным, Солнце тоже вырабатывает их, но в сравнительно малом количестве.

Может быть, космические частицы порождаются звездами? Но ни от одной из них не удалось наблюдать потока частиц. Космические лучи «обдували» нашу планету со всех сторон одинаково. Этому явлению вскоре нашли объяснение. Если даже звезды и порождают космические частицы, то во время путешествия по безднам космоса их пути многократно изменяются. Дело в том, что в космосе имеются магнитные поля. Они расположены хаотично. Поэтому и траектории частиц, попавших в такие поля, тоже хаотичны: их движение напоминает иногда толчею молекул. Проходит огромное время — тысячи и миллионы лет, — пока частицы, покинув место своего рождения, доберутся до Земли. Их путь чрезвычайно сложен, и поэтому трудно узнать, откуда они пришли и где возникли. Гуляя по магнитным полям Галактики, они «забывают свой родной дом». Вот поэтому-то космические частицы и приходят к нам со всех сторон.

Так что же, частицы все-таки рождаются звездами?

Против этой гипотезы были серьезные возражения. Если звезды вырабатывают такое же количество космических частиц, как Солнце, то из-за более близкого расположения к Земле наше светило должно полностью «затмевать» их излучение. Точно так же солнечный свет забивает слабое мерцание звезд. Правда, есть звезды более активные, чем Солнце, но их не так уж и много.

Была и другая трудность, с которой столкнулись творцы этой гипотезы: чем объяснить огромные энергии частиц, прилетающих из космоса, в десятки и сотни тысяч раз большие, чем сейчас получает человек на самых мощных ускорителях? Можно было предположить, что звезды только порождают частицы, а дальше их разгоняют имеющиеся в космосе электромагнитные поля. Точно так же ускоряются заряженные частицы в циклотроне. Пусть эти поля чрезвычайно слабы, но они занимают пространство во многие тысячи световых лет. Двигаясь в них, частицы ускоряются медленно, но за миллионы лет накапливают огромную энергию. Они могут разгоняться и между двух движущихся навстречу друг другу магнитных фронтов. Отражаясь то от одного из них, то от другого, космические частицы набирают большие скорости, а значит, могут приобрести и значительную энергию.

Так можно объяснить, почему космические частицы имеют самые различные энергии. Все зависит от того, как долго блуждала частица до встречи с Землей. Если недолго, то и энергия ее мала.

Может быть и другое объяснение. Частицы двигаются в электрических полях Вселенной, то ускоряясь при движении вдоль силовых линий, то, наоборот, замедляясь, если перемещаются «против» поля. Некоторым везет меньше, другим больше — отсюда и появляются частицы разных энергий. Попадаются и «счастливчики» — частицы, которые долгое время двигаются по направлению поля и благодаря этому разгоняются до колоссальных энергий. Но таких частиц мало.

А если предположить, что космические лучи приходят к нам из других галактик? Как говорит академик В. Л. Гинзбург, такое положение можно сравнить с наполнением бассейна из озера. Если нет специального насоса, то уровень воды в обоих водоемах через некоторое время станет одинаковым. Но такого насоса, накачивающего частицы в нашу Галактику, пока не обнаружено. Кроме того, если бы образование космических частиц шло только в нашем участке Вселенной, то они «вытекали» бы в другие галактики, и было бы еще труднее объяснить их количество и постоянство. Да и что нового дает эта гипотеза? Если космические лучи и рождаются в других звездных мирах, то вопросы, какие объекты их порождают и почему, остаются.

Остается загадкой и другое: а почему они не могут образовываться у нас? Чем наша Галактика хуже? Правда, возможно, во Вселенной есть какие-то неизвестные нам источники излучения, но мы о них ничего достоверного пока не знаем. Они относятся к области чистой фантастики. Так, например, некоторые ученые пытаются объяснить «накачку» космоса частицами за счет взрывов, происходящих в ядрах галактик. Но это тоже маловероятно, так как такие события происходят чрезвычайно редко (раз в десять — сто миллионов лет), и многие частицы до нас просто не доберутся. Да и трудно объяснить, как наполнить излучением космический резервуар размерами в миллионы световых лет за счет таких редких взрывов.

Ну что ж, можно подвести итог. Как космические частицы могут ускоряться, объяснено хорошо, сложнее обстоит дело с их зарождением.

Попытаемся все же отыскать какие-нибудь необычные небесные объекты, способные производить необходимое количество космических частиц, а следовательно — и тот фон радиоуглерода, который образуется за счет этих космических гостей.

Но где отыскать эти объекты?

ГЛАВА VII

ВЗРЫВАЮЩИЕСЯ ЗВЕЗДЫ

Иногда бывает очень полезно созерцать небо.

Как-то вечером 1925 года один южноафриканский почтальон шел с работы домой. Он остановился полюбоваться звездным небосводом. Его внимание привлекло созвездие Живописца.

Что-то в нем было не так.

Привычные для глаз очертания нарушала новая звезда; еще вчера ее здесь не было. Почтальон поспешил домой, чтобы сообщить об этом событии в ближайшую обсерваторию. Через несколько часов новую звезду уже наблюдали многие астрономы.

Это далеко не единственное открытие новых звезд, сделанное астрономами-любителями. Так, новую в созвездии Персея в 1901 году открыл киевский гимназист, новую в созвездии Короны в 1946 году — обходчик железнодорожных путей, а новую в созвездии Геркулеса в 1960 году — норвежский любитель. Так что чаще смотрите на небо — может, и вам повезет, и ваше имя появится среди открывателей новых звезд. А шансов у вас много. Как показывают подсчеты, в нашей звездной системе ежегодно вспыхивают десятки и даже сотни новых звезд. Но мы замечаем только ближайшие к нам, наиболее яркие. За последние шестьдесят лет в нашей звездной системе открыто более ста пятидесяти новых.

Собственно, название «новая звезда» или просто «новая» — очень неудачное название. И это признают все. Оно возникло давно и оправдывается только тем, что в старину действительно думали, будто это только что родившиеся звезды. Древнегреческий историк Плиний рассказывал, что около 134 года до н. э. в созвездии Скорпиона наблюдалась яркая вспышка. Ее заметил великий ученый древности Гиппарх. Естественно было предположить, что он наблюдает акт творения нового светила. Но вскоре эта звезда погасла. Пораженный Гиппарх переписал тогда все видимые на небосводе звезды с указанием их места. Теперь он был спокоен — если где-нибудь появится новая звезда, он ее сразу же заметит.

В том, что звезда так быстро погасла, ученый древности ничего удивительного не видел. Как считалось тогда, такая новообразованная звезда очень непрочна и поэтому скоро разрушается.

Каталог Гиппарха включал более пятисот самых ярких звезд. С годами его переписывали, уточняли, совершенствовали и пополняли астрономы Древней Греции, Рима, Арабского Востока и Европы. Он стал интернациональным. Именно ему мы обязаны названиями и очертаниями созвездий, которыми все пользуются и в настоящее время.

Конечно, взгляды Гиппарха безнадежно устарели. Сейчас уже хорошо известно, что новые звезды существовали давно, но вдруг за сутки-другие они разгорались, их блеск увеличивался в тысячи, даже в миллионы раз. Они раздувались, как мыльный пузырь, увеличиваясь в объеме. Например, новая в созвездии Живописца через несколько дней достигла размеров в 600 миллионов километров, то есть она стала больше диаметра орбиты Марса!

Но в звездных масштабах взрыв новой не представляется чем-то потрясающим. А потеря вещества звезды при взрыве и совсем мала — она теряет всего одну стотысячную долю своей общей массы.

Отчего же происходят вспышки новых?

Как-то профессор Б. А. Воронцов-Вельяминов заметил, что число гипотез о происхождении новых превышает число самих новых, наблюдавшихся за всю историю астрономии. Это, конечно, преувеличение, но действительно, каких только не было предположений.

Взрыв наблюдается тогда, когда встречаются два метеорных потока, — гласила одна из гипотез, и многочисленные столкновения пылинок наблюдатели на Земле отмечают как одну яркую вспышку. Но это, конечно, неверно, так как в метеорных потоках отдельные пылинки отстоят друг от друга на десятки километров — и их столкновения практически невозможны.

Приписывались вспышки и более экзотичным причинам, например… столкновениям двух звезд. Но автор этой гипотезы явно не учитывал, что такие жуткие космические катастрофы — уже совсем невероятные явления и вряд ли могут происходить так часто, как наблюдается появление новых.

Были и не такие эффектные, а потому и более правдоподобные предположения. Так, согласно одному из них, считалось, что новая — это звезда с естественным спутником, движущимся по вытянутой орбите. Когда спутник приближается, то на звезде происходят различные потрясения — ряд вспышек, извержений, увеличивающих ее блеск. По мере удаления спутника звезда приходит в нормальное состояние.

Уже в наше время один из астрономов, вспомнив об этой теории, заявил, что новые — это двойные звезды, в результате взаимодействия которых и происходят взрывы.

Сейчас считается, что вспышки — закономерный этап в развитии звезд. Звезды взрываются, сбрасывают газовую оболочку, а сами сжимаются, превращаются в совершенно иной тип звезд — белые карлики, невидимые в телескопы.

Вспышка новой происходит тогда, когда энергия, накопленная в ходе ядерных реакций внутри звезды, вдруг начинает резко выделяться. Это похоже на взрыв гигантской сверхбомбы. За несколько дней звезда выделяет столько энергии, сколько наше Солнце за десятки тысяч лет. Максимум яркости родившейся новой приходится на тот момент, когда она сбрасывает газовую оболочку. Эта оболочка расширяется и в конце концов рассеивается в пространстве. Сама же звезда, израсходовав свои силы, как вулкан после извержения, затихает, возвращаясь к прежнему состоянию, чтобы через некоторое время пробудиться, вспыхнуть вновь.

Можно наблюдать и последствия таких взрывов. В 1918 году вспыхнула новая в созвездии Орла. После этого взрыва астрономы увидели, что звезда окружена туманной оболочкой, которая наблюдалась до 1941 года, когда стала настолько слабой, что ее невозможно было разглядеть.

Если взрывы новых звезд своей грандиозностью могут поразить воображение людей, то еще больше впечатляют взрывы сверхновых звезд. Они отличаются от новых тем, что вспыхивают только один раз. Их вещество разлетается во все стороны с громадной скоростью — до шестисот километров в секунду. В этот момент сверхновые сияют в миллиарды раз ярче прочих звезд. Если блеск нашего Солнца сравнить со светлячком, новую — со свечой, то сверхновая будет сиять, как мощный прожектор. Немудрено, что в различных исторических документах неоднократно упоминались такие события.

Девятьсот с лишним лет назад древний китайский летописец Ма Дуань-линь увидел и описал редкое по красоте зрелище: казалось, огромная раскаленная игла проткнула тьму ночи. Там, где только что чернел небосвод, вспыхнула и засверкала яркая звезда. Это было в 1054 году. Вот как это событие записано в летописи: «Появилась звезда-гостья к юго-востоку от звезды Тиян-Куан и исчезла более чем через год». Другой звездочет пишет: «Она была видна днем, как Венера, лучи света исходили из нее во все стороны, и цвет ее был красновато-белый». Аналогичные записи сделали японские и арабские наблюдатели.

Гораздо лучше описана вспышка сверхновой 1572 года, которую зарегистрировал известный астроном Тихо Браге. У него был обычай — каждый вечер перед сном осматривать небосвод, даже если он не вел никаких наблюдении. И вот однажды он увидел среди привычных звезд новую яркую звезду в созвездии Кассиопеи. Шли дни, блеск звезды все увеличивался. Ее уже стало возможным наблюдать днем. Суеверные люди приняли звезду за сигнал бедствия, символ конца мира. По Европе лился колокольный звон, люди молили бога о прощении, замаливали грехи. И, как им казалось, успешно — звезда стала терять свой блеск и исчезла. А засуха и голод, которые совпали с появлением сверхновой, остались. Прибавились еще и эпидемии. Молитвы не помогли.

Но не все видели во вновь появившейся звезде вестницу несчастий. Ученые и в те времена старались записать свои наблюдения, чтобы они дошли до потомков. Вот как описывает появление этой звезды известный в свое время астроном Михель Местлин: «…Появилась новая звезда в троне Кассиопеи, там, где он касается края Млечного Пути; она привлекала внимание своим ярким блеском, небывалой звездной величиной и удивительностью событий, превосходя по силе не только Сириус, ярчайшую звезду неба, но также и Юпитер и, пожалуй, Венеру».

Появление следующей новой отметил Иоганн Кеплер. Она вспыхнула в 1604 году в созвездии Змееносца. Кеплер проследил все фазы ее развития и после ее исчезновения написал сочинение, где не только описал увиденное, но и дал толкование этому событию.

Очередная сверхновая появилась в созвездии Андромеды в 1885 году. Ее открыл в Дерптской обсерватории (ныне город Тарту) наш соотечественник Эрнст Гартвиг.

Здесь были перечислены наиболее выдающиеся вспышки сверхновых, потому что это довольно редкое явление. В нашей Галактике они вспыхивают раз в 50—100 лет. Однако, если держать под наблюдением сотни галактик, то £мело можно сказать, что в течение года хотя бы в одной из них вспыхнет сверхновая. Чтобы регистрировать такие "события, сейчас организована международная служба сверхновых. По программе этой службы области неба, наиболее богатые галактиками, систематически фотографируются, что позволяет открывать каждый год несколько сверхновых, вспыхивающих в глубинах космоса. Немало их открыли и советские наблюдатели на Крымской, Абастуманской и Бюро канской обсерваториях. Число зарегистрированных во все времена сверхновых сейчас составляет значительную цифру — около трехсот пятидесяти.

В XVIII веке французский астроном Шарль Мессье открыл Крабовидную туманность — слабо светящееся пятно. Позднее, наблюдая за туманностью, ученые заметили, что она расширяется. Удалось определить и скорость расширения. Ну, а зная эту величину, было легко подсчитать, когда произошел взрыв. Оказалось, именно тогда, когда китайский звездочет наблюдал вспышку звезды, то есть в 1054 году. Так туманность была отождествлена со взрывом сверхновой — она была его последствием. У сверхновой Кеплера тоже обнаружена слабая клочковато-волокнистая туманность. Отсюда вполне естественно было предположить, что большая туманность в созвездии Лебедя — тоже остаток сверхновой. Сейчас таких туманностей насчитывается более тридцати. Возраст некоторых из них определяется в десятки тысяч лет.

К сожалению, отчего происходят взрывы сверхновых, мы можем только догадываться. Астрономы видят вспышку, когда она уже произошла, и, следовательно, ничего не могут сказать о ее начале и развитии. Еще в 1934 году известные исследователи В. Бааде и Ф. Цвикки, в поисках причин взрывов такого масштаба, указали на вероятность быстрого выгорания звезды, превращения ее в нейтронную звезду. Теоретически эту возможность предсказал еще в 1932 году выдающийся советский физик-теоретик Л. Д. Ландау. Но какое ядерное горючее может дать взрыв такой силы? Обычная термоядерная реакция, которая идет на нашем Солнце — слияние четырех ядер водорода в ядро гелия, — медленная реакция. Звезда расходует водород за многие миллиарды лет.

Если звезда достаточно велика, то по мере сгорания ядерного горючего из-за действия больших гравитационных сил звезда сжимается, и температура в ее центре возрастает. А это приводит к тому, что начинается термоядерная реакция между ядрами гелия. Так происходит до тех пор, пока при температуре в три миллиарда градусов все легкие элементы не выгорят, превратившись в железо.

На этом ядерная эволюция звезды заканчивается: при образовании более тяжелых элементов энергия уже не выделяется, а поглощается. Наступает финальная стадия развития звезды, когда сжатие может происходить неограниченно, так как теперь «ядерная печь» дальше не разгорается и газовое давление уже не останавливает гравитационного сжатия.

Теперь идут реакции с образованием всепроникающих частиц нейтрино. Для них нет никаких помех. Ничто не может удержать эти удивительные частицы. Проходя через толщу звезды, они уносят значительную долю энергии, которая выделяется при сжатии. Эта реакция идет быстро. Резко растет и сжатие. Если бы нам удалось, увидев этот процесс, включить секундомер, то мы зарегистрировали бы, что за каждую секунду звезда будет сжиматься вдвое.

Процесс приобретает катастрофический характер. Наступает, как говорят физики, гравитационный коллапс. Когда сжатие достигает величины, при которой начинают разрушаться атомные ядра, частицы, входящие в их состав, превращаются в нейтроны. Образуется нейтронная звезда — гигантская капля из нейтронов, радиусом около десяти километров.

Но нейтрино уносят лишь часть энергии. Остальная ее часть расходуется на образование неустойчивых ядер. Вот распад этих ядер и порождает взрыв, при котором звезда сбрасывает свои наружные слои, образуя расширяющуюся газовую оболочку. Ее мы и наблюдаем как рождение сверхновой.

Сейчас уже считается вполне установившимся фактом, что при взрывах сверхновых образуется огромное количество космических частиц высоких энергий. По мере рассеяния туманности космические частицы выходят в межзвездное пространство. Удалось даже оценить их количество. Если учитывать частоту вспышек, то окажется, что вновь родившихся частиц вполне хватит для того, чтобы поддерживать неизменным такой уровень космического фона, какой мы наблюдаем во Вселенной сейчас.

Вот тут-то и наступило время вернуться к «герою нашего романа» — радиоуглероду. Раз сверхновые порождают космические частицы, то не могут ли взрывы, происходящие близко к Земле (по космическим масштабам, конечно), влиять на количество радиоуглерода в атмосфере нашей планеты? И наоборот, не может ли увеличение радиоуглерода в годичных кольцах деревьев поведать нам о взрывах сверхновых?

В 1965 году в журнале «Доклады Академии наук СССР» появилась статья ленинградских ученых — академика Б. П. Константинова и Г. Е. Кочарова, ныне профессора, одного из ведущих специалистов в области астрофизики, «Астрофизические явления и радиоуглерод», в которой как раз взрывы сверхновых звезд и рассматриваются как одна из причин увеличения этого изотопа в атмосфере Земли. Образовавшиеся при рождении сверхновой частицы проносятся через космические бездны и достигают нашей планеты. Как показывают расчеты, в это время количество радиоуглерода увеличивается вдвое, что и должны «записать» в своих годичных кольцах деревья.

За время существования Земли, то есть примерно за пять миллиардов лет, около нее — на расстоянии примерно десяти парсеков — могло произойти около десяти вспышек сверхновых. Таким образом, две из них произошли уже тогда, когда на Земле была жизнь. Излучение от таких звезд доходит до нас через несколько тысяч лет, и примерно столько же времени наша планета находится внутри расширяющейся туманности. Увеличение излучения обязательно должны были отметить сохранившиеся до нашего времени останки деревьев-долгожителей.

Если мы станем исследовать любое из деревьев, которое было свидетелем этой космической катастрофы, то отметим резкое увеличение радиоуглерода, а затем, по мере приближения к коре, его будет все меньше и меньше.

Теперь, отыскав дерево, росшее в другое время, у которого будет такой же характер распределения радиоуглерода в годичных кольцах, мы смело можем утверждать, что и оно было свидетелем рождения сверхновой, о которой нам ничего не было известно, а дендрохронология позволит сказать, когда это событие произошло.

Но радиоуглерод не только позволяет констатировать факт рождения сверхновой. Определив концентрацию этого изотопа, можно вычислить и энергию взрыва. Правда, сделать это довольно трудно, так как мы еще плохо знаем расстояние до сверхновых. Например, одни ученые считают, что Крабовидная туманность отстоит от нас на тысячу сто световых лет, а другие увеличивают эту цифру почти вдвое. Но все же чисто оценочные расчеты для известных сверхновых были проведены. Они подтвердили предположения ученых о мощности взрывов. А зная эту цифру и концентрацию радиоуглерода от взрыва неизвестной сверхновой, мы уже сможем сказать, на каком расстоянии от нас произошел взрыв.

Вот как много может рассказать нам «деревянная книга» о сверхновых звездах, этих интереснейших объектах Вселенной.

Помните, мы говорили о графике, построенном Зюссом, по которому сейчас сверяют результаты своих измерений ученые, о петлях, имеющихся на этом графике? Сейчас уже смело можно сказать, что в этот поправочный график внесли свою лепту и сверхновые, увеличивая количество радиоуглерода в годичных кольцах деревьев. Учитывая этот вклад в «копилку изотопов», мы можем более верно датировать археологические памятники, уменьшать ошибки в определении возраста исторических находок.

Так что же, мы отыскали причину увеличения количества радиоуглерода — и виноватыми оказались сверхновые звезды?

Не будем пока ставить точку.

ГЛАВА VIII

МАЯКИ ВСЕЛЕННОЙ

До недавнего времени только глаз и фотопластинка давали нам сведения о звездах. Человек смотрел на Вселенную только через «окно» оптического диапазона. После второй мировой войны развитие радиолокационной техники привело к созданию радиотелескопов. В космос распахнулось новое окно. И сразу же небесная картина изменилась: были открыты новые космические объекты и явления, в их числе и неизвестные далекие источники радиосигналов с быстрыми — в секунды и доли секунд — колебаниями интенсивности. Такое радиоизлучение ученые обнаружили еще в 1964 году и назвали мерцанием.

Следовало выяснить причину этого мерцания, исследовать его природу. Для этого вблизи Кембриджа на Муллардской обсерватории был построен радиотелескоп. Он отличался от своих собратьев только очень высокой чувствительностью да приспособлением для быстрой записи принимаемого сигнала. Но эти-то отличия и помогли ему прославиться на весь мир.

В августе 1967 года группа ученых, возглавляемая профессором А. Хьюишем, зарегистрировала довольно странные сигналы. Они настораживали наблюдателей тем, что в них очень регулярно чередовались радиоимпульсы и паузы. Сотрудница лаборатории мисс Белл, изучавшая записи, сначала сочла их за случайные помехи, ведь умудренные опытом астрономы не принимают каждый необычный сигнал за «небесный». «В девяноста девяти случаях из ста странные «переменные радиоисточники» оказывались какой-нибудь электрической помехой от плохо отрегулированной системы автомобильного зажигания либо, например, от неправильного включения холодильника, расположенного поблизости» — это говорит сам Хьюиш.

Но дальнейшие измерения показали, что сомнения были напрасны, — сигналы действительно шли от какого-то небесного тела. И тут, учитывая регулярный характер импульсов и то, что радиоисточник мал — не более Земли, — у исследователей возникла мысль: «А вдруг это сигналы, посылаемые другой цивилизацией — «маленькими зелеными человечками» с другой планеты?» (Это опять Хьюиш.)

Если бы это сообщение просочилось в печать, оно обязательно стало бы сенсацией. Поднявшаяся репортерская буря лишила бы исследователей возможности в нормальных условиях продолжать работу. Именно поэтому муллардовцы, несмотря на то, что другие астрономы могли открыть эти оригинальные космические объекты и сообщить о них, лишив Хьюиша и его коллег приоритета, не стали опубликовывать результаты своих исследований.

Измерения длились шесть месяцев. Земля за это время успела перейти в противоположную точку своей орбиты. Наблюдатели сместились на 300 миллионов километров. Если бы пульсар — такое чисто техническое наименование из-за пульсирующего характера испускаемых сигналов получил этот радиоисточник — был близко, то его положение на небосводе сместилось бы. Но он оказался практически неподвижным. Отсюда можно было сделать вывод, что он находится от нас на расстоянии не менее нескольких световых лет.

Вскоре были открыты еще три аналогичных источника, расположенных в других частях неба. И вот наконец Хьюиш с коллегами пришли к заключению, что «единственное правдоподобное объяснение природы загадочных радиосигналов состоит в том, что они каким-то образом возникают при вибрации очень плотной звезды, такой, как белый карлик или нейтронная звезда».

Спокойствие и выдержка позволили астрофизикам получить необычайно ценные данные. Только разобравшись в них, ученые отослали в феврале 1968 года сообщение в научный журнал.

Эта публикация вызвала необычайный интерес у астрофизиков всего мира. В течение года появилось около 200 статей о пульсарах. В их поиски включились лучшие радиоастрономические обсерватории мира — такие, как пуэрториканская обсерватория в Аресибо, имеющая гигантский радиотелескоп диаметром около трехсот метров, американская обсерватория в Грин Бэнк и радиоастрономическая обсерватория Физического института Академии наук СССР в Пущино. Первый свой пульсар советские ученые открыли в декабре 1968 года как раз на этой обсерватории. Сейчас известно уже более ста этих необычных космических объектов.

В южном полушарии австралийские ученые из обсерватории в Молонгло также включились в эти поиски. И довольно удачно. Один из обнаруженных ими пульсаров лежал на расстоянии «всего» восьмидесяти световых лет от Земли. И хотя время «зеленых человечков» кануло в историю, австралийцы все же опять возродили его — уж очень не хотелось быть в космосе одинокими! Они заявили, что таинственные сигналы — это закодированные переговоры, которые ведут между собой другие миры, а мы их только «подслушиваем» и, к сожалению, не понимаем. Как доказательство своей правоты они приводили тот факт, что длина передаваемых волн в продолжении каждого цикла меняется. Невольно создается впечатление, что это сигналы разумных существ. Они специально меняют длину волны, чтобы их легко могли поймать приемники, настроенные на разные волны. Кроме того, мощность таких передатчиков равняется четыремстам электростанциям типа Братской, что для развитой цивилизации не так уж много.

Но, к сожалению, это была очередная фантазия.

Какие же небесные объекты могли служить такими источниками периодических радиоимпульсов? Им можно было приписать один из двух механизмов: либо они целиком раздуваются и опять сжимаются с большой скоростью, либо они похожи на маяк — на них есть радиоисточник, в поле которого иногда, как корабль в луч прожектора, попадает Земля.

Следовало отыскать космические тела, подходящие под такие условия. Ими могли быть белые карлики, нейтронные и двойные звезды (одна — темная — периодически закрывает от нас другую — яркую), массивные объекты «нового типа», то есть никому пока еще не известные и теоретически не предсказанные. Что предпочесть? Оставалось тщательно собирать сведения.

Но вот был открыт пульсар с «мерцанием» в десятые и сотые доли секунды. И сразу же из числа претендентов отпали белые карлики, так как расчеты показали, что с такой скоростью колебаться или вращаться они не могут. Были отвергнуты и двойные звезды. Дело в том, что период пульсации этих таинственных объектов незначительно увеличивается. Всего на сотые доли секунды в год, а для старых и того меньше. Но все же увеличивается. Однако у устойчивой системы из двух звезд частота следования сигналов должна быть постоянной. Если же звезды сближаются, то скорость их обращения вокруг общего центра тяжести должна увеличиваться, а следовательно, и частота радиоимпульсов возрастает. На опыте этого не наблюдалось.

Остаются неизвестные источники, о которых мы говорить не будем — к чему голые фантазии? — и нейтронные звезды.

Если Солнце или Землю раскрутить до такой скорости, с которой вращается вокруг своей оси пульсар, находящийся в Крабовидной туманности, то возникшая в них центробежная сила будет настолько велика, что разорвет их. Чтобы этого не произошло, нужны более массивные и компактные объекты, в которых сила тяготения превышала бы центробежную силу. Под такие требования подходят нейтронные звезды. Но не любые, а только намагниченные, у которых ось вращения совпадает, как и у нашей планеты, с магнитной осью.

Сейчас считается, что у пульсаров излучение узким пучком исходит из некоего «горячего пятна», прилегающего к магнитному полюсу. Такая модель получила название «карандашной». Однако другая группа ученых утверждает — излучение идет из областей, прилегающих к экватору, и распространяется узким веером. Так как из-за наклона оси вращения экватор этого космического «маяка» качается, то и получается мерцание.

Какая из версий наиболее верная, покажет время. Мы же так подробно говорили об этих новых для астрофизиков небесных телах потому, что они также являются поставщиками космических частиц и, значит, радиоуглерода.

Магнитная оболочка пульсара вращается вместе с ним. Поэтому заряженные частицы, имеющиеся в оболочке, могут ускоряться центробежной силой, возникающей при вращении звезды. Они двигаются по магнитным линиям, как по рельсам. Если частицы попадают на линии, удаляющиеся на большие расстояния от поверхности, то могут разогнаться так, что магнитное поле уже не может их удержать — и они вылетают из этой своеобразной пращи.

Благодаря большой скорости вращения пульсара и огромным магнитным полям ускоряющиеся заряженные частицы могут достигать очень высоких энергий.

Таким образом, сейчас в нашей Галактике на роль главного источника космического излучения претендуют два астрофизических объекта: сверхновые звёзды и пульсары. Нельзя пренебрегать и вкладом новых звезд. Хотя энергия их вспышки в тысячу раз меньше, чем сверхновых, зато они вспыхивают в тридцать тысяч раз чаще и поставляют частицы меньших энергий.

А нет ли еще каких-нибудь факторов, влияющих на приток к Земле космических частиц?

ГЛАВА IX

МАГНИТНЫЙ ЩИТ ЗЕМЛИ

Делая географические открытия, древние мореплаватели полагали, что компас указывает всегда на «волшебные железные горы», которые и притягивают конец стрелки к себе. В средние века капитаны втолковывали юнгам: «Магнитная стрелка, как подсолнух к Солнцу, поворачивается к Полярной звезде». «Там, где хвост Большой Медведицы, имеется магнитный камень», — говорили они. И это не удивительно, что поведение магнитной стрелки связывали с действием волшебных камней. Магнитные явления известны по крайней мере с V века до нашей эры. Некоторые камни, найденные вблизи города Магнезия (теперь Манисса) в Турции, обладали необычным свойством: они, если их свободно подвешивать, всегда ориентировались в определенном направлении. Как утверждают, по имени города Магнезии и получил свое название магнит.

За 3000 лет до наших дней появились первые компасы — небольшие кусочки намагниченного железа на пробке, плавающей в глиняном сосуде с водой. Такие примитивные приборы применяли кочевники при переходах через бескрайние пески гобийских пустынь. Причем эти компасы были настолько ценными, что их держали в специальных ящиках между горбами очень редко встречающихся белых верблюдов.

Хотя люди и использовали магниты, их свойства долго приписывали неким сверхъестественным силам. Лишь начало XVII века привело к открытию истины. В 1600 году Вильям Гильберт Колчестерский опубликовал книгу «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле», в которой обобщил результаты своих почти двадцатилетних опытов. Это был первый действительно научный труд о магнетизме.

Самый известный эксперимент был поставлен с целью объяснить магнетизм Земли. Гильберт изготовил из магнитного материала шар — тереллу (то есть землицу) — и исследовал, как этот шар будет действовать на поднесенную к нему маленькую железную стрелку. Оказалось, что она ведет себя так же, как стрелка компаса в различных точках Земли. У тереллы тоже были полюса и экватор. Все это позволило Гильберту сделать вывод, что Земля — магнит и стрелка компаса ориентируется по его силовым линиям.

Еще великий адмирал Христофор Колумб через месяц после того, как его корабли покинули Испанию, 13 сентября 1492 года, заметил, что где-то посреди Атлантического океана стрелка компаса перестала указывать на Полярную звезду и отклонилась к западу. На следующий день она отклонилась еще больше. Когда 17 сентября штурман определил азимут по Солнцу, то оказалось, что стрелка сместилась почти на пятнадцать градусов. Известие об этом вызвало среди суеверных моряков панику, которая грозила перерасти в бунт. Однако Колумб поступил весьма решительно-Он повернул шкалу компаса так, чтобы стрелка указывала прежнее направление, а команде каравеллы объяснил, что «Полярная звезда сместилась со своего места». Так мореплаватели впервые столкнулись со склонением, которое измеряется углом между направлениями на магнитный и географический полюсы; так была введена первая «поправка» на склонение. Впоследствии, чтобы можно было ориентироваться в морях и океанах, моряки стали составлять специальные таблицы и карты поправок на склонение. Ведь если допустить в прокладке курса ошибку всего в пять градусов, то, пройдя тысячу километров, судно окажется почти в ста километрах от намеченной цели!

Одну из таких карт с уникальными замерами магнитного склонения во многих морях и океанах мира привезли в подарок Гильберту его друзья — королевские пираты: Френсис Дрейк, совершивший второе после Магеллана кругосветное путешествие, и Генри Кэвендиш. На ней были нанесены лишь отдельные измерения. Первую же карту склонений составил по поручению английского адмиралтейства в 1701 году морской офицер и известный астроном Эдмонд Галлей.

Однако и эта карта была неполной, так как Галлей составил ее по измерениям, которые он произвел во время своего плавания на военном судне только в Атлантическом и Тихом океанах. А необходимость знать склонение с развитием мореходства становилась все насущнее. Поэтому и не удивительно, что многие ученые занимались сбором необходимых дачных и составлением карт. Так, например, великий политик и ученый Лейбниц писал создателю русского флота Петру I: «Если бы Ваше царское величество повелеть изволили учредить таковые наблюдения (склонения), то тем оказали бы важное пособие к усовершенствованию мореплавания в пользу всем морякам».

Михаил Васильевич Ломоносов для изучения земного магнетизма предлагал построить большое число специальных лабораторий. Он считал, что измерять магнитное поле нужно не только на море, но и на суше. Однако мечта великого русского ученого начала воплощаться лишь через шестьдесят лет. Сейчас наша страна обладает самой широкой сетью магнитных обсерваторий.

В 1576 году Роберт Норман из Лондона обратил внимание на то, что при изготовлении компасов тщательно уравновешенные стрелки при их намагничивании опускали северные концы вниз. Стрелки приходилось уравновешивать при помощи специальных подвижных грузиков. Так было открыто магнитное наклонение, определяющееся углом, на который стрелка под действием геомагнитного поля отклоняется вверх или вниз от горизонтальной плоскости. В нашем полушарии северный конец стрелки наклоняется вниз.

Норман с помощью специального прибора, получившего название инклинатора, определил наклонение в Лондоне. Оно оказалось равным 71°. Кроме того, он впервые высказал мысль, что «силы притяжения», действующие на магнитную стрелку, находятся внутри планеты, а не где-то в небе.

Очень важным было открытие несовпадения магнитных и географических полюсов Земли. Многие исследователи пытались найти «нулевую» магнитную точку. В 1831 году экспедиция английского полярного исследователя Джона Росса отыскала северный магнитный полюс, то есть точку, где магнитная стрелка устанавливалась вертикально, ее наклонение становилось равным 90°. Оказалось, что он лежит на полуострове Бутия в канадском архипелаге примерно в 1000 километров от географического полюса. А через десять лет племянник Джона Росса, Джемс Росс, достиг на берегу Антарктики южного магнитного полюса. И он не совпадал с географическим, открытым позднее, в 1911 году, норвежцем Р. Амундсеном, отстоял от него на 800 километров.

Позднее побывали на магнитных полюсах и другие путешественники и, как ни странно, регистрировали их местоположение совершенно в иных местах. Причину этого удалось выяснить позднее. Оказалось, что магнитные полюса не остаются подолгу на одном месте, а непрерывно кочуют. Вместе с ними меняется и склонение. Поэтому и приходится примерно через каждые 5-10 лет подправлять мореходные таблицы.

А сейчас немного отойдем от нашего рассказа и поговорим на первый взгляд о совершенно других вещах.

Знаете ли вы, как изготавливают кирпичи? Сначала делают форму, кладут в нее глину, затем подсохший кирпич помещают в печь для обжига. Это известно многим. Но далеко не все знают, что такая процедура обжига уже тысячи лет существует без изменения. И самое важное для нас здесь то, что кирпич всегда кладут в печи на длинное ребро. Это и позволяет нам узнать, когда он был изготовлен.

При понижении температуры в печи ниже восьмисот градусов зерна магнитных минералов, имеющихся в глине, под воздействием земного магнитного поля ориентируются по нему и слегка намагничиваются. От этого приобретает намагниченность и сам кирпич. Он «записывает» в себе величину и наклонение поля. И если удается где-нибудь отыскать древнюю заброшенную печь с оставленными в ней кирпичами, то удается определить и склонение. Ведь ни печь, ни кирпичи в ней никто не двигал, не перемещал, и они сохранили свое первоначальное положение.

Советский ученый С. П. Бурлацкая изучала на Кавказе древние поселения. Исследуя намагниченность обожженных в печах глиняных изделий (а время их обжига можно было установить по археологическим данным), она заметила, что напряженность геомагнитного поля за последние 5–6 тысяч лет изменилась. От наших дней в глубь веков она плавно нарастала и становилась максимальной где-то в начале нашей эры, а затем вновь уменьшалась. Причем значительно — в два раза по отношению к нынешней. Если мы будем уходить еще глубже по лестнице веков, то напряженность опять начнет расти. Таким образом, напряженность магнитного поля Земли со временем периодически меняется. Как полагают ученые, период изменения поля составляет около 10 000 лет.

Но изменялась не только эта составляющая магнитного поля. Вело себя странно и наклонение магнитной стрелки. Если подвешенная стрелка в III веке устанавливалась под углом в 20° к горизонту, то через 500 лет ее конец был направлен уже на 65° вниз. Таким образом, и наклонение меняет свою величину, но с другим периодом — около 1000 лет. И для разных мест по-разному. Так, для Лондона оно было максимальным в 1700 году, а для Японии — в 1200

году. Это явление тоже связано с тем, что магнитный полюс колеблется вокруг географического. Как вычислили ученые, в последний раз магнитная стрелка точно указывала на Северный полюс в 1663 году. С1928 по 1948 годы южный магнитный полюс сместился на 150 километров. Но какое бы положение ни занимал магнитный полюс, за достаточно большой промежуток времени его усредненным положением будет географический полюс. Они взаимосвязаны. И в этом ничего удивительного нет, ведь магнитное поле обязано своим существованием вращению планеты.

Однако археологические методы не позволяют заглянуть далеко в прошлое. И здесь ученым помогает другой метод, разработанный японским физиком Т. Нагата.

Несколько десятков лет назад было обнаружено, что многие горные породы, из которых состоит земная кора, тоже обладают остаточным магнетизмом. Его возникновение относится к тем временам, когда эти породы, извергаясь из земных недр, находились в раскаленном состоянии. При остывании, как у кирпичей в печах для обжига, в них «записывалось» магнитное поле Земли, существовавшее в те далекие времена.

Хранят записи о магнитном поле и осадочные породы. Когда зерна магнитных пород оседают на дно океанов и морей, они, подобно малюсеньким магнитным стрелкам, ориентируются по существующему в данном месте и в данный момент геомагнитному полю. Масса таких «магнитиков» и создавала остаточную намагниченность.

Если изучать магнитные свойства геологического разреза горных пород или колонки грунта, взятой со дна океана, то можно проследить за изменением магнитного поля в очень далекие времена.

Человек изобрел компас более трех тысяч лет назад. И с тех пор стрелка показывает всегда в одну сторону — на северный полюс. Это направление геофизики называют «прямым», или «нормальным». Однако в начале тридцатых годов были обнаружены образцы пород с обратной намагниченностью. Впрочем, в то время на это явление мало кто обратил внимание. А зря, так как со временем это стало сенсационным открытием. Вскоре физики нашли, что в лабораторных условиях, с помощью специальных катушек, по которым течет ток, можно скомпенсировать магнитное поле Земли и получить ненамагниченные образцы. Можно и перемагнитить их. Вот тогда-то и вспомнили о забытом открытии. Ученые решили, что образцы с ненормальным направлением почему-то перемагничиваются самостоятельно.

Геофизик И. Хосперс, изучая напластования застывших лав на склонах вулканов в Исландии, заметил, что поток горячей лавы, обжигая на своем пути горные породы, перемагничивает их и заставляет «забыть» данные о старом магнитном поле. Отсюда Хосперс сделал вывод, что самообращения не происходит, его вызывают внешние причины.

Сейчас уже считается доказанным, что в истории Земли неоднократно происходили обращения поля — инверсии, когда полюса менялись местами: северный становился южным, и наоборот. Это подтвердилось при изучении чередующихся слоев осадочных пород и лав. И везде последовательность слоев была одинакова. Причем в некоторых геологических периодах было по нескольку таких инверсий.

Первые изменения полярности полюсов находят еще в кембрийских и силурийских отложениях — 300–400 миллионов лет назад. Тогда инверсии происходили через десятки миллионов лет. В каменноугольный период, когда на суше был расцвет растительной жизни, инверсии происходили раз в несколько миллионов лет. Причем в этот период преобладала обратная полярность. Чем ближе к нашим дням, тем «прогулки» полюсов становятся чаще. Не менее девяти раз менялись они местами в плиоцен — последнюю эпоху третичного периода истории Земли, длившейся пять миллионов лет. Последняя инверсия отмечена 500–800 тысяч лет назад.

Итак, факт, что полюса могут меняться местами, стал общепринятым. Теперь перед учеными встал другой вопрос: а что происходит в момент инверсии? Не исчезает ли геомагнитное поле полностью, не становится ли оно «нулевым»? Пока еще никто не может дать ответ на этот вопрос. Единого мнения нет.

А как влияет исчезновение магнитного поля на саму Землю?

В ноябре 1970 года на конференции Геологического общества Америки доктор Джеймс Д. Хейс сообщил о том, что, изучая колонки донного грунта, взятые в различных районах Мирового океана, он обнаружил исчезновение за последние два с половиной миллиона лет восьми видов живущих во всех океанах одноклеточных морских организмов — радиолярий. Шесть из них вымерли одновременно и повсеместно. И это не было случайностью, заявляет Хейс, так как их гибель произошла немедленно вслед за переменой направления магнитного поля. Такие перемагничивания способны влиять на живые организмы, не только уничтожая некоторые их виды, они способны и порождать новые. Так, Хейс указывает, что именно в эти периоды появились некоторые виды водорослей и простейших организмов.

Эта загадка поставила в тупик многих исследователей. И неудивительно. Действительно, почему около восьмидесяти миллионов лет назад вымерли динозавры? Эти чудовища около ста пятидесяти миллионов лет хозяйничали на Земле. Их господству, казалось бы, не будет конца. И вдруг произошло неожиданное. На протяжении очень короткого исторического срока эти чудовищные рептилии полностью вымерли, уступили свое место млекопитающим.

Какая же сила уничтожила ящеров? Борьба за существование? Но кто был страшен этим гигантам? Маловероятно, чтобы одни группы ящеров вели беспощадную войну на полное уничтожение с другими.

Что случилось в тот далекий период? Ведь тогда вымерли не только динозавры. Примерно в то же время произошли не менее резкие изменения и в растительном мире. В начале мелового периода наивысшего расцвета достигли так называемые голосемянные растения, потомков которых вы хорошо знаете — это хвойные представители наших лесов. Так вот, когда на ящеров напал страшный мор, необычайно буйный рост переживали покрытосемянные. Земля оделась лиственными лесами.

Не так давно советские ученые И. С. Шкловский и В. И. Красовский высказали предположение, что динозавров погубил взрыв близкой к Земле сверхновой. Как мы уже говорили, такие космические катастрофы сопровождаются значительным увеличением космических лучей у нашей планеты. Усиленное облучение подействовало на генетический аппарат динозавров, в результате чего у этих рептилий возникли новые качества, приведшие к появлению нежизнеспособного потомства.

Однако вычисления показали, что увеличения излучения, которое сопровождает взрыв сверхновой, явно недостаточно для того, чтобы вызвать рождение динозавров-уродцев.

А что, если их погубила не взорвавшаяся сверхновая, а уменьшение магнитного поля Земли, ведь исчезновение динозавров приходится как раз на период очередной инверсии?

«Земля имеет особое положение, потому что она защищена магнитным полем, которое, как некая броня, не пропускает заряженные частицы к Земле, а у Луны этого нет. Подобной «защиты», между прочим, нет и у Марса и Венеры. Земля занимает особое положение — это «бронированная» планета». Эти слова принадлежат академику М. В. Келдышу. Но в период инверсий, когда магнитный щит планеты исчезает, космические частицы начинают бомбардировать ее поверхность. Земля перестает быть «привилегированной» планетой. Все живое становится беззащитным перед ливнем космических частиц, способных вызвать мутации, привести к гибели некоторых видов животных, в частности — динозавров.

Сторонники этой гипотезы идут даже еще дальше. Они считают, что и процесс появления гомо сапиенс — человека разумного, по быстроте эволюции сравнимый только со взрывом, связан тоже по времени со сменой полярности полюсов. Выходит, и своим появлением наш далекий предок обязан тоже магнитному полю.

Раз изменение геомагнитного поля так влияет на все живое на нашей планете, мы должны детально его изучить. А для этого надо искать новые и новые факты, рассказывающие об изменениях магнитного щита Земли. И здесь нам опять может помочь радиоуглерод.

В период уменьшения геомагнитного поля все большее число космических частиц достигает поверхности Земли, увеличивается количество углерода-14 в живых организмах и растениях, в том числе и в деревьях. Значит, они могут поведать нам об изменении геомагнитного поля.

В 1964 году в Японии провели точное измерение радиоуглерода в годичных кольцах старой криптомерии, возраст которой был 1800 лет. Полученные данные говорили, что распространенность этого изотопа углерода 2000 лет назад была ниже современной. А раз так, то возраст образцов, полученный стандартным радиоуглеродным методом, должен получаться больше истинного. Об этом нужно тоже помнить при измерениях и вводить поправку.

Таким образом, не только взрывы сверхновых, но и магнитное поле Земли влияет на количество радиоуглерода.

ГЛАВА X

И НА СОЛНЦЕ ЕСТЬ ПЯТНА

«Взирая на Солнце, прищурь глаза свои, и ты смело разглядишь на нем пятна», — советует Козьма Прутков. Однако его совет годится не всегда. Иногда лик Солнца чист и ясен. Зато в другое время он действительно покрывается странными «веснушками». С давних пор естествоиспытатели пытались найти им объяснения. Например, предполагали, что это планеты или пары, проходящие между Землей и Солнцем. Один из наиболее выдающихся астрономов своего времени Кеплер объявил пятно, которое он наблюдал в мае 1607 года, не чем иным, как планетой Меркурий, проходящей по диску Солнца.

Все изменилось с появлением увеличительной трубы, позволяющей «сделать далекие предметы близкими». Через пять лет после заявления Кеплера сразу трое ученых — голландец Иоганн Гольдшмидт, известный более под именем Фабрициуса; итальянец, профессор Падуанского университета Галилео Галилей и англичанин Гарриот — независимо друг от друга открыли на Солнце темные пятна. В эти годы Галилей писал: «Пятна — реальные образования на поверхности Солнца, где они непрерывно возникают, а затем исчезают, одни за более короткий, иные за более длинный промежуток времени».

Это была сенсация. Божественное, чистое, сияющее Солнце имело дефекты! И об этом Галилей заявил во всеуслышание. Он даже подсчитал, полагая, что пятна вращаются вместе с Солнцем, время обращения нашего светила вокруг своей оси — 27 дней. Галилей отметил также, что пятна часто объединяются в группы и существуют лишь в двух сравнительно узких зонах, прилегающих к экватору.

Что такое пятна, никто не знал. Сам Галилей принимал их за солнечные облака, плавающие в его атмосфере. Другой астроном, Доменико Кассини, считал, что это горные вершины темного солнечного ядра, которые появляются во время волнения над океаном света.

Как-то великий ученый Блез Паскаль сказал: «Не важно, что ищешь, важно, что находишь». Это высказывание может быть великолепной иллюстрацией к истории скромного аптекаря из немецкого города Десау Генриха Швабе, жившего в начале прошлого века.

Увлечением Швабе («хобби», как теперь говорят) была астрономия. Аптекарь был тщеславен. Он мечтал обессмертить свое имя, открыв новую планету. Но где отыскать ее? Мощного телескопа, чтобы заглянуть за известные в те годы планеты, у него не было, и он решил исследовать пространство между Солнцем и Меркурием. Если там кроме Меркурия есть еще одно небесное тело, то оно должно заслонять собой яркие участки Солнца и с Земли будет видно как темное пятно на ярком лике светила.

Швабе был чрезвычайно трудолюбив и каждый солнечный день год за годом с бесконечным терпением рисовал непрерывно меняющуюся картину пятен, пытаясь найти тень от неизвестной планеты. Публикуя результаты своих наблюдений, он заметил, что количество пятен — этот пульс Солнца — колеблется с периодом 10–11 лет.

Сначала на это открытие никто не обратил внимания. Его просто игнорировали, так как считали полученные данные случайными и подозрительными. Но вот в 1853 году, через восемь лет после выхода в свет работы Швабе, великий естествоиспытатель Александр Гумбольдт помещает эти наблюдения в третий том своего обширного труда «Космос». Оказывается, есть явления, которые более двухсот лет ускользали от исследователей Солнца. Имя Генриха Швабе прославлено на века. Его титанический труд отмечен золотой медалью Британского Королевского общества. Хотя открыть новую планету так и не удалось, но цель достигнута — имя скромного аптекаря вошло в историю астрономии!

Однако следует оговориться, что солнечный цикл только называется одиннадцатилетним. Он далеко не постоянен. То в нем семь лет, то он затягивается на шестнадцать. Хотя его средняя продолжительность действительно одиннадцать лет. Последний раз Солнце достигло наивысшей активности в 1969 году. Следовательно, максимальной активности нашего светила можно ожидать около 1980 года.

Исследователи XX века изучали уже само строение пятен и пытались разрешить загадку о физических условиях в них. Оказалось, что пятна, несмотря на то, что кажутся черными, очень горячие. Их температура около четырех тысяч градусов. Это намного больше, чем в горниле самой горячей печи на Земле. Темными же пятна выглядят оттого, что мы их видим рядом с более горячей частью Солнца, нагретой на две тысячи градусов выше. Таким образом, пятно — это охлажденное солнечное вещество, так сказать, оазис на поверхности сверхжаркой солнечной пустыни.

Края пятен обычно взлохмачены и закручены темными «прядями». Американский ученый Дж. Ф. Хейл, изучающий вихри солнечного вещества, сделал смелое предположение, что в районе пятен должно возникать магнитное поле. Ход его рассуждений был несложен. При высоких температурах, таких, какие царят на нашем дневном светиле, атомы солнечного вещества не могут удерживать возле себя свои электроны. Они отрываются, образуя вместо атомов заряженные ионы. Но движение заряженных частиц всегда сопровождается образованием электрических и магнитных полей. К сожалению, это были только домыслы. А как их проверить?

Подтвердить гипотезу помог обнаруженный голландским физиком Питером Зееманом эффект расщепления на несколько составляющих спектральных линий вещества, помещенного в магнитное поле. Просмотрев спектрограммы покрытых пятнами участков Солнца, Хейл увидел то, что ожидал — спектральные линии были нечеткими, дробились. По степени расщепления линий удалось определить и напряженность поля в районе пятен. Она была в тысячу раз больше напряженности земного магнетизма у полюсов.

Но если пятна не все время существуют на Солнце, то как же они образуются?

В годы спокойного Солнца его поверхность выглядит зернистой. Она словно вымощена булыжником. Но вот в этой мелкозернистой структуре появляются маленькие черные точки — так называемые «поры», имеющие в поперечнике «всего-навсего» около 2000 километров! Проходит несколько дней — и эти «веснушки» превращаются в большие темные образования — полноправные пятна.

На поверхности Солнца эти пятна кажутся дырками глубиной в 600–800 километров. Зачастую они бывают такими большими, что в них можно закинуть, как простой мячик, нашу Землю. Иногда образуются пятна-исполины. Так, в апреле 1947 года на Солнце наблюдалось большое пятно — оно имело в длину около 250 тысяч километров, а площадь его была больше поверхности земного шара в 350 раз.

Пятно живет всего несколько часов, но бывает и так, что оно разрастается и не исчезает на протяжении нескольких недель или даже месяцев. Чем пятно больше, тем и живет дольше.

Но пятна еще не самое красивое зрелище. То ли дело — возникающие в период частого появления солнечных пятен протуберанцы — огромные огненно-красные выбросы солнечного вещества, причудливыми языками взметнувшиеся на высоту в сотни тысяч километров! Слово «протуберанец» происходит от латинского «proturbero» — «вздуваюсь» — и очень хорошо отражает действительность, так как выбросы своей формой зачастую могут удивлять и видавшего виды ученого. То это фонтан, то струя, арка, петля. То они перемещаются и изменяются, то неделями, как облака или столбы дыма, висят над одним и тем же местом. 4 июня 1946 года один из протуберанцев стремительно взметнулся над поверхностью Солнца и достиг рекордной высоты — 1 680 000 километров. Действительно, гигантский выброс!

Неспокойны и верхние, видимые нами слои Солнца. В них время от времени происходят наиболее бурные процессы из наблюдаемых на светиле — гигантские вспышки, перед которыми меркнут и факелы и протуберанцы. За 10–15 минут яркость вспышки достигает максимума, после чего следует медленное затухание. Вспышка — это колоссальное, длящееся около часа, извержение; это термоядерный взрыв, возникающий благодаря сжатию магнитных полей и разогреву солнечного вещества. Энергия таких вспышек эквивалентна взрывам тысяч, а иногда и миллионов водородных бомб. Ее хватило бы для того, чтобы растопить все льды Арктики и Антарктики.

Как же живет Солнце? Его лик бывает чист всего год, от силы — два. Вскоре после минимума активности на небольшом расстоянии от экватора, в так называемых «королевских зонах», возникают пятна. Их число растет, они появляются все ближе к экватору, объединяются в группы, причем иногда в них входит до сотни пятен различных размеров. Такой «отряд» может занимать значительную часть солнечного диска и различим даже невооруженным глазом. Затем появляются протуберанцы. Через 3–4 года число различных образований на Солнце становится особенно большим. Постепенно активность Солнца начинает падать: число пятен уменьшается. Наконец и последние из них исчезают. Наступает короткая передышка. Цикл закончен.

Однако часто бывает так: еще не успевают сойти старые пятна, как уже появляются новые. Таким образом, циклы не разделяются так четко, как день и ночь, — они могут накладываться друг на друга.

Сейчас ученые полагают, что помимо одиннадцатилетнего цикла еще существует так называемый вековой. Трудно сказать, сколько он длится, так как данных для его точного определения еще не хватает. Полагают, что он равен девяноста четырем годам.

И это не все. Иерархия солнечных циклов не оканчивается вековым. Геологи, палеоклиматологи, геофизики, восстанавливая картины далекого прошлого, заметили, что Земле за время существования пришлось многое пережить. Она то страдала от засух, то покрывалась водой. По следам ледников был обнаружен цикл в 1800 лет, а по климату далеких эпох — даже в миллионы лет.

Солнечные ритмы различны по продолжительности. На крупные волны протяженных циклов накладывается рябь более мелких. Они наслаиваются, взаимодействуют друг с другом и тем самым запутывают исследователей. Получается весьма сложное нагромождение, что, конечно, затрудняет изучение циклов. И все же деятельность Солнца приходится внимательно изучать. Ведь с каждой вспышкой наше светило выбрасывает в космос потоки частиц высокой энергии, ультрафиолетового и рентгеновского излучения.

Но доходят ли они до Земли? Если доходят, то должны вызывать появление радиоуглерода в атмосфере. Причем его количество будет изменяться в такт солнечным циклам: в активный период жизни Солнца его будет образовываться больше, в спокойный — меньше. На этот постоянно меняющийся уровень углерода-14 должен накладываться еще и фон от продолжительных циклов. И если мы хотим точно датировать археологические находки, мы должны учитывать состояние Солнца — спокойно оно или активно — во все времена, учитывать количество испускаемых им космических частиц.

Само исследование радиоуглерода в годичных кольцах деревьев тоже необычайно важно и интересно, так как может рассказать нам многое о жизни нашего светила, причем о жизни в далеком прошлом, о котором нам не может рассказать ни один письменный памятник старины.

Остается узнать, доходят ли солнечные космические частицы до нас.

ГЛАВА XI

ВЕТЕР, ДУЮЩИЙ С СОЛНЦА

К полному солнечному затмению астрономы всего мира начинают готовиться заблаговременно — за несколько лет. Они создают новые приборы, готовят дорогостоящие экспедиции. Ученые не считаются ни с какими трудностями, лишь бы на несколько минут увидеть атмосферу сверкающего гиганта — солнечную корону, проследить за перемещением грандиозных огненных языков, исторгаемых Солнцем. Но зачем? Ведь, казалось бы, почти все о Солнце уже известно? Почти все. Вот это-то «почти» и гонит исследователей в далекие путешествия, иногда на противоположное полушарие Земли, лишь бы увидеть, как Луна полностью закрывает лик светила.

Уже давно было замечено, что форма короны и ее протяженность меняются. В годы спокойного Солнца корона наподобие крыльев вытягивается вдоль его экватора. (Не поэтому ли у древних египтян и появился священный символ — «крылатое солнце»?) В остальное же время корона имеет «растрепанный» вид; во все стороны от Солнца тянутся искривленные конусообразные лучи.

Поражает грандиозность короны. Если толщина земной атмосферной рубашки равна всего одной шестнадцатой радиуса нашей планеты, то видимая глазом корона простирается на 4–5 солнечных диаметров. Но ведь сила притяжения нашего светила значительно больше, чем Земли, и, следовательно, его атмосфера должна быть более сжатой. На деле оказывается не так. Отчего? Может, на этом огнедышащем гиганте все иначе, и он живет по своим собственным законам?

Раньше считалось, что солнечная корона — это нечто вроде пара над кипящим Солнцем. Однако в этом представлении было одно «но». Дело в том, что ядра гелия — одного из компонентов солнечного вещества — довольно тяжелые и, по расчетам, не могут быть выброшены с поверхности простым «испарением». И тем не менее, эти частицы в короне есть. Значит, чтобы объяснить их присутствие, нужны иные модели короны. Прежде всего следует выяснить, как же происходит разогрев атмосферы Солнца.

В короне протекают сложные процессы, приводящие к возникновению магнитогидродинамических волн. Кроме того, из-за мощных перемещений солнечного вещества, лежащего ниже видимой поверхности светила, возникают акустические волны. Вот эти-то волны и передают часть своей энергии окружающему газу, нагревая его. Такой процесс, как отмечает один из американских астрофизиков, напоминает действие мальчишки, который трением друг о друга зажигает две деревянные палочки. «Ведь это нас не удивляет, — говорит он, — хотя собственная температура мальчишки вряд ли более тридцати семи градусов».

То, что солнечные частицы могут нагреваться до высоких температур, приводило к интересной догадке: сильно разогнавшиеся частицы могут преодолевать притяжение Солнца и улетать от него на большие расстояния.

О том, что солнечные частицы могут покидать корону, говорил и другой факт. Астрономы уже давно отметили — хвосты комет всегда направлены в сторону от нашего светила. Но почему? Сначала решили, что виновато световое давление, которое отталкивает крайне разреженное вещество комет. Однако расчеты показали, что этого давления совершенно недостаточно. Оставались необъясненными и другие явления, происходящие в кометах, — например, внезапное усиление свечения газов, находящихся в кометных хвостах.

Чтобы понять странности комет, следует предположить, что вместе со световыми частицами от Солнца идут и другие: протоны, альфа-частицы, электроны. И покидают они Солнце не эпизодически, не только во время появления на нем пятен или вспышек, а постоянно. Иначе хвосты отклонялись бы от Солнца только время от времени, следуя за увеличением его активности. А вспышки? Они связаны с увеличением потоков частиц при возрастании солнечной активности.

К этому времени в научной литературе всплыл еще один интересный факт. Правда, он относился не к Солнцу, а к нашей планете — Земле. Оказалось, что с увеличением высоты над ее поверхностью атмосфера не только не охлаждается, но даже нагревается.

Этот парадокс очень заинтересовал американского ученого, сотрудника высокогорной обсерватории в Боулдере, Сиднея Чепмена. А не может ли солнечная корона нагревать внешние слои атмосферы? Из общей теории он знал: разреженный ионизированный газ при высокой температуре должен проводить тепло. Это означало, что при температуре короны в миллион градусов между Солнцем и нашей планетой должен существовать большой тепловой поток. Если корона простирается до земной орбиты, то ее температура, даже на столь отдаленном расстоянии от светила, по расчетам Чепмена, должна быть около двухсот тысяч градусов.

Но может ли корона простираться до Земли?

Для вычислений Чепмен использовал барометрический закон: атмосфера будет устойчивой, если на любой высоте давление достаточно, чтобы поддерживать вес вышележащей части атмосферы. Исходя из примерной плотности короны вблизи Солнца он определил ее плотность у Земли. Она оказалась не такой уж ничтожно малой — где-то между 100 и 1000 атомов водорода в каждом кубическом сантиметре. Иными словами, корона заполняет пространство от Солнца до Земли.

Это было поразительное открытие. Получалось, что мы — жители солнечной короны! Но это же чрезвычайно важный для нас, людей Земли, факт! Ведь тогда становится очевидным тот мост, который соединяет Солнце с Землей. Уже давно было известно, что стоит только «разгневаться» нашему светилу и усилить свою активность (покрыться пятнами, вспышками, протуберанцами), как это сразу же сказывается на Земле. Нарушается радиосвязь, вспыхивают занавесы полярных сияний, увеличивается число дорожных аварий и сердечно-сосудистых заболеваний. Каждый вздох огненного гиганта передается нам, раз мы обитаем в его короне.

Межпланетная среда практически не оказывает сопротивления солнечным частицам — солнечному ветру, как называют сейчас этот поток. За пять дней частицы проходят около миллиона километров. Солнечный ветер, покинувший основание короны в воскресенье, дойдет до нас во вторник на следующей неделе. А двумя неделями позже он может достигнуть Юпитера.

В конце сороковых годов американский астроном Скотт Е. Форбуш, измеряя интенсивность космических лучей, достигавших Земли, обнаружил довольно странное явление. В годы высокой солнечной активности она сокращалась, как минимум, наполовину. Это было непонятно. Ведь Солнце само является поставщиком космических лучей. И казалось совершенно естественным, что при увеличении его активности поток частиц, достигающих Земли, должен возрастать.

Вот тут-то и появился на сцене шведский физик Ганнес Альфвен, создатель магнитогидродинамической теории, удостоенный впоследствии Нобелевской премии. Он высказал предположение, что движущийся от Солнца ионизированный газ должен нести с собой магнитное поле. Этот-то поток и выдувает из межпланетного пространства галактические космические частицы, и эффект тем сильнее, чем больше «сердится» Солнце, чем интенсивнее идут на нем активные процессы.

После очередного спада активности возрастание интенсивности космических лучей происходит с запозданием на полгода. По запаздыванию, оказывается, можно вычислить границу, которой достигает солнечный ветер. Как волне от брошенного в пруд камня нужно время, чтобы дойти до берега, так и галактические частицы после того, как перестала действовать «солнечная метла», доберутся до нашей планеты не мгновенно, а с некоторым запозданием. А так как скорость солнечного ветра известна, то простой расчет показывает, что его дуновение еще чувствуется на расстоянии в 40–45 астрономических единиц, то есть он затухает где-то у конца Солнечной системы — возле Плутона.

Измерения с космических аппаратов и искусственных спутников Земли с вытянутой орбитой, выходящей за пределы магнитосферы нашей планеты, показали, что здесь солнечный ветер дует со средней скоростью 300–500 километров в секунду. При увеличении активности Солнца увеличивается и скорость ветра. Была установлена и его плотность у Земли. Оказалось, что частицы в солнечном ветре разделены даже по земным понятиям большими расстояниями — в несколько миллиметров. В годы спокойного Солнца в одном кубическом сантиметре насчитывается едва ли 5–6 таких частиц.

Солнечный ветер, несмотря на то, что кажется слабым, может воздействовать на искусственные спутники Земли. Правда, тяжелым спутникам он не страшен. Зато большой, но легкий спутник «Эхо-1» был просто вытолкнут солнечным ветром с расчетной орбиты. Поэтому и не удивительно, что во многих странах мира конструируются «межпланетные яхты» — космические корабли, оснащенные «солнечными парусами» — этими простейшими и наиболее дешевыми из движителей. Так как в космосе практически нет среды, препятствующей движению, то даже слабого солнечного ветра хватит на то, чтобы разогнать космические яхты до больших скоростей, перенести космонавтов с одной планеты на другую. Солнечные паруса пригодны и для других работ: стабилизации спутников на орбите, перевода их с одной орбиты на другую, транспортировки грузов на космических парусниках.

Мы уже говорили, что при вспышке Солнце выбрасывает частицы вещества, главным образом протоны. В эти периоды солнечный ветер превращается в ураган, который дует со скоростью до 1000–2000 километров в секунду. Естественно, такой шторм будет сильно влиять на движение космических парусников, поэтому, составляя для них «график следования», необходимо знать и прогнозы солнечной деятельности.

Заряженные частицы солнечного ветра, достигая окрестностей Земли, взаимодействуют с магнитным полем. В 1957 году греческий физик-любитель Николай Христофилос выступил с сообщением, что заряженные частицы должны отклоняться магнитными силовыми линиями так, что будут двигаться по спирали вокруг них от северного магнитного полюса к южному и обратно. Из-за этого далеко за пределами атмосферы образуется область повышенной плотности заряженных частиц. Эта область должна напоминать бублик.

Сначала к этому сообщению отнеслись скептически. По-видимому, это было связано с тем что Христофилос был любителем. И все же его предсказания сбылись. В 1957 году советские физики С. Н. Вернов и А. Е. Чудаков обнаружили зону повышенной интенсивности космических частиц в области высоких широт. В это же время американский ученый Джеймс Альфред Ван-Аллен открывает такую же зону близ экватора. Последующими работами советских и американских ученых удалось установить существование поясов радиации вокруг Земли.

Под действием солнечного ветра эта область приобретает каплевидную форму: в направлении к Солнцу образуется закругление, а с противоположной стороны — длинный хвост. В зависимости от активности Солнца радиационные пояса меняют свою форму, и знать эти изменения, особенно сейчас, с выходом человека в космос, очень важно. Но об этом мы поговорим в следующей главе. А теперь вернемся к радиоуглероду.

Мы выяснили, что солнечный ветер достигает нашей планеты. Не будем касаться тех многих и сложных эффектов, которые возникают при взаимодействии этого потока солнечных космических частиц с атмосферой. Нам достаточно знать, что в процессе такого взаимодействия получается углерод-14. А раз так, то радиоуглеродный метод и дендрохронология позволяют заглянуть в прошлое Солнца (необычайно важный вывод для ученых, занимающихся физикой Солнца). Зная частоту возникновения крупных вспышек, можно судить о том, было ли Солнце более активным в давние времена, или оно еще «разгорается». А определение количества радиоуглерода в максимумы активности светила или в периоды сильных вспышек позволяет вычислить энергию, выделенную Солнцем в эти периоды. Это дает ученым возможность судить о том, верны ли наши представления о светиле, об активных процессах, происходящих на нем.

ГЛАВА XII

КОГДА ЛЕТЕТЬ В КОСМОС?

Рейс космического корабля «Союз-14» начался при совершенно благоприятной обстановке, причем какие-либо перемены в ней были маловероятны, ведь Солнце переживало спокойный период. Однако 4 июля, когда «Союз-14» шел на сближение с орбитальной станцией «Салют-3», на Солнце произошло несколько вспышек. Причем одна из них была мощностью более двух баллов. Если учесть, что существующая максимальная оценка вспышки три балла, то станет ясно, насколько серьезной стала радиационная обстановка. «Не исключено вторжение солнечных протонов…» — говорили телеграммы, приходящие в Центр управления полетом.

6 и 8 июля были зарегистрированы еще по две сильные вспышки.

В эти дни службы радиационного дозора работали круглосуточно. Такая сложная обстановка во время полета космонавтов сложилась впервые. Уровень радиации по телеметрическим каналам постоянно контролировался приборами, установленными на борту станции. Эти данные сопоставлялись с показателями портативных индивидуальных дозиметров космонавтов. Кроме того, контроль осуществлялся как с помощью наблюдений со спутников, так и с помощью наземных станций, включающих оптические, радио и другие средства наблюдения солнечной активности и радиационной обстановки. Все эти меры должны были исключить даже малую вероятность облучения экипажа. Хотя уровень радиации и возрос в несколько раз и превысил обычный космический фон, он оставался намного ниже допустимой нормы. Но положение могло измениться. Солнце могло разбушеваться еще больше. К счастью, этого не случилось. Начиная с 9 июля оно успокоилось.

…Пока искусственные спутники Земли не открыли новой эры, казалось маловероятным, что космическая радиация будет хоть сколько-нибудь опасна для исследователей космического пространства. Тогда еще ничего не было известно ни о радиационных поясах Земли, ни о протонном излучении, сопровождающем мощные солнечные вспышки, ни о солнечном ветре. Теперь наши знания существенно изменились, и обеспечением безопасности космических полетов заняты ученые многих специальностей. Это медики и биологи, астрофизики и инженеры. Особенно важно знать: а когда же безопаснее всего лететь в космос?

…На это явление обратили внимание во время полета космического корабля «Аполлон-11». Космонавт Эдвин Олдрин пожаловался своим товарищам по полету, что у него в глазах сверкают световые точки. Причем даже тогда, когда он зажмуривается. Но это заявление не удивило его коллег. И Нейл Армстронг, первый человек, ступивший на поверхность Луны, и космонавт Майкл Коллинз тоже наблюдали «искры в глазах». Видели вспышки и экипажи лунных кораблей «Аполлон-12» и «Аполлон-13». Однако раньше их никто не наблюдал. Как отметил американский космонавт Чарльз Конрад, также совершивший полет на Луну, «вспышки были настолько яркими, что я не мог бы не обратить на них внимания во время полета на кораблях «Джемини-5» и «Джемини-11». Другой космонавт, Джеймс Ловелл, также утверждает, что он видел «молнии > во время полета на Луну «Аполлона 13», но при орбитальном полете «Аполлона-8» не видел их. Отчего?

Ответ напрашивался сам собой: до путешествия «Аполлона-11» во время всех полетов огни в кабинах космических кораблей были всегда включены. Да и сами космонавты постоянно вели беседы с Землей. Поэтому во время первых рейсов не было ни привыкания к темноте, ни периодов долгого покоя. В рабочей суете никто просто не замечал этих вспышек.

Из советских космонавтов вспышки видел только один Н. Н. Рукавишников во время полета на борту космического корабля «Союз-10». Во время отдыха он находился в затемненном отсеке и вдруг, хотя глаза были плотно закрыты, увидел светлые точки. Сначала космонавт принял их за сигналы табло, которые просвечивали сквозь веки. Но табло горело ровно и не настолько ярко, чтобы его можно было увидеть, и, значит, причиной увиденных вспышек быть не могло.

Почему же возникают такие вспышки? Оказывается, виноваты в этом космические лучи.

Вот передо мной один из журналов за 1964 год. В нем маленькая заметка с довольно оригинальным названием: «Видны ли космические лучи?». Кажется, бессмысленный заголовок. Любой человек даст на такой вопрос отрицательный ответ или посмеется над спрашивающим. Ведь если бы их можно было видеть, зачем тогда создавать сложные регистрирующие приборы? И все же не торопитесь с выводами.

За несколько лет до полета «Аполлона-11» профессор Калифорнийского университета Корнелий Тобайес, изучая радиационную опасность при космических полетах, сделал вывод, что космонавты должны видеть вспышки от проходящих через глазное яблоко частиц. Для проверки своего предположения он отправился в Беркли на мощный ускоритель ядерных частиц — протонный синхротрон. Ему вызвались помочь физик, лауреат Нобелевской премии Е. М. Макмиллан и космонавт Ф. Чапмен. Все трое подставили головы под поток быстрых частиц — ионов азота. Дозы облучения строго контролировались и были, конечно, ниже предельно допустимых норм. Сначала они ничего не заметили, и лишь повертев головами, увидели вспышки. Маленькие искры сверкали лишь тогда, когда пучок частиц проходил через сетчатку глаза. Такие опыты были проделаны и на пучках нейтронов и альфа-частиц. И здесь наблюдался тот же эффект.

Казалось бы, все ясно. Вспышки, которые видели космонавты во время полетов к Луне, возникали тоже за счет тяжелых частиц, входящих в состав космических лучей. Эти приходящие из глубин Галактики частицы обладают настолько большой энергией, что способны без задержки проходить через защитные экраны толщиной в десятки сантиметров. И предотвратить их проникновение внутрь космических кораблей пока практически невозможно.

При полете корабля «Аполлон-16» проводилось два сеанса наблюдения космических частиц: на пути к Луне и при обратном путешествии. Во время первого сеанса космонавт Чарльз Дьюк надевал специальное приспособление с фотоэмульсией для регистрации проникающих частиц. Джон Янг наблюдал вспышки, надев светозащитные очки, а Кен Маттингли записывал наблюдения своих товарищей. Вспышки появлялись нерегулярно: в среднем Дьюк наблюдал вспышку за 1,3 минуты, Янг — за 3,6 минуты. Во время второго сеанса, который длился 32 минуты, все трое надели светозащитные очки. Дьюк отметил 15 вспышек, Янг — 7, а Маттингли не видел ни одной — он был первым космонавтом, не видевшим вспышек на этой трассе.

Почему же такая разница в показаниях? Вероятнее всего, это связано с тем, что оборудование и приборы космического корабля частично поглощают излучение, создавая неравномерное поле облучения.

Но так ли безопасны попадания этих «космических пуль» в живые ткани организма? Ответ на эти вопросы дали шлемы, космонавтов — участников полета к Луне в 1968 году на корабле «Аполлон-8», а также тех, кто в 1969 году высадился на ее поверхность («Аполлон-12»). Вернее, не сами шлемы а особые пластиковые оболочки, нанесенные на них. Эти оболочки были сделаны из лексана — материала, который по своей реакции на воздействие космических частиц схож с тканями человеческого организма. Таким образом, шлемы были своеобразными детекторами тяжелых частиц.

Проходя через плотное вещество, космические частицы оставляют след. Они смещают атомы вещества, разрывают между ними связи. Все эти нарушения в лексане можно проявить при помощи особой обработки и по ним определить уровень радиационной опасности во время длительных космических полетов.

Воздействия различных частиц неодинаковы. Больше всего неприятностей доставляют тяжелые частицы. Пробивая верхние слои вещества, они тормозятся и в его глубине теряют максимум своей энергии. Поэтому именно на излете частицы наиболее опасны.

Если частица пройдет через ядро живой клетки, то клетка теряет способность к воспроизводству. Поэтому важно знать не только интенсивность частиц, но и их энергию, глубину расположения облучаемых органов. Оказалось, что наиболее уязвимые части тела — живот и голова.

Медики тщательно изучили треки — следы, оставленные в шлемах американских космонавтов частицами, — и определили уязвимость различных органов, а затем провели оценку числа клеток, которые могут погибнуть при различных космических полетах. Оказалось, что при полетах к Луне космонавты облучаются в той же степени, что и врачи-рентгенологи за такое же время. Иное дело — длительное путешествие. За время полета к Марсу и обратно, полету, который займет около двух лет, космические лучи разрушат, если на корабле не будет специальной защиты, около 0,12 % клеток в коре головного мозга, 0,05 % —в сетчатке глаз и свыше 1,5 %—в центральной нервной системе. Это довольно много!

Однако опасность представляют не только тяжелые галактические частицы. Таят в себе опасность и заряженные частицы, испускаемые Солнцем во время вспышек, особенно крупных. При некоторых из них доза облучения может достигать весьма опасных для человека величин. Поэтому особенно важно прогнозирование солнечной активности. Установив закономерности возникновения вспышек, мы можем приурочивать время стартов на далекие планеты к тому периоду в жизни Солнца, когда активные области находятся на его обратной стороне. Тогда даже во время сильных вспышек попадание солнечных космических лучей в околоземное пространство маловероятно.

Необычайно полезны наблюдения со спутников серии «Прогноз». Они позволяют непрерывно контролировать состояние космической среды. А эксперименты, проводимые на спутниках серии «Космос», показывают, что на орбитах с высотой апогея до четырехсот километров доза космического излучения благодаря защитному действию магнитного поля Земли в 3–4 раза ниже, чем в открытом космосе. Солнечные же космические лучи практически не достигают орбит, на которых работают советские космические корабли и обитаемые орбитальные станции.

Есть, однако, и еще один источник космической опасности — заряженные частицы, захваченные магнитным полем Земли, — радиационные пояса. Потоки протонов и электронов в них очень велики. Однако расположение радиационных поясов известно, поэтому трассы космических кораблей можно проложить так, чтобы они пролегали далеко от центральной части поясов, там, где концентрация частиц невелика. Если же пребывание корабля в опасных зонах по каким-либо причинам все же необходимо, то время, когда они должны находиться в них, стараются свести к минимуму.

Но почему Рукавишников все же видел вспышки света, ведь «Союз» летал ниже радиационных поясов? Дело, невидимому, в том, что радиационные пояса не являются геометрически идеальными. И виноваты в этом магнитные аномалии — участки земли, в пределах которых магнитное поле претерпевает резкие изменения на протяжении нескольких километров и даже метров. Такие скачки связаны с залеганием в этих местах пород, отличающихся своими магнитными свойствами от окружающих. Аномалии искажают конфигурацию радиационных поясов, из-за чего зоны повышенной радиации наблюдаются в этих районах на высоте двести километров и ниже.

Самая большая область повышенной радиации связана с Бразилией, точнее — с ее магнитной аномалией. Здесь поток частиц в виде огромной воронки как бы спускается из космоса к атмосфере. На некоторых витках космические корабли могут попадать в такие области интенсивных потоков излучения. Протоны, входящие в состав этих излучений, взаимодействуя с оболочками кораблей, порождают нейтроны, которые могут вызвать эффект вспышек, подобный наблюдаемым при экспериментах с нейтронами на ускорителях. Когда максимальная световая чувствительность глаза совпадает с прохождением корабля через область аномалии радиационного пояса, тогда и можно ожидать возникновения в глазу космонавта вспышки.

Итак, полеты по околоземным орбитам и короткие перелеты к Луне необходимо согласовывать с активностью Солнца. А как же быть с полетами к далеким планетам, таким, как Марс и Венера? Неужели из-за тяжелых галактических частиц космонавтам никогда не достичь их поверхности? Не торопитесь с выводами. Во-первых, отважных космонавтов укрывает сам корабль, а во вторых, им может помочь… Солнце.

Конечно, герметическая оболочка космического корабля, оберегающая исследователей космоса от холода и пустоты межпланетного пространства, служит в какой-то мере защитой от радиации. Смертоносные для всего живого ультрафиолетовое и рентгеновское излучения, идущие от Солнца, излучения, от которых нас надежно защищает атмосфера, полностью поглощаются оболочкой корабля. Но высокоэнергичные тяжелые частицы свободно проходят через нее. При этом они теряют часть своей энергии и становятся, как мы уже говорили, наиболее опасными, так как на излете могут причинить наиболее серьезные повреждения. Поэтому, чтобы свести все возможности облучения к минимуму, радиационная защита строится многоступенчатой.

Первой принимает на себя удар оболочка. Она делается из нескольких слоев различных материалов, которые подбираются так, чтобы максимально ослабить мощность потока проникающих частиц. Для прорвавшихся частиц конструкторы предусматривают вторую линию обороны. Сложное оборудование корабля, многочисленные приборы, панели, кресла, топливные баки монтируются так, чтобы оградить космонавтов, их наиболее чувствительные органы от губительного космического излучения. Может существовать и еще одна линия защиты — специальные миниатюрные радиационные убежища, где космонавты будут пережидать ухудшение «радиационной погоды» (для солнечных вспышек это время составляет несколько часов). В эти периоды управление и контроль возьмут на себя автоматы.

Таким образом, оборона довольно сильна. И все же она не защищает от высокоэнергичных частиц, приходящих из глубин космоса. И здесь, как утверждают американские специалисты, защитой станет, как это ни парадоксально звучит… Солнце, само являющееся источником радиационной опасности.

В предыдущей главе уже рассказывалось о том, что солнечный ветер выдувает приходящие из Галактики космические частицы, которые представляют большую опасность. Поэтому в полет к другим планетам надо отправляться не в годы минимальной активности Солнца, а в ее максимумы. Солнечные частицы легко остановить слабой защитой. Поэтому для полета к Марсу лучший период — начало восьмидесятых годов. В подтверждение этих слов американские физики, высказавшие эту идею, Дж. Комсток и другие, демонстрируют шлемы командира «Аполлона-8» Дж. Ловелла и экипажа «Аполлона-12» — космонавтов Р. Гордона, А. Бина, Ч. Конрада. Сравнение этих двух полетов показательно, так как между ними менялся уровень солнечной активности, а значит, появилась и возможность проследить за поведением космических лучей в открытом космосе. Активность Солнца за несколько дней до полета «Аполлона-8» была выше, чем тогда, когда к Луне отправился «Аполлон-12». В соответствии с этим и следов от прохождения частиц в шлемах экипажа «Аполлона-12» было вдвое больше.

Но предложение Комстока принимается не всеми учеными. Пока что вопрос о том, когда лететь в космос, остается спорным. Все же ряд специалистов придерживается того мнения, что отправляться в космос лучше в годы спокойного Солнца, так как при коротких перелетах более существенную роль играют солнечные частицы. В период активного Солнца они в тысячу раз превышают фон, создаваемый галактическими частицами. Во время же длительных полетов возрастает опасность хронического облучения частицами, приходящими из глубин космоса. И следовательно, отправляться в полет лучше, когда бушующее светило выметает с пути космического корабля энергичные, и поэтому более опасные, галактические частицы. Но эта рекомендация признана не всеми. И ее следует хорошенько проверить экспериментально.

Пока еще даже самые мощные ускорители не в силах разогнать частицы до «космических скоростей», которыми обладают галактические пришельцы. Не позволяют сделать вполне обоснованные выводы о биологической опасности, которую несут космические лучи, также и эксперименты, выполненные в космическом пространстве. И естественно, прежде чем мы сможем сказать о надежной радиационной защите космонавтов при длительных межпланетных перелетах, нужны еще многие и многие исследования.

Радиоуглерод может помочь и здесь. Изучая его распределение в годичных кольцах деревьев-долгожителей, мы можем попытаться отыскать «окна» — такие периоды, когда фон, создаваемый одновременным воздействием солнечных и галактических частиц, будет наименьшим. Хотя и сейчас служба прогнозов «космической погоды» работает исправно, но отыскание таких периодов сделает полеты в далекий космос еще более безопасными.

ГЛАВА XIII

МОСТ СОЛНЦЕ — ЗЕМЛЯ

Однажды великий древнегреческий мудрец Фалес Милетский шел по улице, глядя на небо. Что его там заинтересовало, неизвестно. Известно другое: он не заметил лежащего на пути камня, споткнулся и упал. Свидетельницей происшествия была чрезвычайно злоязычная особа, которая не преминула воспользоваться случаем, чтобы поиздеваться над философом. Именно ей принадлежит изречение, которое теперь частенько пускают в ход: «Прежде чем посмотреть на небо, посмотри себе под ноги». Этот случай, как и изречение, сразу же стали достоянием остальных горожан.

Но смеялись они над Фалесом недолго. Предвидя обильный урожай олив, он скупил в своей местности все прессы для выжимания масла, а затем, после сбора урожая, продал их, но уже втридорога.

Нас в этой истории интересуют вовсе не торговые способности Фалеса, а то, откуда он мог знать, каков будет урожай. Может быть, вычислил это событие? Ведь философы внимательно наблюдали природу и на основе своих наблюдений, обобщая их, делали те или иные заключения. Во всяком случае то, что в конце XVIII века великий английский астроном и оптик Вильям Гершель натолкнулся на взаимосвязь между числом пятен на Солнце и ценой на хлеб — достоверный факт. И будь у него коммерческая жилка, он мог бы разбогатеть. Для этого ему, подобно Фалесу Милетскому, надо было заняться спекуляцией зерна. Но Гершелю даже не пришло в голову обобрать своих сограждан. Он был вполне удовлетворен тем, что открыл закон, связывающий урожаи с циклами солнечной активности.

Еще в глубокой древности у жителей Восточной Азии существовало свое летосчисление — двенадцатилетний цикл. Каждый его год носил довольно странное для нас название: год коровы, год лошади, зайца, рыбы и т. д. Это не было прихотью, а наверняка имело свои корни, было связано с жизненным укладом наших предков. Скот был основой существования. Но порой засуха выжигала травы — и начинался массовый падеж скота — «джут». Столетия назад кочевники установили, что наиболее свирепые джуты повторяются каждые 11–12 лет. Возможно, отсюда и зародилась идея живого календаря. Таким образом, уже давно люди умели предвидеть тяжелые засушливые годы, хотя прямой их связи с Солнцем и не заметили. Со временем эти знания утерялись…

С давних времен вселяли ужас в сердца жителей стран Востока нашествия саранчи. Огромные стаи внезапно опускались на пышные оазисы Египта и Палестины и оставляли за собой лишь голые стволы финиковых пальм да обглоданные стебли посевов. Цветущие долины Тигра и Евфрата, Нила и Инда периодически превращались в безжизненные пустыни.

Но почему эти набеги повторяются не ежегодно? Чтобы ответить на этот вопрос, советскому энтомологу Николаю Сергеевичу Щербиновскому пришлось исколесить тысячи километров по пустыням различных стран. Десятки лет упорного труда показали, что периоды бурного развития саранчи находятся в зависимости от изменений солнечной активности.

«Полководец» Солнце водит в атаку не только рати саранчи. В хлопковом поясе США большие беды приносила хлопковая совка Алабамы, уничтожавшая через каждые 22 года посевы во многих штатах.

Эти примеры далеко не исчерпывают биологических связей Солнце — Земля. Наличие «биологических протуберанцев» можно проследить и в других сферах.

«Великой черной смертью» окрестили чуму в XIV веке. Это был век свирепого разгула чумных эпидемий, которые уносили значительно больше жизней, чем самые опустошительные войны. Целые села и города становились пустынями, прекращалась торговля, общественная жизнь. По данным, собранным для папы римского Климента IV, от чумы умерло 48 миллионов человек — это при общей-то численности населения Земли того времени в 500 миллионов!

Греческий историк Фукидид сообщает, что эпидемия, разразившаяся в Аттике между 436 и 428 годами до нашей эры, сопровождалась морскими наводнениями, засухами, неурожаями, усилением деятельности вулканов. В 542 году чума вспыхнула в Константинополе, а в 543 году по всей Европе прокатилась волна землетрясений.

Многие писатели и историки разных стран и времен, очевидцы природных катастроф, отмечали их связь с эпидемиями среди людей и животных. Возможно, отсюда и возникла убежденность, что болезнями управляют «силы небесные». И астрологи, наблюдавшие одновременные возникновения эпидемий в различных удаленных друг от друга местах, может быть, были не так уж неправы, придумав термин «инфлуэнца», то есть «влияние» (имеется в виду влияние небесных сил). Совпадение небесных и земных явлений было настолько очевидным, что у многих народов возникла даже вера в «предзнаменование».

Но ученые не верили в предзнаменования. Они пытались найти нити, связывающие биологические и «небесные» явления.

В 1915 году, по рекомендации великого энтузиаста космоса Константина Эдуардовича Циолковского, начал искать связи между биологическими и космическими явлениями профессор Александр Леонидович Чижевский. Он считал, что виновником возникновения эпидемий является «реактор жизни» — Солнце. Чтобы проверить эту гипотезу, следовало изучить статистику давно прошедших эпидемий, ознакомиться с обширной историко-медицинской литературой. Многие десятилетия посвятил он этому труду. Через его руки прошли тысячи архивных документов. Ему удалось собрать сведения о чуме за четырнадцать столетий!

Одна за другой тщательно изучаются хроники. Вот одна из них, содержащая сведения с 1501 по 1650 год. Построив по ней график смертности жителей города Аугсбурга и нанеся на него описанные в тех же хрониках сведения о полярных сияниях, Чижевский нашел прямую связь между этими событиями.

Но может быть, такая связь присуща только чуме? Оказывается, нет. В разгар холерной эпидемии 1364–1367 годов китайские летописцы отмечают появление на Солнце настолько крупных пятен, что их можно было видеть невооруженным глазом. В 1769 году, как раз в один из «расцветов» холеры в Индии, многие ученые отметили увеличение солнечной активности. Нередко отдельные эпизодические изменения деятельности Солнца очень точно совпадали с развитием болезни. Чижевский приводит такой пример: максимальное число заболеваний во время знаменитой вспышки холеры в Гамбурге в 1892 году — тысяча человек в день — пришлось на двадцатое августа, когда Солнце было наиболее активным.

К 1925 году стало ясно: связь между многими эпидемиями и циклической деятельностью Солнца настолько тесна, что ее можно считать законом. Работы Чижевского соединили медицину и астрономию. Родилась новая наука — гелиобиология.

«Неуправляемые» эпидемии чумы, холеры и других страшных болезней уже стали достоянием истории: медицина научилась бороться с ними. Но все же остались эпидемии болезни, которой подвержены все — гриппа.

Историю гриппозных болезней начали писать с 1173 года. С тех пор насчитывается более полусотни эпидемических циклов. Врачи объясняют их регулярность тем, что после каждой эпидемии гриппа у людей вырабатывается иммунитет лишь к данному вирусу. Но вирус со временем перерождается, приобретает новые свойства, да и иммунитет с годами снижается, и вот — новая волна гриппа. Это объяснение справедливо, но лишь отчасти: оно не вскрывает первопричины. А просмотрите историю повальных болезней — и увидите, что начало каждого цикла связано с переходом от максимальной к минимальной активности Солнца.

Итак, стало очевидным, что изменение солнечной активности и есть тот ключ, который открывает таинственный ящик Пандоры со всеми таящимися там болезнями.

Солнце влияет на бактерии. Но только ли на возникновение эпидемических заболеваний воздействует его «погода»?

…Этот случай произошел более тридцати лет назад во французском городе Ницце. Было замечено, что в телефонной связи происходили перебои, и как раз тогда, когда надобность в ней особенно возрастала, когда увеличивалось количество жалоб на ухудшение здоровья у курортников.

Казалось бы, какие связи могут быть между порчей телефонов и состоянием здоровья людей? Вроде бы, никаких. И все же…

Многие врачи отмечали, что инфаркты и инсульты носят характер эпидемий. Привезли двух-трех больных — жди еще. Раньше эти явления пытались объяснить метеорологическими условиями, например, изменением атмосферного давления. Но как же быть с событиями в Ницце? Перебои в работе телефонов и радио наблюдались и ранее и были связаны с изменением электромагнитного поля Земли во время изменений солнечной активности. Может, Солнце влияет и на самочувствие больных?

«Прохождение солнечных пятен ожидается (указать число). Предполагается, что пятна будут большой интенсивности в течение (стольких-то) дней. Соблаговолите сообщить нам наблюдаемые факты: будут ли увеличиваться различного вида недомогания при острых и хронических заболеваниях…»

Извещения такого рода получали многие лечебные учреждения Франции. Их рассылал по инициативе профессора А. Л. Чижевского Международный институт по изучению солнечных, земных и космических излучений. По просьбе этого института врачи ежедневно регистрировали ход болезни пациентов. В то же время астрономическая обсерватория на Монблане и метеорологическая станция в Ницце столь же тщательно записывали все изменения на Солнце.

Рапортов от врачей накопилось около сорока тысяч, и в 1935 году Чижевский получил график, на котором было отмечено количество острых сердечных приступов за несколько лет. Уже первый взгляд на них не оставлял никаких сомнений — характер этой кривой был схож с кривой активности Солнца.

Выявить такую взаимосвязь было чрезвычайно важно. Во-первых, сердечно-сосудистые заболевания — бич нашего времени, и узнать их причины, научиться бороться с ними — значит спасти жизнь многим людям. А во-вторых, они не являются инфекционными и не могут, следовательно, передаваться от одного человека к другому. Их связь с деятельностью Солнца может быть выявлена в наиболее чистом виде.

Конечно, неправильно обвинять в этих заболеваниях только наше светило. Слишком много причин чисто житейского характера приводит к болезням сердца. Но все же статистическая обработка многочисленных историй болезней показала, что в те дни, когда возмущение магнитного поля Земли возрастает, увеличивается и приток больных. А состояние геомагнитного поля находится в прямой зависимости от деятельности Солнца.

Советский исследователь Ю. А. Холодов, занимающийся изучением влияния магнитного поля на деятельность человеческого мозга, рассказывает такой случай. Пришел как-то астроном в гости к своему другу — инспектору дорожного надзора ГАИ — и увидел висящий у него над рабочим столом график.

— С каких пор ты стал заниматься солнечной активностью? — спросил астроном, указывая на график.

— Что ты, — ответил инспектор. — Это всего-навсего динамика числа аварий на моем участке за год.

В этой ошибке ничего удивительного нет. Специалисты объясняют связь между активностью Солнца и дорожными происшествиями так.

Во время магнитной бури человек становится вялым, сонным, как будто даже немного пьяным. Ему кажется, что мышцы слушаются его как всегда и нормально выполняют все команды. На самом же деле они работают с запозданием. И вот результат — увеличение числа аварий почти в четыре раза.

А к исследователям подключались новые отряды ученых. Сейчас врачи, чтобы поставить правильный диагноз, обязательно посылают больных на анализ крови, потому что кровь, как зеркало, отражает даже самые незначительные отклонения в жизнедеятельности организма. По клеточному составу и составу входящих в нее химических веществ она постоянна. Поэтому изменение в ней какого-нибудь элемента уже говорит о заболевании. Врачи считают, что им анализ крови может рассказать иногда больше, чем сам больной.

Еще в 1941 году было замечено, что ход некоторых специфических реакций в крови изменяется в зависимости от времени суток, причем эти изменения не зависят ни от состояния погоды, ни от того, где находится обследуемый. Таким образом, человек оказался живыми солнечными часами, а виновником биологических изменений опять было Солнце.

Не так давно медики обнаружили еще одно интересное явление: если человек болен и у него поврежден какой-нибудь внутренний орган, то это сказывается на его кожных покровах — изменяются их электрофизиологические свойства. «Читая» электрические сигналы кожи, можно узнать, здоров ли человек. Однако в разные годы величина этих сигналов у совершенно здоровых людей то падает, то возрастает. Отчего? Оказалось, что эти колебания зависят от солнечных показателей, то есть кожа реагирует на изменение солнечной активности. Электропотенциал, снятый с кожи, резко падает уже за четыре дня до бури! Это явление даже предложили использовать для прогнозирования «космической погоды».

Но и это еще не все! Выявились еще более удивительные факты.

На международном симпозиуме по соотношениям между солнечными и земными явлениями в физико-химии и биологии, состоявшемся в Брюсселе в 1958 году, с очень интересным докладом выступил директор Флорентийского института физической химии профессор Пиккарди. В своей повседневной работе он обратил внимание на одно любопытное обстоятельство, которое как-то ускользало от глаз других ученых. Химики уже не раз сталкивались с тем, что если одну и ту же реакцию, происходящую в водной среде, повторять несколько раз, то никогда не удается получить абсолютно идентичные результаты. Казалось бы, все одинаково: и реактивы, и температура, и освещенность, та же последовательность операций, а результат иной.

Случайное отклонение, — говорили химики.

— Но если случай повторяется, — это закон. А где же причина? Может, все дело в том, — решил Пиккарди, — что опыты ставили в разное время? При этом могла измениться «космическая обстановка» и, прежде всего, уровень солнечной активности.

И вот Пиккарди берется за работу. В течение ряда лет с 1951 года ежедневно в один и тот же час во Флоренции проводится один и тот же опыт, одна и та же химическая реакция. Точность ее выполнения гарантировалась тем, что для ее проведения были специально обучены люди. Почти за четырнадцать лет было проделано несколько сотен тысяч экспериментов. К этой работе подключаются и институты других стран. Во время Международного геофизического года во многих научных центрах северного и южного полушарий исследовалось воздействие солнечной активности на коллоидные растворы (взвеси мелких частиц в воде). Как наиболее чувствительная была выбрана реакция, проходящая в водном растворе хлористого висмута. Да и результат ее — выпадение осадка — легко можно наблюдать. Эта реакция и стала своеобразной «лакмусовой бумажкой».

В ходе работ было выяснено, что, в каких бы районах планеты ни проводились опыты, они, как по команде, давали одинаковые результаты. А раз так, то это явление имеет общепланетный характер. Да и причину его удалось отыскать довольно легко. Отклонение хода реакции от нормы в зависимости от времени точно повторяли изменения активности «его величества Солнца» за те же периоды. Простая реакция осаждения безошибочно реагировала на солнечную погоду.

Недавно харьковские исследователи установили, что многие физико-химические свойства воды — вязкость, плотность, поверхностное натяжение, электропроводность — меняются под воздействием низкочастотных магнитных полей малой интенсивности. Скорость протекания реакций в такой воде совсем иная. Вода почти сутки «помнит» нанесенные ей «электромагнитные оскорбления». Это явление используется сейчас на многих предприятиях. Кроме того, «намагниченная вода» ускоряет процессы обогащения руд, увеличивает прочность цемента и других строительных материалов. Обладает она и биологическим действием.

Жизнь возникла и протекает в воде. На семьдесят процентов и сам человек состоит из воды, а важнейшие составные части его организма — белки, углеводы, слизи — не что иное, как коллоидные растворы, в которых происходят все жизненные процессы. Вся жизнь буквально «пропитана» водой. Можно сказать, что вода — это сок жизни. А раз так, то становится понятной и связь биологических и солнечных явлений. Солнце влияет на магнитное поле Земли, а то, в свою очередь, воздействует на молекулы воды, входящие в сложные соединения тканей.

Так, во всяком случае, считают сторонники теории «магнитной воды».

Все живые организмы возникли и многие тысячелетия развивались в непосредственном контакте с силами природы. Не избежали они и воздействия различных космических факторов — поэтому сохранили способность реагировать на самые незначительные изменения окружающей среды, в том числе и геомагнитного поля, «следящего» за жизнью нашего светила.

Чтобы знать «график работы» Солнца, уметь точно предсказывать, когда оно разбушуется, недостаточно следить за ним сейчас, нужно собрать статистические данные о его поведении в прошлом. Конечно, в какой-то мере нам могут помочь летописи. Но и они не позволяют заглянуть глубоко в древние эпохи. И вот здесь нам опять помогут деревья.

Мы уже говорили, что интенсивность космических лучей, достигающих Земли, зависит от солнечной активности. В разгар бури бушующее светило испускает много частиц, а успокаивается — и свирепый солнечный ветер превращается в легкий бриз. Количество радиоуглерода в годичных кольцах деревьев точно следует за активностью Солнца. Возникает больше пятен, протуберанцев, вспышек — и радиоуглерода в кольцах становится больше; деревья сразу же «записывают» возросшую активность светила. Ученые измерили количество радиоуглерода-14 в годы неспокойного Солнца. Оказалось, что уровень этого изотопа в такие периоды увеличивается на 0,6–0,8 %. Так, во время наиболее сильной вспышки, которая произошла 23 февраля 1956 года (о ней мы уже говорили), фон увеличился на 0,75 %. Такие величины уже хорошо регистрируются существующей аппаратурой. А в максимуме деятельности Солнца во время вековых циклов, имеющих периоды около восьмидесяти лет, количество радиоуглерода-14 увеличивается и того более — до 1,5 %.

Изучение радиоуглерода в годичных кольцах деревьев важно для медиков и биологов, так как позволяет составлять прогнозы, учитывая солнечно-земные связи. По активности Солнца можно предсказать возникновение эпидемий и во всеоружии встречать их. Зная ход «солнечных часов», можно судить о появлении орд саранчи и других вредителей и поставить на их пути кордоны, спасая урожаи и скот. Вот какую еще помощь может оказывать радиоуглеродный метод.

ГЛАВА XIV

СУРОВЫЕ ЗИМЫ ПЛАНЕТЫ

Сейчас в это трудно поверить, но всего две тысячи лет назад нынешние пустыни Северной Африки снабжали пшеницей Южную Европу. Тысячу лет назад, в эпоху викингов, Северный ледовитый океан летом был чист ото льда. В гренландских поселениях скандинавских колонистов археологи нашли до трехсот хуторов, много церквей и два монастыря. Но в конце XV века поселения пустеют, связь с Европой прекращается.

О чем говорят эти факты? О том, что климат нашей планеты постоянно меняется.

В наше время крупные ледники можно увидеть лишь в приполярных областях да высоко в горах. А 10–20 тысяч лет назад они покрывали огромные пространства.

Пригодные для жизни площади земного шара были на тридцать миллионов квадратных километров меньше, чем сейчас. Большая часть Европы и Северной Америки была покрыта льдом. Ледяной панцирь покрывал нынешнюю территорию Англии, Польши, доходил до Киева.

Холода наступали волнами несколько раз. Землю словно лихорадило, бросало то в жар, то в холод. Одно и то же место оказывалось покрытым то пышными лесами, то толстым слоем льда. Сейчас считается, что было четыре крупных оледенения. Они, в свою очередь, дробятся на ряд более мелких. В периоды неоднократных нашествий ледники сгладили вершины скандинавских гор, образовали широкие долины, оставили отлогие, словно отполированные склоны.

Если вам удастся пролетать на самолете над Карелией, посмотрите вниз. Вы увидите многочисленные озера и болота. Создается такое впечатление, что огромный скребок содрал здесь землю. С севера на юг, по пути движения ледника, протянулись впадины и возвышенности.

Наступающие льды не только изменили лик Земли, они гнали перед собой все живое. Многие не выдержали этого наступления. От морозного дыхания ледников гибли леса, вымирали стада животных, целые племена людей.

Чем же вызваны эти великие оледенения, и не грозят ли они нам в будущем? Точного ответа пока нет, есть только прогнозы. Но не потому, что трудно отыскать причину похолодания. Скорее наоборот — их чересчур уж много. Вычисления показывают, что достаточно понизиться среднегодовой температуре на 2–4 градуса, как это вызовет развитие ледников, что, в свою очередь, приведет к еще большему понижению температуры на Земле. И как результат — ледниковый щит покроет значительную часть планеты.

Было предложено более пятидесяти гипотез, объясняющих установление страшных ледяных зим. Казалось, чего проще: раньше наша планета находилась в расплавленном состоянии, а сейчас остывает. Вот и появляются ледники. Но ведь были периоды, когда они отступали, да и сейчас отстоят далеко.

А может быть, все связано с движением материков? «Заплывают» они в холодные края — и сразу же климат меняется. Но в Верхоянске значительно холоднее, чем на Северном полюсе, а ледники там не образуются. Так, может, виновато поднятие земной коры? Поднимаясь в более высокие, а значит, и более холодные слои атмосферы (через каждый километр подъема температура воздуха снижается на 5–7 градусов), отдельные части суши оказываются во власти снега и льда. Но тогда непонятно многократное изменение климата за одну и ту же эпоху. Не могла же земная твердь так часто подниматься и опускаться.

Все время изменяются наклон земной оси и расстояние от нашей планеты до Солнца. Наклон оси обусловливает смену времен года. Более отвесное положение оси сглаживает сезонные климатические контрасты, более пологое делает их резче. Подсчитано, что в течение 40 000 лет наклон изменяется почти на три градуса, это может значительно менять климат. Меняется с периодом в 92 000 лет и земная орбита. Югославский геофизик Миланкович построил график, на котором можно проследить, как уменьшение или увеличение количества солнечного тепла для определенной параллели зависит от «места под Солнцем», то есть положения Земли относительно светила. Этот график хорошо совпал с хронологией обледенения.

Казалось бы, все ясно и причина оледенения найдена. Однако этот график годен лишь для последнего миллиона лет жизни Земли. А раньше? Раньше оледенений не было, хотя и Земля и Солнце точно так же проходили по небосводу. Значит, учтено было не все.

А может быть, тут виноваты солнечные циклы? Причем не те, которые длятся одиннадцать лет, а долговременные — вековые и более долгие? В этом случае похолодание связано с пульсацией солнечной радиации, с минимумами солнечного излучения. Однако эти циклы плохо изучены, и их тщательное исследование — дело будущего.

Есть и еще одна теория, связанная с деятельностью Солнца. Расходуя ядерное горючее и переходя в другую «возрастную категорию», наше светило должно было многократно и на долгие сроки изменять интенсивность своего излучения. Но эта гипотеза пока тоже недостаточно разработана.

Для объяснения нашествия ледников привлекают и другие теории. Вот одна из них. В межзвездном пространстве плавают гигантские облака космической пыли. Когда Солнце проходит через них, частицы пыли рассеивают, не пропускают к Земле живительные солнечные лучи — и планета охлаждается. Выходит Солнце из пылевого облака — планета «отогревается» вновь. Однако математические расчеты опровергают эту гипотезу. Плотность «космического тумана» не так уж и велика. На таком небольшом, по космическим масштабам, конечно, расстоянии, как Солнце — Земля, влияние пыли почти не сказывается.

А вот еще одна теория, она связывает длительные охлаждения земной атмосферы с выходом на поверхность Мирового океана холодных масс воды — гигантских внутренних волн. Эги подводные волны высотой в сотни метров зарождаются тогда, когда на нашу планету накладываются гравитационные воздействия Солнца и Луны: плоскости орбит всех этих трех небесных тел оказываются максимально приближенными друг к другу, а Луна и Солнце проходят строго над экватором. В эти периоды наступает «век страшных зим». Такие события случаются раз за два тысячелетия. Последний раз это произошло в середине второго тысячелетия нашей эры.

В 1909 году шведский ученый, директор Нобелевского института Сванте Аррениус, впервые отметил огромную роль углекислого газа как регулятора температуры приповерхностных слоев воздуха. Углекислота свободно пропускает солнечные лучи к поверхности нашей планеты, но поглощает большую часть теплового излучения Земли, уходящего в космическое пространство. Это — экран, препятствующий охлаждению планеты. Считалось, что теплые межледниковые периоды соответствуют повышенному содержанию углекислоты, выбрасываемой вулканами в атмосферу. Сейчас ее содержание не превышает 0,03 %. Если эта цифра уменьшится вдвое, то среднегодовая температура в умеренных поясах снизится на 4–5°, что может привести к началу нового ледникового периода.

Вулканы не только изменяют газовый состав атмосферы, они и загрязняют ее. Огромные массы пепла, достигающие миллиардов тонн, выбрасываются в воздух вулканами, а затем рассеиваются по всему земному шару. Так, например, через несколько суток после извержения вулкана Безымянного в 1956 году его пепел был обнаружен под Лондоном. Вулканический пепел значительно уменьшает прозрачность атмосферы — пылинки закрывают землю от световых и тепловых лучей. После извержения в 1902 году вулкана Мон-Пеле, расположенного на острове Мартиника, во многих местах земного шара интенсивность солнечной радиации упала на 20 %, а загрязнение воздуха в 1883 году вулканом Кракатау сопровождалось двухлетним понижением температуры в тропиках в среднем на два градуса.

Кроме того, частицы пепла увеличивают облачность. Дело в том, что возрастание влажности воздуха само по себе недостаточно для образования облаков. Нужны центры конденсации, облегчающие сгущение водяных паров. Они становятся зародышами будущих капелек или кристалликов льда. Появление в воздухе пылинок способствует зарождению облаков, а увеличение облачности уменьшает приток солнечной радиации. Расчеты показывают, что, если облачность возрастет с пятидесяти процентов (а именно такой уровень существует сейчас) до шестидесяти, это приведет к понижению среднегодовой температуры на земном шаре на два градуса.

До недавнего времени роль вулканизма в загрязнении атмосферы преуменьшалась, а ведь некоторые извержения сопровождались очень большими выбросами пепла. Так, например, вулкан Катман в 1912 году выбросил двадцать восемь кубических километров пепла. Однако крупные извержения отделены друг от друга десятками лет, в течение которых пепел успевает осесть задолго до следующего извержения. Поэтому, хотя вулканизм и сказывается на климате, но только кратковременно, и оледенения вызвать не может. Но в более ранние периоды развития Земли картина могла быть иной и вулканическая деятельность была более интенсивной. Она охватывала огромные территории и, конечно, могла привести к возникновению ледников. Причинная связь этих явлений очевидна.

Время от времени, правда очень редко, случается так, что несколько причин действуют одновременно, накладываясь друг на друга. В это время наступают великие оледенения Земли, возникают ледниковые эпохи. В период одного из таких оледенений появился человек.

Это произошло 200 миллионов лет назад. Суровые испытания выпали тогда на долю всего живого. Их могли выдержать только сильные и выносливые виды животных и растений. Естественный отбор действовал беспощадно. Множество невзгод пришлось пережить нашим далеким предкам. В борьбе за жизнь они развили именно те качества, которые и сделали их людьми: сплоченность, смелость, изобретательность. Человек покорил огонь, растения, животных. Смена на протяжении многих тысяч и миллионов лет теплых и холодных периодов закалила людей не только физически, но и духовно. «Абсолютное постоянство солнечного излучения и свойств земной коры… могло бы, лишив климатических стимулов развития, задержать нас на стадии примитивных силурийских илоедов», — говорит крупный исследователь небесных тел X. Шепли. Ледниковый период создал человека.

А что нас ждет в будущем? Новое оледенение или потепление? Наиболее оптимистично настроены ученые, считающие причиной изменения климата астрономические явления. Они уверены, что через несколько десятков тысячелетий в наших северных широтах будут расти тропические растения. Это предположение основано на том, что наша Солнечная система движется в «лучшие районы» Галактики, где количество темных туманностей меньше. Жаль, что нельзя сказать «поживем — увидим», так как свидетелями этих чудес будут наши далекие потомки.

Но есть и противоположное мнение. Количество пыли в атмосфере с каждым годом увеличивается, и это охлаждает планету. Факты свидетельствуют, что начиная с сороковых годов температура на обширных пространствах Европы, Азии, Северной Америки неуклонно понижается. С каждым десятилетием становится холоднее на 0,1 градуса. Это в среднем. На Крайнем Севере похолодание выражено сильнее. В последние годы пернатые обитатели Арктики гнездятся южнее, чем раньше, а леса медленно отступают под натиском тундры. Теперь многие ученые считают, что мы живем в «эпоху малого оледенения», прерываемую эпизодическими оттепелями, как это было, например, в первой половине века. Начало следующей оттепели следует ожидать через несколько лет. Можно утверждать, что к двухтысячному году климат улучшится.

Не исключено, что уже в XXI веке арктический бассейн впервые со времени викингов освободится от ледового плена! Максимальное потепление должно наступить позднее, около 2300–2400 годов. Во второй половине третьего тысячелетия возникнет тенденция к медленному похолоданию. Однако на это не надо смотреть пессимистически. Следует учитывать, что человек уже сейчас в силах предотвратить «ледяную катастрофу». Так что очередного оледенения может и не быть.

Но какое отношение имеет нашествие ледников к теме нашего рассказа? Оказывается, непосредственное. При помощи радиоуглеродного метода удалось установить, как менялся в прошлом климат планеты в различных географических районах.

Пройдите по цветущему лугу, и у вас на обуви и одежде останется желтоватый налет. Это пыльца и споры растений. Тонкой пленкой покрывает она и лужи. Чаще всего такая пленка образуется во время цветения сосен, дающих большое количество пыльцы: одно дерево «пускает по ветру» около шестидесяти тысяч пылинок. Вносят свой вклад в эту «запыленность» и мхи, папоротники, плауны. Похороненные в толще почвы пыльца и споры — эти микроскопические свидетели прошлого — позволяют проследить, как менялся в какой-либо местности растительный мир, а значит, и климат. Возникла даже специальная наука — палинология, или спорово-пыльцевой анализ.

Пыльцу растений стали изучать давно, со времени появления микроскопа, но как наука палинология родилась недавно — лет семьдесят назад. Сначала ученые умели определять пыльцу и споры только в торфяниках и озерных отложениях. Однако сейчас метод разработан настолько хорошо, что ученые распознают присутствие любой растительности в различных по составу исследуемых образцах.

Наиболее изучен последний геологический период — четвертичный, или антропоген, который начался примерно шестьсот тысяч — миллион лет назад.

Известно, что каждой климатической зоне свойственна своя растительность. Возьмем, например, пробу из любого торфяника и слой за слоем исследуем ее под микроскопом. По спорам, пыльце, семенам восстановим местные климатические условия прошлых лет. Вот в нижнем слое пыльца карликовой березы, споры мха — значит, здесь была тундра. Затем климат стал мягче, появились следы хвойных деревьев. Следующий слой содержит семена широколистных пород: дуба, липы, граба. Затем их вытесняют хвойные леса и наконец тундра. По этой картине даже неспециалист может сказать, что сначала в местности, откуда была взята проба, было холодно, потом потеплело и через какой-то промежуток времени опять наступили холода.

Но когда это произошло? Вот здесь-то и дает ответ радиоуглерод, содержащийся в мхе и торфянике. Определим его количество, и ответ будет готов.

Торф и сам, даже без включения пыльцы, может рассказать о климате. Вернее сказать, не торф, а его рост. Тепло и влажно — мох растет быстро, сухо и холодно — медленно. Измеряя прирост торфяника в разные периоды времени и определяя радиоуглеродным методом возраст каждого слоя торфа, мы тоже можем судить о былых природных условиях.

При помощи радиоуглерода удалось определить и время ледниковых периодов. С наступлением холодов растительность гибла, гибли и деревья. Ледники при своем движении подминали их, хоронили под собой. Отыскав такие лесоповалы, можно по содержанию углерода-14 определить, когда они образовались. А проверку даст дендрохронология.

Отступали под натиском стужи и люди. Они уходили, отмечая свой путь кострищами. Вот по их-то золе, некогда скрытой под толщей льда, ученые и смогли не только проследить пути отхода наших предков, но и сказать, когда это происходило. Оказалось, за последние 40 000 лет на Земле было три ледниковых периода, причем последний царил более 10 000 лет назад. С тех пор на Земле потеплело, и если похолодания происходят, то только эпизодически.

И об этом тоже поведал радиоуглерод.

Вот и закончился наш рассказ про радиоуглерод. Как некая путеводная нить он позволил нам, переходя от одной области науки к другой, связать их воедино. Мы начали с того, что узнали, как с помощью радиоуглерода можно определять возраст различных археологических находок, выяснили, как новая наука — дендрохронология — помогает ученым в этом.

Но время, когда кругозор человечества ограничивался только рубежами стран и континентов, простой регистрацией исторических событий, прошло. Сейчас, в эпоху стартов к другим планетам, все люди чувствуют себя членами экипажа огромного космического корабля, имя которому — планета Земля. И как раньше моряки с беспокойством вглядывались в безбрежную гладь океана, чутко следили за изменением погоды, отыскивая малейшие приметы надвигающегося шторма, чтобы во всеоружии встретить его натиск, так и сейчас люди Земли задаются вопросами: а всегда ли будет спокойным пока еще во многом таинственный космос? Какие космические бури и ураганы обрушивались на нашу планету в прошлом, и какие беды они могут принести сейчас? Мы узнали, как радиоуглерод позволяет ответить на эти вопросы.

Радиоуглеродный метод стал сейчас мощным орудием познания. Он не только расширил круг исследований, но и свел под «единую крышу» ученых различных специальностей. Ведь одни ученые имели в своем распоряжении разработанную ими прекрасную аппаратуру для измерения ничтожно малых количеств углерода-14, другие разрабатывали методику очистки образцов, а это не такая уж простая задача, ведь из образца надо убрать все вещества, способные повлиять на результаты измерений, исказить их.

И все это нужно ученым для решения тех загадок, которые задала им природа.

Сейчас в Советском Союзе начаты широкие исследования по проблеме «Астрофизические явления и радиоуглерод», в которых принимают участие физические, геологические, ботанические, зоологические, археологические институты, университеты и научные учреждения и лаборатории, занимающиеся вопросами астрофизики. Еще многое в этой проблеме неясно. Поэтому работы все время расширяются и к ним привлекаются все новые и новые отряды специалистов. Почти ежегодно организуются совещания, где «главным героем» является радиоуглерод (кстати, по материалам совещаний и написана эта книга).

Возможно, что с годами в работе этих совещаний примете участие и вы. И если это произойдет благодаря тому, что вас заинтересовали проблемы, связанные с радиоуглеродом, то автор будет считать свою задачу выполненной — книга сыграла свою роль.

ПОСЛЕСЛОВИЕ

Солнце занимает исключительное положение в жизни человечества.

Во-первых, потому, что оно обеспечивает нас энергией и светом. В конечном итоге Солнце является источником всех видов энергии, используемых человечеством.

Во-вторых, жизнедеятельность нашего светила непосредственно влияет на Землю, изменяя состояние и циркуляцию атмосферы, воздействуя на климат, биосферу и т. д. Земля погружена во внешнюю, очень динамичную атмосферу Солнца и подвергается сильному влиянию «погоды на Солнце». В настоящее время, когда изучение окружающей нас среды является одной из самых актуальных проблем, исследование солнечно-земных связей приобретает особую научную и научно-прикладную важность.

За последние десять лет наши знания о процессах, происходящих на Солнце, в околоземном пространстве, в атмосфере Земли, значительно расширились. Начинает проясняться взаимосвязь, казалось бы, непонятным образом переплетенных между собой явлений, определяющих солнечно-земные связи. Но все же остается и много неясного. Поэтому для надежного прогнозирования состояния околоземного пространства, атмосферы Земли и, наконец, многих процессов в живой природе необходимы комплексные исследования электромагнитного излучения (от радиоволн до гамма-квантов) и корпускулярных излучений (от частиц солнечного ветра до энергичных космических лучей). Для более четкого понимания жизни Земли важно изучение сигналов, испускаемых Солнцем, не только в настоящее время, но также состояния солнечной активности в далеком прошлом.

Прошлое солнечной активности, радиационной ситуации в околоземном пространстве «запомнили» такие очевидцы, как деревья и донные отложения, метеориты и лунный грунт. Анализ показывает, что годичные кольца деревьев и донные отложения хорошо помнят интенсивность космических лучей в течение последних тысяч и даже миллионов лет. Например, по распространенности космогенных изотопов в донных отложениях показано, что в интервале времени от двух до четырех миллионов лет назад интенсивность космических лучей была в четыре раза больше, чем сейчас. Такое изменение можно объяснить пониженной светимостью Солнца в то время. Если это так, то ответственным за глобальное оледенение Земли может быть именно Солнце. Такой пример наглядно демонстрирует масштабность и комплексность космических исследований.

Одним из распространенных и широко используемых в исследованиях космогенных изотопов является радиоуглерод. Он примечателен тем, что образуется в атмосфере Земли под действием космических лучей, окисляется, примешивается к углекислому газу атмосферы и участвует в процессе круговорота углекислого газа в системе, содержащей атмосферу, биосферу, океан. Важно то, что содержание углерода-14 в каждый момент связано с интенсивностью космических лучей, падающих на атмосферу Земли. Поэтому такие объекты, как деревья, усваивающие углерод и захватывающие вместе с ним радиоуглерод, обладают своеобразной памятью на радиоуглеродную обстановку в окружающей среде. Причем эта память оказалась исключительно крепкой, благодаря чему кольца живых и мертвых деревьев стали уникальными источниками информации о циклической и вспышечной деятельности Солнца, об изменении магнитного поля Земли, о звездных катастрофах и т. д.

До недавнего времени радиоуглеродные методы использовались только для датировки органических образцов. И с их помощью было получено много интересных для археологов, геологов, историков данных. Теперь углерод-14 приобрел новую специальность — он стал служить для целей изучения нашей планеты, космоса, космических явлений.

Книга Ю. И. Коптева — своеобразный и вполне заслуженный гимн радиоуглероду, исключительно талантливому ребенку, порожденному атомной эрой. Сейчас этот ребенок вырос, возмужал, стал вполне взрослым и самостоятельным. У него богатое настоящее и блестящее будущее, особенно в изучении окружающей среды. Я бы сказал, что радиоуглерод является стимулятором возникновения изотопной экологии.

Рассказ об углероде-14 безусловно будет интересен молодому читателю, которому свойственны романтика и энтузиазм, яркое чувство поиска и стремление познать окружающий мир.

Заместитель председателя научного совета «Космические лучи» Академии наук СССР, доктор физико-математических наук, профессор Г. Е. КОЧАРОВ

Content

Коптев Юрий Иванович Рассказывает радиоуглерод

РАССКАЗЫВАЕТ РАДИОУГЛЕРОД

ГЛАВА I УГЛЕРОД, РОЖДЕННЫЙ КОСМОСОМ

ГЛАВА II В СТЕНАХ ЛАБОРАТОРИЙ

ГЛАВА III РУКИ, ПРОТЯНУТЫЕ АРХЕОЛОГАМ

ГЛАВА IV О ЧЕМ РАССКАЗАЛИ ДЕРЕВЬЯ

ГЛАВА V РАДИОУГЛЕРОД ИСПРАВЛЯЕТ ИСТОРИЮ

ГЛАВА VI КОСМИЧЕСКИЕ СТРАННИЦЫ

ГЛАВА VII ВЗРЫВАЮЩИЕСЯ ЗВЕЗДЫ

ГЛАВА VIII МАЯКИ ВСЕЛЕННОЙ

ГЛАВА IX МАГНИТНЫЙ ЩИТ ЗЕМЛИ

ГЛАВА X И НА СОЛНЦЕ ЕСТЬ ПЯТНА

ГЛАВА XI ВЕТЕР, ДУЮЩИЙ С СОЛНЦА

ГЛАВА XII КОГДА ЛЕТЕТЬ В КОСМОС?

ГЛАВА XIII МОСТ СОЛНЦЕ — ЗЕМЛЯ

ГЛАВА XIV СУРОВЫЕ ЗИМЫ ПЛАНЕТЫ

ПОСЛЕСЛОВИЕ