Мы — дети сверхновой?

Изменения климата и происхождение человека идут рука об руку.
Они совпали с наступлением нынешней ледниковой эры.
В то время по меньшей мере одна звезда взорвалась по соседству с Землей.
«Космические зимы» толкают эволюцию вперед.
Астрономы ищут сверхновую, напавшую на Землю.
Светилась ли она близко к Южному Кресту, так чтобы яркий космический фонарь висел низко над горизонтом, как нам это видится из тропической Африки? Или она горела высоко в северном небе, перещеголяв своих товарок среди Семи Сестер? Астрономы будут спорить об этом, пока не появится твердое доказательство какого-либо одного варианта. Но эти двое — самые подходящие кандидаты на роль той звезды, у которой более 2 миллионов лет назад закончилось топливо, и она взорвалась неподалеку от Земли. В то время Земля все еще была планетой обезьян.


Сверхновая, должно быть, озадачила приматов и сильно беспокоила их по ночам. Она была достаточно близко, чтобы светить ярче, чем полная луна, и сияла целые недели напролет. Не было ни шума, ни удара, ни какой-либо разрушающей жизнь лучевой болезни, чего вполне можно было ожидать, если бы взрыв был ближе. Однако в течение тысяч лет остатки сверхновой опыляли Землю колоссальными количествами заряженных частиц.
Эта же звезда одарила нашу планету большим количеством редких изотопов, полученных в результате ядерных реакций во время звездного взрыва. Они смогли достичь Земли только потому, что сверхновая оказалась от нас на расстоянии не больше ста световых лет, и это делает ее самой близкой из всех сверхновых, о которых мы знаем. Именно редкие изотопы позволили немецким астрономам узнать о произошедшем событии. И их открытие повлекло за собой дискуссию о том, какую роль, возможно, сыграли космические лучи, когда приматы делали первые шаги в развитии от обезьян к людям.
Геологи, палеонтологи и генетики уже нашли четкую связь между резким похолоданием, случившимся 2,75 миллиона лет назад, и изменением окружающей среды, которое привело к появлению первых орудий труда и отчетливо человеческих генов. Это ключевой момент для каждого, кто стремится осознать свое существование как мыслящего создания в хаотичной Вселенной. И если кому-то удастся найти надежное объяснение — оно станет жемчужиной в короне науки о климате, да и настоящим подарком для исследователей околоземного космоса.
До недавнего времени ученые, выстраивая различные гипотезы о причинах того похолодания, не отводили звездам никакой роли. В геологической ретроспективе оно было всего лишь очередным шагом вниз по лестнице все более усиливающегося холода, начавшего свое наступление 50 миллионов лет назад. 14 миллионов лет назад большая часть Антарктики была покрыта снегом, и вскоре (по геологическим меркам) Гренландия стала также оледеневать. Менялся и облик нашей планеты.

Огненное кольцо, где за последние несколько миллионов лет Солнце и Земля подверглись мощной атаке космических лучей от взрывающихся звезд, хорошо известно астрономам как Пояс Гулда. Основной «противник» — это массивные короткоживущие звезды, рассеянные по Поясу Гулда в скоплениях, именуемых ОВ-ассоциациями, но возможно, что и Плеяды, расположенные ближе к центру кольца, добавили свои залпы к артобстрелу.
В Африке по обеим сторонам Великой рифтовой долины поднялись высокие купола гор, перераспределив доступные осадки и тем самым обделив дождями Восточную Африку. Тем временем Индия втискивалась в южную часть Азии и подталкивала ближе к небу Гималаи и Тибетское плато. Так в субтропиках появился бассейн прохлады. Сближение Австралии с Азией преградило маршруты тропических океанских течений. И около 3 миллионов лет назад Северная и Южная Америки после долгого одиночного плавания соединились Панамским перешейком. Это оборвало существовавшую ранее связь между Атлантикой и Тихим океаном и заставило океанские течения работать по-новому.
Такая смена декораций, без всякого сомнения, помогла подготовить сцену для похолодания, выход которого из-за кулис состоялся 2,75 миллиона лет назад. Но географические изменения происходили постепенно, со скоростью дрейфующих континентов, а это примерно та же скорость, с которой отрастают ваши ногти. Предыдущий период, начавшийся 5 миллионов лет назад, был довольно теплым, уровень моря был на десять или двадцать метров выше сегодняшнего, а температуры — на несколько градусов выше, чем сейчас. Так кто же включил холодильную установку?
Такой импульс вполне могли послать звезды. В предыдущих главах мы постарались обосновать утверждение, что космические лучи — движущая сила изменений климата. Они объясняют разгульное поведение климата нашей планеты на протяжении миллиардов лет и рисуют очень подробную картину того, как он менялся в течение последних тысячелетий и последних десятилетий. Исключительно интересный эпизод смены климата, произошедший 2,75 миллиона лет назад, не соответствует ни той, ни другой временной шкале, однако нет никаких причин, по которым космические лучи следовало бы исключить из этой части нашего рассказа. Наоборот, они наверняка играли очень важную роль.
В своих блужданиях по Млечному Пути — о них говорилось в пятой главе — Солнце и Земля пришли к кромке рукава Ориона. Охлаждение, которому подверглась Земля, было вполне закономерным, так как космические лучи уже прошли свой путь от взорвавшихся родительниц, преодолели магнитное поле Галактики и теперь поджидали нашу планету. Близость сверхновой придала истории особую драматичность и причудливость.
То давнее вхождение Земли в рукав Ориона совпало с небольшим всплеском звездообразования — в космосе возникло взрывное кольцо огня, остатки которого мы видим сегодня как опоясывающую небо нить звезд, называемую Поясом Гулда. Последние несколько миллионов лет Солнечная система была похожа на компанию пожилых леди в маленькой лодчонке, по ошибке попавшей в самый центр Трафальгарского сражения.
Ясности ради в этой главе сначала будет дана хроника климатических и эволюционных событий, пока еще без астрономических пояснений, которых они могут потребовать. Затем мы вернемся к сверхновой, оказавшейся исключительно близко к Земле, о чем говорилось в самом начале книги — во введении, озаглавленном «Вкратце». В течение некоторого времени казалось, что эта сверхновая — самый подходящий кандидат на роль пускового механизма, вызвавшего грандиозное похолодание 2,75 миллиона лет назад, но сегодня это кажется менее вероятным. А закончится глава рассказом о том, как астрономы все еще ищут другие сверхновые, некогда бывшие близкими к Земле.
Когда Сахель стала пыльной
В 1995 году в Атлантическом океане к западу от Шотландии буровое судно «ДЖОЙДЕС Резолюшн»[85] добыло керн грунта с километровой глубины на плато Роколл. Когда керн был доставлен в Бременский университет, Карл-Хайнц Бауман и Роберт Хубер приступили к исследованиям и в том, как один цвет в отложениях сменял другой, разглядели ясные признаки наступления холодного периода. Время, когда дрейфующие льды достигли широт Роколла и сбросили свой груз, — это начало нынешней фазы в климатической истории Земли. С тех давних пор и по сей день значительная часть северных земель укрыта ледниковым покровом. Довольно часто лед расползался, охватывая большие площади, — мы называем эти периоды ледниковыми.
Чужеродные примеси впервые появились на банке Роколл 2,75 миллиона лет назад. Мы можем точно установить возраст слоев морского дна в этой части керна благодаря инверсии магнитного поля Земли, произошедшей в точно известное время. Предыдущие бурения в этом районе выявили наличие ледников, датируемых тем же периодом, — об этом говорит резкое повышение пропорции тяжелого кислорода в морской воде. 2,7 миллиона лет назад тяжелые ледяные ковры улеглись на Евразию и Северную Америку. Не вызывает сомнений, что климат тогда изменился кардинальным образом и мы до сих пор ощущаем на себе последствия этого изменения.
Чтобы увидеть, как сказалась перемена климата в тропиках, давайте отправимся от Роколла по Атлантическому океану на юг — к берегам Западной Африки. Моряки, следующие этой дорогой, привыкли к постоянной раздражающей пыли, которую ветер доносит с далекого берега. Это признак пустынь и полупустынь — за последние несколько миллионов лет они сильно разрослись и покрыли значительную часть континента.
Сахель, где осадки очень редки, а люди очень часто страдают от голода, — это район, окаймляющий Сахарскую пустыню с юга. В засушливый сезон северо-восточный ветер несет пыль Сахели далеко в море. В 1986 году было произведено бурение атлантического дна. Отложения, находящиеся на пути этого ветра, в 1500 километрах от берега, рассказали ученым о том, когда этот район стал безводным. Большие количества переносимой ветром пыли впервые появились на океанском дне около 2,8 миллиона лет назад. Вот тогда на континенте и начала воцаряться сушь.
В кернах, поднятых на других буровых площадках, ближе к побережью Западной Африки и у берегов Аравийского полуострова к востоку от Африки, можно видеть, что нанесенная ветром пыль фигурирует и в более ранние периоды. Это неудивительно: некоторые пустыни существовали даже тогда, когда мир был теплым. Однако начиная с момента, удаленного от нас на 2,8 миллиона лет, пиковые значения пылевых наносов возрастают, а ритм колебаний количества пыли замедляется. Питер Деменокал из Наземной обсерватории Ламонт-Доэрти близ Нью-Йорка изучал опустынивание Африки, исследуя пыль на морском дне. Свой первый доклад он сделал еще в 1995 году, но и после этого ученый продолжил свои поиски и сравнил океанские данные с результатами исследований окаменелостей, найденных на африканской суше. Он не скрывал своих мотивов: «Мы занимаемся этими изысканиями в надежде доказать, что изменения климата играли важную роль в происхождении человека»[86].
Все меньше осадков выпадало в Африке. Площади, занимаемые лесами, сокращались, и человекообразным обезьянам стало труднее отыскивать плоды смоковниц и прочую растительную пищу. На открывшихся пространствах обнаружилось много крупной дичи, однако челюсти приматов были плохо приспособлены к пережевыванию мяса. В сущности, как раз перемены климата и побудили предшественников человека вооружиться каменными орудиями с острыми краями, чтобы разрезать жесткое сырое мясо, доступное в африканских угодьях.
Рубила и новые жевательные мышцы
В 2000-м и 2001 годах были найдены ископаемые кости человекоподобных существ, умевших быстро передвигаться на двух ногах. Возраст находок определили в 6 миллионов лет. Это сильно озадачило исследователей, ведущих упорный поиск предков современного человека. Археологи стали находить похожие окаменелости в самых разных местах — в Кении, в Эфиопии, даже в Чаде, что было совершенно неожиданным, — и это породило горячие споры о том, где же все-таки возник человек, какую из современных стран следует считать его родиной. К сожалению, этот международный конкурс «Мисс Ева» показал лишь то, что умение встать на задние конечности еще не дает гарантии дальнейшего развития.
Различные виды первых обезьянолюдей, с любовным тщанием описанных палеонтологами, подготавливались природой несколько миллионов лет. По сравнению с их собратьями, обычными обезьянами, обезьянолюдей было совсем немного. Размер их мозга был маленький, поведение и питание оставались такими же, как и у обезьян. Если бы вы повстречали одного из этих двуногих, созданных в экспериментальной лаборатории матушки-природы, вы посчитали бы его всего лишь длинноногим шимпанзе.
Бассейн эфиопской реки Омо знаменит тем, что там найдены останки предчеловека и раннего человека. Данные об ископаемых животных, найденных там же, сообщают, что некогда в этом регионе росли обширные леса. Деревья начали потихоньку исчезать 3,5 миллиона лет назад. Когда мир значительно охладел, а это случилось 2,8 миллиона лет назад, число животных, приспособившихся к жизни на травянистых, кустарниковых равнинах, стало стремительно расти, и за какие-нибудь четыреста тысяч лет они превзошли численностью обитателей лесов. Именно в тот период человеческие существа сделали свой первый шаг к успеху.
Жизнь в целом приноравливалась к новым возможностям, открывшимся вместе с разрастанием африканских пастбищ. Грандиозное количество новых видов антилоп привлекало больших кошек и других потенциальных мясоедов. Но строение челюстей у обезьян и обезьяноподобных людей обрекало их на вегетарианский образ жизни. Чтобы есть сырое мясо, вам нужны либо острые клыки, либо острые режущие инструменты.
Самые древние доказательства человеческих навыков — это каменные орудия, обнаруженные в Эфиопии в 1990-е годы. Некоторым из них почти 2,6 миллиона лет. В бассейне реки Када Гоно многие орудия найдены вместе с отколотыми фрагментами, словно бы там было нечто вроде мастерских по производству инструментов для разделки животных. Каждое законченное орудие — так называемое рубило — представляло собой кусок камня с острой гранью. Делали их из небольших, размером с кулак, галек, вытащенных из местной речки. Для придания камню нужной формы требовались твердая рука и верный глаз. Неподалеку от Када Гоно, в отложениях Боури, были обнаружены кости животных с весьма необычными повреждениями, доказывающими, что древние люди использовали рубила, чтобы срезать с костей мясо и извлекать костный мозг. Ведущий эфиопский исследователь доисторических орудий, палеоантрополог Силеши Семау, работающий в университете Индианы, подчеркивал важность этого открытия в докладе, сделанном в 2000 году:

«Применение обработанных камней было технологическим прорывом, позволившим нашим предкам более эффективно использовать доступные пищевые ресурсы, к числу которых относились высокопитательное мясо и костный мозг животных. Обломки костей с надрезами, найденные в отложениях Боури, явным образом свидетельствуют о том, что мясо входило в рацион гоминидов позднего плиоцена 2,5 миллиона лет назад»[87].

Похожие рубила, но датируемые более поздним временем, ассоциируются с останками, которые, по общему мнению, считаются уже вполне человеческими. Речь идет о костях Homo habilis — человека умелого, которые в 1960 году раскопал в Танзании Джонатан Лики. Есть предположение, что эти первые люди питались, главным образом, подъедая добычу, оставленную другими хищниками. Около двух миллионов лет назад человек умелый сосуществовал с человеком рудольфским (Homo rudolfensis), персоной более значительной, хотя бы в силу своих размеров.
Почему же мозг человека достиг больших размеров, чем мозг человекообразных обезьян? В 2004 году ученые-медики, занимавшиеся исследованием мышечной дистрофии, сообщили об одном генетическом изменении, которое вполне могло инициировать рост мозга. Группа ученых под руководством Ханселла Стедмана из университета Пенсильвании идентифицировала общий для всех обезьян и приматов ген, получивший обозначение myhl6, который отвечает за толщину и силу волокон жевательной мышцы. Эта наиболее мощная из всех мышц жевательного аппарата словно бы сдавливает череп и ограничивает его рост.
Каждый живущий сегодня человек имеет мутированную форму этого гена, за счет чего его жевательные мышцы меньше, чем у приматов. Более слабые челюсти означают более плоское лицо, более мелкие зубы и более округлый череп. По мнению Стедмана, мутация дала мозгу человека возможность роста. С помощью генетических методов ученые решили определить, когда произошло это изменение, и получили ответ: приблизительно 2,4 миллиона лет назад.
Генетическая датировка недостаточно точна, чтобы сделать однозначный вывод относительно того, кто сотворил первейшие инструменты. По одному сценарию, это были обезьянолюди, жившие в те времена в Эфиопии, — они получили название австралопитеков гархи (Australopithecii garhi). Генетическая мутация могла в них закрепиться, потому что эти создания с маленьким мозгом уже имели рубила и могли выжить даже со слабыми челюстями. По другой версии, сначала произошло изменение челюстей, а затем более умные люди придумали рубила, хотя останки человека умелого или человека рудольфского датируются тем же временем, что и древнейшие найденные рубила.
Вот такой была эта удивительная последовательность событий — от наступления льда на севере до изменений жевательных мышц у приматов в Африке несколько сотен тысячелетий спустя. Понятно, почему поиск причины похолодания стал такой сложной задачей. И когда ученые обнаружили, что в дело вмешалась сверхновая, оказавшаяся слишком близко к Земле, — это добавило и ажиотажа, и противоречий.
Липучка для звездных атомов
Следы сверхновой были найдены на дне Тихого океана в виде редких, необычайно тяжелых атомов железа. В конкрециях нашей, земной металлической руды, усеивающих дно океана, они сохранились как чужеродные сувениры. В 1870-е годы английские океанографы, работавшие на борту корабля Ее величества «Челленджер», обнаружили в глубинах моря железо-марганцевые отложения — они либо выстилают дно плоской коркой, либо лежат в виде округлых желваков. Сто лет спустя вокруг этих отложений поднялась большая шумиха: посыпались предложения организовать их добычу для извлечения марганца, столь нужного промышленности.
В 1976 году немецкое исследовательское судно «Вальдивия» подняло с глубокого тихоокеанского дна образцы конкреций. В то время никто даже представить себе не мог, что железо-марганцевые отложения действуют подобно липкой бумаге, к которой приклеиваются прилетевшие со звезд атомы, и, следовательно, они сохраняют для нас хронологию событий, происходивших в далеком космосе. Но оказалось, что это именно так, когда в конце 1990-х команда, возглавляемая Гюнтером Коршинеком из Мюнхенского технологического университета, стала искать доказательства того, что за последние несколько миллионов лет по соседству с нами существовала хоть одна сверхновая звезда.
На бескрайних просторах Вселенной взрывающиеся звезды играют роль алхимиков. Ядерные реакции превращают одни элементы в другие, создавая строительный материал для планет и живых существ. Получившиеся в результате атомы рассеиваются в космосе, и некоторые из них могут в конце концов попасть на поверхность Земли. Однако ученые из Мюнхенского университета столкнулись с серьезными трудностями, когда попытались идентифицировать эти атомы.
В глубинах космического пространства звездное вещество становится чрезвычайно разреженным. Даже если бы сверхновая находилась действительно близко, очень немногие из вновь образованных атомов достигли бы Земли. Более того, наша планета и все, что на ней есть, вылеплены из элементов, произошедших из похожих источников — из звезд, что жили и умерли еще до того, как Солнце и его выводок планет появились на свет. Вы не сможете отличить обычный атом железа с недавно взорвавшейся сверхновой от такого же, но попавшего на Землю во времена сотворения мира.
Фокус заключался в том, чтобы найти такие атомы, попавшие к нам с взорвавшейся звезды, у которых сегодня на нашей планете не было бы двойников. Иначе говоря, они должны быть радиоактивными, но их возраст должен быть намного меньше возраста Земли — ведь аналогичные атомы, присутствовавшие при рождении планеты, давным-давно трансформировались в другие атомы. С другой стороны, слишком быстро распадающиеся радиоактивные атомы не смогут достичь Земли или исчезнут вскоре после своего прибытия, и современные следопыты не найдут их. Поле для поисков сузилось, и на нем остались атомы со средней продолжительностью жизни, а ученым лишь оставалось надеяться на то, что взрыв близлежащей сверхновой случился относительно недавно, так что хотя бы некоторые из атомов смогли выжить.
Самым лучшим кандидатом стал изотоп железа — железо-60, который значительно тяжелее обычных атомов железа-56. Период полураспада железа-60 составляет 1,5 миллиона лет, а его следы сохраняются еще более 10 миллионов лет. Физики определили, что атомы железа-60, вероятнее всего, зарождаются на сверхновых.
Чтобы найти такие атомы, пойманные в ловушку Земли, нужна исключительная квалификация, но Коршинек и его соратники, работавшие в своей лаборатории в Гаршинге, научном пригороде Мюнхена, обладали всем необходимым для работы. Огромный ускоритель частиц, совмещенный с масс-спектрометром, сортировал атомы по их весам, разгоняя частицы до высоких скоростей и заставляя отклоняться с помощью мощного магнита. Техника ловко наводила порядок среди атомов почти одинакового веса. Даже если бы на десять квадриллионов атомов нашелся всего один изотоп железа-60, аналитическая система в Гаршинге сумела бы распознать его.
Сенсационная новость была опубликована в октябре 2004 года, когда группа получила первое отчетливое свидетельство того, что некогда поблизости от Земли действительно находилась сверхновая. Железо-60 было обнаружено в образце железо-марганцевых отложений, помеченном ярлыком «237kd», он был приятно плоским, и, очевидно, формирование его шло по всем правилам подводной геологии. Около тридцати лет прошло с тех пор, как «Вальдивия» подняла его с пятикилометровой глубины и привезла на станцию на юго-западе Гавайев.
Это был не первый образец, исследованный Коршинеком и его группой. В 1999 году они нашли заметный след, оставленный несколько миллионов лет назад атомами железа-60 в образцах железо-марганцевой руды из другой части Тихого океана. Они изучили только три поверхностных слоя, данных было очень мало, а неточностей оставалось много. Но это раннее исследование служит важным доказательством того, что сверхновая оставила свои следы во многих местах, чего от нее вполне можно было ожидать.
Применение тонких технологий позволило провести более детальный анализ образца «237kd». На дне океана корка железо-марганцевых отложений набирала толщину очень медленно, со скоростью один сантиметр за 4 миллиона лет. Исследователи смогли определить возрасты двадцати восьми различных слоев, охватив период в 13 миллионов лет. Когда они посчитали атомы железа-60 с помощью масс-спектрометра, те в основном концентрировались в трех соседних слоях, приблизительно соответствующих возрасту 2,8 миллиона лет.
До этого само существование железа-60 в космосе было лишь теоретическим предположением, хотя и были косвенные указания на то, что атомы такого железа входили в состав древних метеоритов. Спутник НАСА «РЕССИ»[88] обнаружил железо-60 среди звезд как раз тогда, когда мюнхенская команда отыскала следы сверхновой в образце железо-марганцевой корки. Атомы железа-60 смешиваются с другими распознаваемыми продуктами недавних звездных взрывов в Млечном Пути, однако их можно выявить благодаря гамма-лучам, испускаемым в процессе радиоактивного распада. После вывода на орбиту в 2006 году спутника Европейского космического агентства «Интеграл» дело обнаружения в космосе железа-60 было поставлено на твердую основу.
«Космическая зима»
Астрофизики, все еще пытающиеся в полной мере понять звезды и получше разобраться в ядерных реакциях, происходящих во время разнообразных звездных взрывов, очень обрадовались найденному в космосе железу-60. Брайан Филдс из Иллинойсского университета давно предполагал, что близкорасположенные взрывающиеся звезды должны были оставить атомные следы на Земле. Он с энтузиазмом приветствовал результаты из Мюнхена:

«Это экспериментаторский триумф и веха на пути наших исследований…»[89] «Обнаружение железа-60 дает ученым надежду, что продолжение поиска радиоактивности в глубинах океана поможет лучше понять природу сверхновых звезд. Можно развернуть рассуждения в обратную сторону и использовать рисунок наблюдаемой радиоактивности, чтобы изучить „пепел“, оставшийся от ядерного горения сверхновой, — он может многое рассказать о ядерном огне, питающем энергией взрывающиеся звезды»[90].

Если же говорить о самих атомных детективах, то они пришли к четкому пониманию того, что сверхновая оказала воздействие на обитателей Земли и, возможно, имела отношение к происхождению человека. Об этом ясно говорит фраза, которой Гюнтер Коршинек и его коллеги завершили свой официальный доклад: «Взрыв сверхновой мог спровоцировать изменение климата и, возможно, внес значительные поправки в эволюцию гоминидов».
В своей работе они также ссылались и на теорию Свенсмарка о космических лучах, облаках и климате, говорящую о возможной связи между взрывами сверхновых и жизнью на Земле. Похожие соображения о роли, которую сыграла сверхновая, взорвавшаяся в относительной близости от Земли, уже высказывались и ранее. За несколько лет до описанных событий Брайан Филдс из Иллинойсского университета и Джон Эллис, теоретик из лаборатории физики элементарных частиц в ЦЕРНе, выдвинули предположение, что взрыв сверхновой мог вызвать то, что они назвали «космической зимой». О возможном влиянии космических лучей на облака Эллису рассказал другой физик из ЦЕРНа, Джаспер Киркби, который в свою очередь услышал это от Свенсмарка. Киркби уже занимался подготовкой проекта «CLOUD», и ему хотелось заручиться поддержкой коллег. Вот так и крутится колесо открытия, мало-помалу набирая обороты…
Гюнтер Коршинек и его команда в Мюнхенском технологическом университете пытались как можно более точно определить время, когда железо-60 попало на Землю, поэтому они со всем вниманием отнеслись к идее космической зимы. Коршинек обратился за консультацией к Эрнсту Дорфи из Института астрономии Венского университета — крупному специалисту по космическим лучам, испускаемым сверхновыми, — и тот подсчитал, что природные «ускорители частиц» в расширяющихся остатках взорвавшейся звезды должны выпекать заряженные частицы как блины в течение нескольких сотен тысяч лет после взрыва, поэтому интенсивность потока, омывавшего Землю, могла быть на 15 процентов выше обычного. Клаус Кние, ведущий автор работы об атомах железа-60, опубликованной в 2004 году, сделал публичное заявление, в котором следующим образом выразил свое мнение о возможной связи между взрывом сверхновой и историей рода человеческого: «Бомбардировка земной атмосферы космическими лучами, сопутствующая взрыву сверхновой, могла вызвать одновозрастное глобальное похолодание, которое запустило важнейшие процессы в эволюции человека»[91].

Сообщение мюнхенских ученых о сверхновой вызвало широкий интерес — ведь, по их данным, взрыв произошел примерно 2,8 миллиона лет назад, и это событие как нельзя более подходило, чтобы вызвать мощное похолодание и наступление льда, начавшиеся 2,75 миллиона лет назад. Но затем группа применила более точную технику для изучения другого образца железо-марганцевой корки и выяснила, что взрыв сверхновой случился позже. Это означало, что звезда взорвалась, когда оледенение уже началось на Земле. Вспышка сверхновой могла повлиять лишь на «зубец» похолодания 2,1 миллиона лет назад. Обезьяны, обезьянолюди и первые люди в любом случае не пропустили бы сияния в небесах.
Сторонники идеи космической зимы пережили временное разочарование. Определенно, это была не единственная сверхновая в нашем окружении, и, даже если она была ближайшей к нам, это не обязательно означает, что она была и самой влиятельной. Задача астрономов — распознать события, явленные в окружающем нас космическом пейзаже, и начать им следует с вопроса: где взорвалась звезда, существование которой подтвердили ученые из Мюнхена.
Возможные виновники
Чтобы доставить на Землю свои атомы железа-60 с расстояния, немногим превышающего сто световых лет, сверхновая должна была находиться в 20, максимум в 30 раз дальше от нас, чем ближайшая к Солнечной системе звезда — Альфа Центавра, довольно ярко сияющая на ночном небе (правда, в Южном полушарии). Сегодня все массивные звезды, готовые вот-вот переродиться в полноценные сверхновые, находятся намного дальше.
Одна из них светит с расстояния 400 световых лет. Это красный гигант Бетельгейзе — огромная звезда, украшающая плечо охотника Ориона (если, конечно, созвездие вообразить в виде человека). Масса Бетельгейзе, в пятнадцать раз превышающая массу Солнца, обрекает эту звезду на короткую жизнь и зрелищную смерть. Она уже раздулась до огромного красного шара, а значит, до взрыва ей остался только шаг. Чтобы вы могли составить себе представление о том, что такое световой год, приведем такой пример: если бы Бетельгейзе стала сверхновой на этой неделе, свет взрыва увидели бы только наши потомки, да и то не раньше двадцать пятого столетия.
Бетельгейзе принадлежит к так называемой ассоциации Орион ОВ1, куда входят яркие звезды из пояса Ориона. Ассоциации — это группы звезд, родившиеся в одно время и все еще находящиеся недалеко друг от друга. Масса одной такой звезды составляет от 10 до 30 масс Солнца. Эти жаркие звезды голубого цвета испускают сильное излучение. Так как они живут недолго, от 30 до 100 миллионов лет, ОВ-ассоциации — это наиболее вероятная сцена для выступления сверхновых. Спутник НАСА «Комптон»[92] выявил в скоплении Орион ОВ1 гамма-излучение, характерное для алюминия-26, «выпеченного» звездными взрывами за последний миллион лет.
Пояс Гулда назван в честь Бенджамина Гулда (1824–1896), американского астронома, первым привлекшего внимание ученых к этом звездному скоплению еще в 1870-е годы, когда он работал в Аргентине. В Поясе Гулда несколько ОВ-ассоциаций, соединившихся в эллиптическое кольцо длиной 2400 световых лет и шириной 1500 световых лет. Поскольку Солнце и его планеты находятся внутри Пояса Гулда, то небо вокруг нас просто усеяно взрывными ОВ-звездами.
В скоплении постоянно происходят своего рода цепные реакции: солнечные ветры и ударные волны от массивных звезд одного поколения уплотняют разреженный газ, заполняющий пространство между звездами; этот сильно сжатый газ порождает новые ОВ-звезды, которые тоже взорвутся в свой черед. В том участке галактического рукава Ориона, где находится сейчас Солнечная система, взрывы сверхновых заменили обычно холодный межзвездный газ намного более разреженной плазмой из наэлектризованных атомов, настолько горячих, что они излучают рентгеновские лучи. Астрономы назвали эту область «Местный пузырь». Кое-кто предпочитает название «Местный дымоход», так как сейчас ученые знают, что разреженный газ пересекает весь галактический диск, где сосредоточены звезды Млечного Пути. Горячая плазма фонтанирует в межгалактическое пространство.
В какую же эскадрилью звезд входила та, что взорвалась достаточно близко от Земли, чтобы забрызгать ее атомами железа-60? В течение последних нескольких миллионов лет взаиморасположение Солнца и его буйных соседей постоянно менялось. Временами зона звездных боевых действий оказывалась ближе к Солнечной системе, чем в нынешнюю эпоху. Спутник «ГИППАРКОС» составил довольно точную карту расположения и движений звезд, которая помогла астрономам разобраться в том, где же все-таки должен был находиться виновник.
Ученые выяснили, что наиболее вероятный кандидат — это скопление звезд, располагающееся в направлении Южного Креста и, таким образом, не наблюдаемое в Европе или Северной Америке. Речь идет о подгруппе Нижний Центавр — Южный Крест в ОВ-ассоциации Скорпион — Центавр, находящейся от нас сегодня на расстоянии около 400 световых лет. Согласно расчетам Хесуса Маиса Апельяниса из университета Джонса Хопкинса (штат Мэриленд, США), эта подгруппа всего несколько миллионов лет назад была ближе к Земле на 100 световых лет. Одна из внешних звезд этого скопления могла подойти к нам на расстояние 120 световых лет и затем взорваться.
Или же банда преступных звезд может скрываться на другой стороне неба, в созвездии Тельца. Самая известная там группировка — это Плеяды, ранее упоминавшиеся как Семь Сестер. Они расположены вне Пояса Гулда, но со звездами, входящими в пояс, их объединяет общее происхождение. Плеяды достаточно близко расположены, чтобы вы могли невооруженным глазом увидеть семь ярких голубых красавиц в сопровождении почти ста кавалеров. Расстояние до Плеяд все время увеличивается, а это значит, что раньше они были к нам ближе.
Самых больших ОВ-звезд в этом скоплении уже нет — они взорвались, не дожив до наших дней. Возможно, за последние двадцать миллионов лет как раз двадцать звезд и взорвались. Томас Бергхёфер из Гамбургской обсерватории и Дитер Брайтшвердт из Института внеземной физики общества Макса Планка в Гаршинге предположили, что ответственность за всплеск атомов железа-60 лежит на одной из исчезнувших звезд Плеяд.
Решение этого вопроса, вероятно, откладывается до обнаружения большего количества редких радиоактивных изотопов и в небе, и на Земле. На сегодняшний день сверхновая, разыскиваемая учеными из Мюнхена, — все еще загадка для астрономов. Оба варианта — Нижний Центавр — Южный Крест и Плеяды — могут оказаться ошибочными.
Барабанная дробь звезд
Искать другие сверхновые — самая последняя из забот. Хватило бы одной или двух, оказавшихся достаточно близко, чтобы оросить Землю экзотическими изотопами, поиск которых все еще продолжается — и в древних антарктических льдах, и на морском дне. Тем не менее даже если другие сверхновые в Поясе Гулда были слишком далеко, чтобы поставлять на Землю атомы, они все же могли спровоцировать рост космических лучей.
Статистические данные о Поясе Гулда позволяют предположить, что барабанная дробь звездных взрывов могла вызвать несколько таких скачков в течение последних трех миллионов лет, и каждый был способен повлечь за собой более или менее суровую «космическую зиму». Содержание тяжелого кислорода в микроокаменелостях на морском дне говорит о том, что было несколько особенно сильных похолоданий: 2,7 миллиона лет назад, 2,1 миллиона лет, 1,3 миллиона лет, 700 тысяч лет и 500 тысяч лет назад. Но чтобы связать их со сверхновыми, от астрономов требуется не статистика — от них требуются даты.
Прежде чем приступить к определению возрастов взорвавшихся звезд, необходимо их распознать, и наземные и орбитальные телескопы предлагают несколько способов решения этой задачи. Самое очевидное, с астрономической точки зрения, — это просто «увидеть» остатки сверхновых: они представляют собой облака звездных обломков, все еще полыхающие в видимом и невидимом свете. Однако собранный по всему небу урожай из 250 объектов сможет рассказать историю, простирающуюся в прошлое лишь на несколько тысяч лет.
Или же нужно хорошенько потрудиться, разыскивая радиоактивные атомы, оставшиеся после взрывов и все еще «засоряющие» небо. Эти атомы обнаруживают себя, испуская гамма-лучи определенных энергий, которые можно уловить с помощью орбитальных гамма-телескопов. Так, например, с помощью данных, полученных спутником НАСА «Комптон», Роланд Диль с коллегами из Института внеземной физики общества Макса Планка нашли различимые приметы алюминия-26, рассеянного по всему диску Млечного Пути рядом со скоплениями больших звезд. Гамма-лучи также говорят о радиоактивном излучении, поступающем из Пояса Гулда — в частности, от ассоциации ОВ-звезд Скорпион — Центавр — теперь эту группу также подозревают в том, что она могла быть источником железа-60, достигшего Земли.
Группа Роланда Диля прибегла к помощи европейского спутника ИНТЕГРАЛ[93], чтобы с высокой точностью просчитать эти гамма-лучи и вычислить общую массу алюминия-26, рассеянного в космосе: она в три раза превысила массу Солнца. Чтобы образовалось такое количество столь редких атомов, нужно, чтобы в Галактике каждые пятьдесят лет взрывалась одна массивная звезда, — и эта цифра совпадает с ожиданиями астрофизиков.
Пояс Гулда выгодно отличается от других групп звезд, потому что он расположен под углом к основному диску Галактики. Дальнейшая работа ИНТЕГРАЛа позволит уловить достаточно гамма-лучей, чтобы точно определить те области Пояса Гулда, где повышена концентрация алюминия-26 и других элементов, — такие области должны соответствовать остаткам сверхновых, которые не распознаются иными методами. Затем можно будет определить соотношение разных радиоактивных элементов и, таким образом, установить, как давно произошли взрывы.
Третий способ определения возраста сверхновых связан с нейтронными звездами. Нейтронные звезды — это сильно сжатые остатки ядер взорвавшихся массивных звезд. Их открыли в конце 1960-х благодаря тому, что для этих объектов характерно особое пульсирующее радиоизлучение (почему их и назвали радиопульсарами). С тех пор обнаружено более тысячи нейтронных звезд. Однако большинство этих скрытных особ звездного неба, возможно, молчаливы в радиодиапазоне, зато их можно распознать как пульсирующие источники рентгеновских и гамма-лучей.
Первым образцом такой радиомолчаливой нейтронной звезды стала Геминга, обнаруженная в 1973 году как яркий источник гамма-излучения в созвездии Близнецов. Ее отделяют от нас 500 световых лет, а несется она сквозь Галактику на огромной скорости. Геминга могла остаться от сверхновой, взорвавшейся около трехсот тысяч лет назад в созвездии Ориона — на расстоянии 1300 световых лет. В 1990-е годы спутник «Комптон» зарегистрировал двадцать неопознанных точечных источников гамма-лучей в Поясе Гулда, и среди них могли быть нейтронные звезды. Более точные результаты следует ожидать от спутника НАСА ГЛАСТ[94], выведенного на орбиту в 2008 году.
Поднять исследовательский дух могут два любопытных небесных объекта, которые служат весьма необычным доказательством существования сверхновой интересующего нас возраста. Если взрывается гигантская звезда, имеющая звезду-компаньона, кружащую по орбите вокруг нее, то выживший компаньон убегает со сцены, иногда даже с очень большой скоростью. Одного такого дезертира мы можем видеть сейчас невооруженным глазом в созвездии Змееносца. Это массивная голубая звезда Хан, или Дзета Змееносца. Линию полета дезертира можно проследить в обратном направлении до пересечения с траекторией другого беглеца — это уже нейтронная звезда: пульсар J1932. Оба происходят из подгруппы ассоциации Скорпион ОВ2 в Поясе Гулда. Так и видится картина: сверхновая выбрасывает из своего чрева нейтронную звезду, а компаньон Хан тут же уносится прочь, подобно камню, выпущенному из пращи. Ученые из Лейденской обсерватории в Нидерландах сделали необходимые расчеты и утверждают, что взрыв этой сверхновой произошел примерно миллион лет назад.

На этой условной карте, нарисованной голландскими астрономами, запечатлена ситуация, сложившаяся в Поясе Гулда миллион лет назад после взрыва сверхновой. Придя в ужас от коллапса, в бегство пустились две звезды — пульсар J1932, невероятно уплотненное ядро взорвавшейся звезды, и бывший массивный спутник звезды, ставшей сверхновой, — Дзета Змееносца, известная также как звезда Хан. (По данным Ронни Хогерверфа, Йоса де Брёйне и Питера Тима де Зеу, Лейденская обсерватория)
Может быть, со временем конкретные эпизоды похолоданий будет проще связать с увеличением заряженных частиц, извергнутых во время звездных взрывов. Как астроном, много лет изучающий гамма-лучи и пытающийся отыскать следы сверхновой, Роланд Диль размышляет об их значении для биосферы:

«Биологи говорят об экологических возмущениях, имея в виду то воздействие, которое ураганы, извержения вулканов и прочие стихийные бедствия оказывают на разнообразие форм жизни. Широко обсуждаются столкновения Земли с кометами и астероидами. Однако надо полагать, космические возмущения звездного происхождения тоже частенько играли определенную роль в истории Земли. Каков был эффект таких возмущений — это надо еще изучать. Увязать астрономию звездного окружения Солнечной системы с геологией и палеонтологией — трудная работа, но мы уже начали этот путь»[95].

Мало научных исследований имеют столь же сильную мотивацию: ведь ученые обещают пролить свет на те космические обстоятельства, которые способствовали появлению человека. С 1946 года, когда Фред Хойл в Кембридже призвал по-новому взглянуть на происхождение химических элементов, стало уже общим местом говорить, что мы произошли из звездной пыли. За исключением изначального, первородного водорода, каждый химический элемент в человеческом теле порожден той или иной звездой. Возможно, пришла пора нового осмысления нашей истории — истории, в которой мы, как разумные создания, обязаны своим существованием свету, более не сияющему в небесах. Неужели мы — дети сверхновых из Пояса Гулда, изменивших наш климат?
Ожерелье новых знаний
В этой главе мы побывали на морском дне близ берегов Африки и посмотрели на звезды Южного Креста. Среди экспонатов этой главы — заточенные каменные ножи и беглецы-пульсары. Предыдущие главы провели нас по оледеневшему перевалу Швейцарских Альп, по магнитной империи Солнца, по теперь уже удаленным спиральным рукавам Млечного Пути и соседним галактикам, все еще беспокоящим наш звездный мир. Мы спустились с вами и на уровень атомов, и лабораторный эксперимент раскрыл нам химические тайны обычных облаков. То, что мы предложили вам, — это ожерелье новых знаний, нанизанных на нитку космических лучей.
В течение девятнадцатого и двадцатого веков научные изыскания, нацеленные на то, чтобы понять, как же устроена природа, раскололись на множество узких специализаций. Таблички на дверях лабораторий с надписями «Антропология», «Астрофизика» или «Атмосферная химия» — это притязания на независимость. Ученым, придерживающимся традиционных взглядов, широкомасштабные исследования, описанные в этой книге, скорее покажутся смехотворными. И каким же образом, — спросят эти ученые, — маленькая группка людей, вовлеченных в эту работу, надеется внести сколь-нибудь заметный вклад в столь большое количество областей специализированных знаний? Наш ответ будет таков: когда учителя разделили содержание науки на легкоуправляемые и, казалось бы, самодостаточные предметы, они слишком мало знали о связях, созданных природой.
С каждым разом, с каждым шагом вперед независимость специализированных областей оказывается иллюзией. В двадцатом веке химия была вынуждена слиться с квантовой физикой, биология — с кристаллографией, геология — с исследованием планет, лун, астероидов и комет. Естествоиспытатели из поколения наших прадедушек сильно удивились бы, узнав о межнаучных связях, которые в наши дни стали уже привычными и проявляются даже в названиях научных дисциплин — таких как астрохимия, молекулярная экология или физика мозга. Исследователи, работающие на переднем крае науки, ныне понимают, что им пора перестать вести себя подобно членам эксклюзивных клубов и начать обмениваться имеющимися у них информацией и идеями. Криминалистика прошла путь от ручных луп и сравнения отпечатков пальцев до использования телекамер наблюдения и анализа ДНК. Так же и те, кто пытается отворить еще не открытые двери природы, должны соединить на своей связке ключи самого разного типа.
Начав с относительно простого утверждения, подкрепленного спутниковыми данными, о том, что космические лучи могут влиять на облачность, Свенсмарк волей-неволей втянулся в разработку новых тем: от физической химии рождающейся в небе серной кислоты до развития Галактики и от аномальной температуры в Антарктике до вечно меняющейся продуктивности биосферы. Ожерелье из космических лучей, облаков и климата почти готово, однако на нитке еще много места для других жемчужин. Изучение уже сделанных открытий и обоснование необходимых выводов могли бы обеспечить работой десятки научных руководителей и аспирантов. Некоторые из таких возможностей будут обрисованы в последней главе.