4. Изотопы помогают солнечникам
Четыреста лет – большой срок в сравнении с масштабом человеческой жизни, но астрономы привыкли оперировать большими числами и хотят узнать и о том, что было на Солнце еще раньше. Тут на помощь совсем неожиданно приходит еще одна наука – изотопная геохимия.
Оказывается, солнечная активность записана в изотопном составе некоторых элементов «в слоях земных», как говорил М. В. Ломоносов. Происходит это так. Землю постоянно бомбардирует поток очень быстрых частиц, прилетающих из глубин нашей Галактики – Млечного Пути, а может быть, и откуда-нибудь подальше. На Земле эти частицы – их называют космические лучи – вступают в реакции с ядрами различных химических элементов, в результате чего образуются другие изотопы, например радиоактивный изотоп углерода. Чем больше космических лучей, тем выше его содержание в атмосфере и на поверхности Земли. Оттуда он попадает в деревья и откладывается в их годичных кольцах. Он попадает в полярные льды и тоже откладывается в годичных слоях этих льдов. Это очень интересно само по себе, но пока не имеет отношения к Солнцу.
Космические лучи должны как-то долететь до Земли. А этому мешает магнитное поле Солнца: в нем так или иначе запутываются заряженные частицы, из которых и состоят космические лучи. Поэтому, чем сильнее магнитное поле Солнца, тем меньше космических лучей долетает до Земли и тем ниже содержание радиоактивного изотопа углерода в соответствующем древесном кольце. Так можно пытаться проследить изменения солнечной активности за время, существенно превышающее четыреста лет.
Что тут сказать? Это очень косвенные измерения. Мы привыкли говорить о том, что астрономия, физика и математика – точные науки. Но мы входим в область геологии, странным образом пересекающейся с ботаникой. Известна шутка: если есть два геолога, то высказано три мнения по любому вопросу. Тем не менее геология доказала свою практическую важность – это особенно чувствуется в нашей стране, благосостояние которой, уж какое ни есть, основано главным образом на достижениях геологии. Мы почему-то до сих пор больше любим физику, с некоторой иронией относимся к химикам и совсем мало ценим коллег-геологов, не говоря уже о всяких ботаниках и историках, но нам приходится учиться у геологов, а конкретно – у геохимиков.
Геохимики подтверждают, что связь между солнечной активностью и содержанием радиоактивных изотопов действительно существует. Она их, правда, не очень интересует. Гораздо важнее знать, когда именно образовались те или иные геологические структуры – от этого прямо зависит разведка, скажем, новых нефтяных месторождений. До Солнца ли тут?! На этом фоне в качестве интересной, но побочной задачи изучаются и следы солнечной активности. Определение содержания радиоактивного углерода само по себе очень важно для геологии и, как ни странно, для археологии. По тому, как в процессе радиоактивного распада изменяется содержание радиоактивного углерода, определяется возраст разных геологических, а главное, археологических объектов. Археология появляется потому, что время, за которое распадается изотоп углерода (более аккуратно – период полураспада), сопоставимо скорее с временами, интересными археологам, а не геологам – у тех свои любимые изотопы.
Нужно, конечно, пересчитать и годичные кольца. С этим тоже непросто: есть старые деревья, но их возраст не беспределен. Однако дендрохронологи – люди, научившиеся хорошо считать эти кольца, – умеют сопоставлять кольца различных ископаемых стволов и так достраивать шкалу.
В итоге совокупные усилия специалистов разных наук позволяют отслеживать и дополнять запись солнечной активности до 10 000 лет. Безусловно, это гораздо более суммарная и приблизительная запись, чем та, которую дают прямые наблюдения с помощью телескопа.
Однако у научного доказательства есть своя специфика. В конце концов, наука родилась в жарких спорах древнегреческих мыслителей, имевших избыток свободного времени, на рыночной площади древних Афин. Поэтому элемент чисто человеческой убедительности сохраняется в науке до сих пор. В частности, широкие научные массы поверили в то, что сохранившиеся в астрономических архивах сведения о старых наблюдениях с помощью телескопов представляют интерес, только после того, как данные были подтверждены изотопными данными. Столь велик был и остается авторитет ядерной физики.
5. Что мы знаем о магнитных полях звезд
Солнце – более или менее рядовая звезда. Было бы странно, если бы солнечный магнетизм представлял собой уникальное явление во Вселенной. Однако это утверждение нуждается в доказательстве. Великий Аристотель завещал нам правило: в науке нужно доказывать. На каком уровне строгости и полноты – это уже другой вопрос.
Попытки наблюдательно изучить звездный магнетизм начались с 70-х гг. прошлого века. Астрономы попробовали прибегнуть в первую очередь к знакомым методам: изучить что-то наподобие эффекта Зеемана. Примерно в это время замечательный американский спектроскопист Олин Вильсон сформулировал и реализовал программу многолетнего мониторинга звезд, похожих на Солнце по своим физическим характеристикам, в двух спектральных линиях, которые, как свидетельствует опыт солнечной астрономии, говорят о поведении магнитного поля. По обозначениям этих линий H и K ионизованного кальция проект известен как «H-K-проект». Его удалось поддерживать в рабочем состоянии на протяжении 35 лет, потом он несколько преобразовался, но существует и до сих пор. Мы еще вернемся к его результатам, когда расскажем, что именно узнали астрономы про магнитные поля звезд, а сейчас поговорим о самих наблюдениях.
Если вы не король великой страны или не мультимиллионер, решивший потратить все свое состояние на предмет своего увлечения, – привет Третьякову, Щукину и Морозову – то поддерживать такой проект в рабочем состоянии вам будет необычайно сложно. Вы пишете первую заявку на грант, объясняете цели своего предприятия. Вам дают деньги на целых три года. Вы пишете блестящий отчет, и вам дают деньги еще на три года. Вы снова пишете отчет, и вам – уже менее охотно – дают деньги еще на три года. Дают их и еще раз, и опять дают, но говорят: нельзя ли заняться чем-нибудь еще, менее заезженным? Вы говорите, что на Солнце магнитное поле меняется с периодом в 22 года, у звезд этот период, наверное, примерно тот же. Ну хоть два-три периода отнаблюдать-то нужно! На вас смотрят как на идиота и спрашивают, давно ли вы смотрели на дату рождения в своем паспорте, и все в таком духе.
В «H-K-проекте» сменилось несколько поколений исследователей. В 1996 г. они опубликовали ставшую знаменитой обзорную статью по результатам проекта, в список авторов которой включили всех членов команды, многих посмертно. Пожалуй, самая трудная задача, которую они решали, – поиск денег для поддержания проекта. Это создает совершенно особую атмосферу в коллективе: войти в доверие этих людей совсем не просто.
Припоминаю, как я сам в конце 1990-х гг. решал эту задачу. Было очевидно, что мои работы интересны членам команды, а команда интересна мне – без этого не о чем было бы и говорить. Однако, как говорят математики, это условие необходимое, но недостаточное. К поездке в Гарвард, где работает группа, я готовился серьезно, принимая во внимание все соображения, которые приходили в голову. В частности, я обратил внимание на фамилию лидера проекта – Салли Балюнас. (Да, именно так нужно произносить ее фамилию. Baliunas – американская литовка, а американские чиновники отказались вписать в документы литовскую форму ее девичьей фамилии Baliūnaitė.) Я допускаю мысль, что не каждый читатель силен в тонкостях литовского языка, но дело в том, что моя жена тоже литовка, и за много лет совместной жизни я узнал много о стране и языке, что мне весьма пригодилось. Но этого все-таки было недостаточно, и меня выручило мое физфаковское образование: на первом курсе я неплохо научился стрелять из карабина в положении лежа. Оказалось, что муж Салли – Скотт – коллекционер оружия и большой любитель стрельбы. Правда, выяснилось, что я стреляю из карабина лучше. До сих пор храню мишени с этого стрельбища. Пикантности ситуации добавляет то, что как раз в то время члены какого-то стрелкового общества в Штатах устроили теракт, и на людей, отправлявшихся на стрельбище, смотрели косо. Но в целом все сложилось. Многие коллеги потом спрашивали, как мне удалось так подружиться с этой командой. Отвечал правду: смотрите, на ком женитесь, и выбирайте литовок.
