Как изменилась Вселенная за год?

Если сравнивать с возрастом обычного человека, Вселенная неописуемо древняя. Но даже за один год в ней происходят важные перемены. Сомерсет Моэм говорил: «Мы уже не те в этом году, кем были в прошлом; те, кого мы любим, тоже. Это счастливая возможность для нас: меняясь, продолжать любить изменившегося человека».

Каждый из нас по-своему провел этот год на планете Земля, пока она совершала полный оборот вокруг Солнца. Мы могли заметить ряд изменений (или даже событий), которые случились в нашей любимой Вселенной:

• пролет комет;
• прекрасный дождь метеоров;
• вспышка на соседней звезде;
• или даже катаклизм сверхновой,
• все это весьма очевидные изменения.

Обычно мы представляем себе год как довольно долгий период времени. С человеческой точки зрения, за 365 дней может произойти очень многое. Но с точки зрения Вселенной — которой 13,8 миллиардов лет — обычный год кажется мгновением. Если сравнивать возраст Вселенной с одним годом, он будет сравним с 0,2 секунды в жизни человека.

И все же за этот короткий промежуток, год, происходят субтильные изменения даже в нашей Солнечной системе, а также в галактике и Вселенной. Они ложатся в основу великих и медленных изменений, происходящих на грандиозных промежутках времени.

Вращение Земли замедлилось. Конечно, вы едва ли это заметите. Время, необходимое Земле, чтобы совершить полный оборот вокруг своей оси — день, — сегодня дольше на 14 наносекунд, чем было год назад. Но если ждать достаточно долго, то изменение будет существенным и ощутимым. Через четыре миллиона лет мы будем вращаться настолько медленнее, что нам придется отказаться от високосных годов: год будет точно состоять из 365 дней.

Также это означает, что на рассвете Солнечной системы день на Земле был еще короче: планета совершала оборот всего за 6-8 часов, а в году было больше тысячи дней. При этом медленное вращение — это только начало.

Луна оказалась дальше в этом году, чем была в прошлом. Опять же, вы вряд ли заметите это, но виной всему фундаментальный закон сохранения: закон сохранения момента импульса. Представьте систему Земля-Луна: оба тела вращаются вокруг свой оси, а Луна вращается вокруг Земли. Если вращение Земли замедляется, это значит, что она теряет момент импульса и требует чего-то в виде компенсации. Это «чего-то» и есть Луна, которая вращается вокруг Земли: она просто отходит дальше, выполняя закон сохранения.

Но за год вы вряд ли заметите это даже с хитроумными лазерами, рассчитывающими расстояние до Луны: разница в орбитах Луны увеличивается на пару сантиметров в год. С течением времени, если умножить ее на 650 миллионов лет, такая, например, вещь, как полное солнечное затмение, исчезнет, поскольку Луна будет достаточно далека.

Солнце немного жарче, чем было год назад. Но это условно, имейте в виду, поскольку вариации на Солнце превышают общий эффект потепления. Конечно, это никак не влияет на общую температуру Земли, так как светимость Солнца за год увеличивается примерно на 0,0000000005%.

Со временем, конечно, эта цифра становится куда внушительнее. Видите ли, Солнце преобразует материю в энергию, теряя порядка 10^17 килограммов массы в год, согласно уравнению Эйнштейна E=mc^2. Выжигая большую часть своего топлива, оно становится горячее, быстрее сжигает свое топливо, в результате чего общий выход энергии увеличивается. Через один-два миллиарда лет, Солнце станет достаточно горячим, чтобы вскипятить земные океаны, положив конец жизни на Земле. В конце концов, глобальное потепление, вызванное Солнцем, прикончит нас всех.

И это только в нашей Солнечной системе; галактика и то, что за ней, тоже изменились за год.

В нашей галактике родилась новая звезда, немного меньше Солнца. В Млечном Пути, в туманностях, постоянно рождаются звезды, которые приводят к появлению молодых скоплений звезд. Наша текущая скорость звездообразования — насколько нам известно — 0,68 солнечных масс в звездном эквиваленте каждый год. Но это в среднем. Вообще за сотню лет может появиться звезд на 100 солнечных масс, то есть порядка пяти легких звезд за один год. В действительности образование звезд — постепенный процесс, растянутый на миллионы лет. Но в среднем каждый год у нас появляется новая звезда, чуть менее массивная, чем Солнце.

С вероятностью в несколько процентов в нашей галактике появится сверхновая. Мы привыкли считать сверхновые чрезвычайно редкими событиями, поскольку с Земли в последние несколько раз мы видели невооруженным глазом лишь сверхновую Тихо в 1572 году и Кеплера в 1604 году. Однако с тех пор мы обнаружили и другие события сверхновых, включая Кассиопею в конце 1600-х и Стрельца в конце 1800-х. Ныне известно, если смотреть на другие галактики, что в нашей галактике сверхновых II типа в четыре раза больше сверхновых I типа, и что мы ожидаем от двух до семи событий сверхновых в сто лет.

Это число значительно выше, чем мы привыкли считать, поэтому шансы на то, что в прошлом году случилась сверхновая, весьма высоки. Если уж не в прошлом году, то на вашем веку точно.

И в масштабах Вселенной…

Вселенная стала холоднее за прошедший год. Послесвечение Большого Взрыва невероятно холодное: чуть выше абсолютного нуля. И все же такой температуры микроволновый фон достиг лишь спустя 13,8 миллиарда лет остывания; до этого он был достаточно горячим, чтобы ионизировать атомы, разрывать ядра и даже удерживать кварки и глюоны от образования отдельных протонов и нейтронов. Со временем расширение и охлаждение Вселенной снизят температуру фона до абсолютного нуля.

Года может быть недостаточно, чтобы заметить разницу, но мы в любом случае на шаг ближе. В этом году космический микроволновый фон на 200 пикокельвинов (2 x 10^-10 K) холоднее, чем был в прошлом году. Пройдет еще несколько десятков отрезков времени, равных текущему возрасту Вселенной, и мы вообще не сможем его обнаружить.

Наконец, 20 000 звезд становятся недостижимыми с каждым прошедшим годом. Темная энергия продолжает доминировать во Вселенной, заставляя темп расширения удаленных галактик увеличиваться. На определенной критической дистанции, примерно в 15 миллиардах световых лет, эти галактики удаляются от нас быстрее, чем излученный от них свет устремляется к нам. Из всех галактик, наблюдаемых во Вселенной, 97% исчезли навсегда. Но оставшиеся 3% тоже устремляются прочь от нас.

С каждым прошедшим годом примерно 20 000 новых звезд, до которых можно было добраться (со скоростью света), больше недостижимы, а это означает, что каждый год, когда мы не изучаем звезды, тысячи светил в тысячах звездных систем навсегда ускользают от нашего понимания.

Жизнь Вселенной может быть длинной, и год может быть коротким в великой схеме вещей, но все течет, все меняется. Если мы будем достаточно внимательно и достаточно пристально вглядываться, мы сможем почувствовать течение времени, протекающего мимо. Не только здесь, на нашей родной планете, но и в Солнечной системе, в галактике, во Вселенной за ее пределами.