Космос

За темной пылевой завесой в туманности Ориона разливается яркий свет горячих молодых звезд.

Художник Дж. Оллисон

Трапеция Ориона – четыре новорожденные звезды в туманности Ориона.

Художник Дж. Оллисон

Плеяды – скопление молодых звезд, недавно покинувших туманности, в которых они родились, с тянущимися за ними облаками подсвеченной пыли.

Художник Дж. Оллисон

Кто-то другой мог бы не обратить внимания на подобное наблюдение. Шесты, тени, отражения в колодцах, положение Солнца – какую ценность имеет все это для повседневной жизни? Но Эратосфен был ученым, и его размышления над простыми вещами изменили наш мир; в каком-то смысле они наш мир создали. Эратосфен догадался поставить опыт в Александрии и проверить, отбрасывает ли вертикальный шест тень в полдень 21 июня. Оказалось, что отбрасывает.

Эратосфен задался вопросом, как получается, что в один и тот же момент в Сиене шест не отбрасывает тени, а в Александрии, которая находится значительно севернее, тень отчетливо видна. Представьте себе карту Древнего Египта и два одинаковых вертикальных шеста – один в Александрии, другой в Сиене. Допустим, что в определенный момент оба шеста не отбрасывают тени. Это легко укладывается в сознании, если считать Землю плоской. Солнце должно находиться прямо над головой. Если шесты отбрасывают тени равной длины, это также вполне согласуется с представлением о плоской Земле: солнечные лучи должны падать на оба шеста под одним и тем же углом. Но как объяснить, что в один и тот же момент в Сиене тень отсутствует, а в Александрии она видна?

Плутон, покрытый метановой корой, и его спутник Харон.

Художник Дж. Оллисон

Эратосфен нашел этому лишь одно возможное объяснение: поверхность Земли искривлена. При этом чем больше кривизна, тем больше должна быть разница в длине теней. Солнце находится так далеко, что его лучи, приходящие на Землю, можно считать параллельными. Шесты, расположенные под разными углами по отношению к солнечным лучам, отбрасывают тени разной длины. Для того чтобы получить наблюдаемое различие между Александрией и Сиеной в длине тени, расстояние между ними по поверхности Земли должно составлять около семи градусов. Иначе говоря, если вы мысленно продолжите шесты до центра Земли, они пересекутся под углом 7 градусов. 7 градусов – это примерно 1/50 от 360 градусов, составляющих полную окружность Земли. Эратосфен выяснил, что расстояние между Александрией и Сиеной составляло около 800 км, наняв человека, который шагами измерил дистанцию. Умножив 800 км на 50, получим 40 000 км – такой должна быть полная длина окружности Земли.

Сатурн.

Модель А. Шеллера, Р. Стернбаха и Дж. Оллисона

Это правильный ответ. Единственными инструментами Эратосфена были шесты, а еще – глаза, ноги и голова. Плюс любовь к эксперименту. И этого оказалось достаточно, чтобы определить длину окружности Земли с погрешностью в несколько процентов. Замечательное достижение для эпохи, которую от нас отделяют почти 2200 лет! Эратосфен был первым, кто смог точно измерить размер нашей планеты.

Ио, один из крупных спутников Юпитера, самый близкий к нему.

Модель Д. Дэвиса

Средиземноморье в те времена славилось своими мореходами. Александрия была крупнейшим морским портом на планете. Если уж вы узнали, что Земля – сфера довольно скромного диаметра, то почему бы не отправиться в путешествие на поиски неизвестных земель и даже не попробовать обогнуть планету? За четыре столетия до Эратосфена финикийский флот по приказу египетского фараона Нехо[23] совершил плавание вокруг Африки. На хрупких, вероятно, открытых судах мореходы вышли из Красного моря, обогнули восточное побережье Африки и, достигнув Атлантического океана, вернулись по Средиземному морю. Это великое путешествие заняло три года – примерно столько же, сколько потребовалось современному космическому аппарату «Вояджер», чтобы долететь от Земли до Сатурна.

Гора Олимп на Марсе (высота 30 км, ширина более 500 км).

Модель Д. Дэвиса

После открытия Эратосфена храбрые и азартные моряки не раз пускались в грандиозные странствия. У них были крошечные корабли. Они владели лишь самыми примитивными навигационными инструментами. Они смертельно рисковали и до последней возможности старались держаться возле береговой линии. Находясь в открытом океане, они могли, ночь за ночью наблюдая положение созвездий относительно горизонта, определить свою широту, но не долготу. Вид знакомых светил вселял в них уверенность посреди неизведанного океана. Звезды всегда были друзьями исследователей – и тех, что когда-то вели свои суда по морским просторам Земли, и тех, что управляют космическими кораблями в небе. Хотя со времен Эратосфена многие пытались совершить кругосветное плавание, до Магеллана это никому не удавалось. Какие же истории о дерзновенных приключениях должны были слагаться, чтобы моряки и навигаторы, весьма здравомыслящие люди, доверяли свою жизнь математическим выкладкам ученого из Александрии?

«Портрет» Солнца.

Художник А. Норсиа

В эпоху Эратосфена уже создавались глобусы, представляющие, как выглядит Земля из космоса; они довольно точно отображали хорошо исследованный район Средиземноморья, но становились все более приблизительными по мере удаления от него. Для современных знаний о Космосе характерно то же неприятное, но неизбежное свойство. В первом столетии александрийский географ Страбон писал:

По длине тени в Александрии можно измерить угол А, но согласно элементарной геометрии («если две параллельные прямые пересечены третьей прямой, то внутренние накрест лежащие углы равны») угол B равен углу А. Так что, измерив тень в Александрии, Эратосфен пришел к заключению, что Сиена находится на расстоянии A = B = 7° от полной окружности Земли

…те, кто предпринял кругосветное плавание и затем возвратился назад, не достигнув цели, говорят, что они вернулись не потому, что наткнулись на какой-то материк, который помешал их дальнейшему плаванию, так как море оставалось открытым, но вследствие недостатка съестных припасов и пустынности мест. Эратосфен утверждает, что ‹…› если бы не существовало препятствия в виде огромного пространства Атлантического океана, то можно было бы проплыть из Иберии в Индию ‹…› возможно, что в одном и том же умеренном поясе два обитаемых мира и даже больше. ‹…› В самом деле, если [эта иная часть света] населена, то не такими людьми, какие живут в наших частях, и мы должны считать ее другим населенным миром[24].

Человечество отправлялось в полный риска и приключений путь к другим мирам.

Взгляд вверх со дна колодца в древней Сиене (неподалеку от современного Абу-Симбела, в Египте) стал, согласно местному преданию, отправной точкой для исследований Эратосфена, посвященных измерению окружности Земли

Дальнейшее исследование Земли стало начинанием глобального масштаба, включавшим путешествия в Китай и Полинезию. Его кульминацией, безусловно, было открытие Америки Христофором Колумбом, а также странствия нескольких последующих столетий, завершившие географическое исследование планеты. Первое плавание Колумба напрямую связано с вычислениями Эратосфена. Колумб был захвачен тем, что называл «Индийским предприятием», планом того, как достичь Японии, Китая и Индии, не следуя вдоль береговой линии Африки и далее на восток, но смело отправившись в неизведанный «Западный океан», – как говорил в своем поразительном пророчестве Эратосфен, «проплыть из Иберии в Индию».

Колумб был странствующим торговцем старинными картами и неутомимым читателем книг древних географов, в том числе Эратосфена, Страбона и Птолемея. Однако для того, чтобы «Индийское предприятие» стало осуществимо, чтобы корабли и команда выдержали долгие скитания, Земле следовало быть поменьше, чем вытекало из расчетов Эратосфена. Поэтому Колумб подтасовал его вычисления, что было совершенно надежно установлено исследованием, выполненным в Университете Саламанки[25]. Он взял наименьшее возможное значение окружности Земли и наибольшую протяженность Азии на восток из тех, что удалось найти в доступных ему книгах, да и ту увеличил. И если бы на пути кораблей не встретилась Америка, экспедиция Колумба непременно провалилась бы.

Сегодня Земля уже изучена во всех подробностях. На ней больше не осталось места для новых континентов и затерянных миров. Однако развитие технологии, позволившее исследовать и заселить самые отдаленные уголки Земли, теперь дает возможность выбраться в космос, узнать другие миры. Сегодня мы можем, покинув Землю, взглянуть на нее со стороны, увидеть сферу Эратосфеновых размеров и контуры континентов, подтверждающих замечательную осведомленность многих античных землеописателей. Какое удовольствие доставил бы подобный вид Эратосфену и другим александрийским географам!

(a) Плоская карта Древнего Египта. Когда Солнце находится прямо над головой, вертикальный обелиск не отбрасывает тени ни в Александрии, ни в Сиене

(б) Плоская карта Древнего Египта. Когда Солнце не находится прямо над головой, тень вертикального обелиска имеет одинаковую длину и в Александрии, и в Сиене

(в) Искривленная карта Древнего Египта. В Сиене Солнце может быть прямо над головой, а в Александрии – нет. Соответственно обелиск в Сиене не отбрасывает тень, в Александрии же в это самое время тень отчетливо видна

Именно в Александрии люди на протяжении шести веков, начиная примерно с 300 г. до н. э., в самом высоком смысле слова заложили традицию тех интеллектуальных приключений, которые привели нас к берегам Космоса. К сожалению, от того великолепного мраморного города ничего не осталось. Угнетение и страх познания стерли почти всю память о древней Александрии. Ее население было удивительно разнообразным. Македонские, а позднее римские солдаты, египетские жрецы, греческие аристократы, финикийские моряки, еврейские торговцы, заезжие гости из Индии и Центральной Африки – все они, за исключением бесчисленных рабов, жили в согласии и взаимном уважении почти все то время, что сохранялось величие Александрии.

Карты мира. Во времена Гомера мир ограничивался Средиземноморьем и считалось, что со всех сторон он окружен океаном. Эратосфен и Птолемей значительно усовершенствовали эту картину. В XI в. эти древние географические представления сохранялись арабами (которые дополнили их сведениями о Китае), однако были практически полностью утрачены европейцами, которые представляли себе Землю плоской, с центром в Иерусалиме. Последняя карта, составленная до открытия Америки (показан контур), была нарисована флорентийским астрономом Тосканелли. Вероятно, Колумб брал эту карту в свою первую экспедицию. Название «Америка», в память о друге Колумба Америго Веспуччи, было предложено в книге Вальдземюллера «Введение в космографию» (1507).

Публикуется с разрешения «Шотландского географического журнала» (Scottish Geographical Magazine)

Город был основан Александром Македонским и застраивался под управлением его бывшего телохранителя. Александр уважал чужую культуру и покровительствовал непредубежденному поиску знания. Согласно легенде – и не так уж важно, насколько она правдива, – он опускался на дно Красного моря в первом в мире водолазном колоколе. Он поощрял своих военачальников и солдат брать в жены персидских и индийских женщин. Он чтил чужеземных богов. Он коллекционировал экзотические формы жизни и прислал слона в дар своему учителю, Аристотелю. Город его возводился с размахом, замысленный как мировое средоточие торговли, культуры и образования. Украшением его стали проспекты 30-метровой ширины, величественные изваяния и архитектурные сооружения, монументальная гробница Александра и одно из семи чудес света – гигантский Фаросский маяк.

Маршруты некоторых важнейших исследовательских экспедиций

Но величайшим чудом Александрии была библиотека и связанный с ней музей (греч. мусейон – слово, буквально означающее учреждение, посвященное девяти музам и тем наукам и искусствам, которым они покровительствуют). Все, что осталось от знаменитой библиотеки в наши дни, – это сырой и заброшенный подвал Серапеума[26], крыла здания, которое первоначально было храмом, а затем стало служить знаниям. Но и здесь можно увидеть лишь несколько разрушенных полок. И все же когда-то это место было центром мысли и предметом гордости величайшего города на планете, первым в мировой истории настоящим научно-исследовательским институтом. Александрийские ученые исследовали весь Космос. «Космос» – это греческое слово, означающее порядок во Вселенной. Оно противоположно по смыслу слову «хаос» и подразумевает глубокую взаимосвязь всего сущего. Оно внушает священный трепет перед сложностью и изощренностью взаимосвязей, пронизывающих мироздание. Александрия дала приют сообществу ученых, занимавшихся физикой, литературой, медициной, астрономией, географией, философией, математикой, биологией и инженерным делом. Наука и образование достигли тут совершенства. Здесь процветала гениальность. Александрийская библиотека была тем местом, где люди впервые объединили на серьезной и систематической основе свои знания о мире.

Серапис – один из богов эллинистического мира. Культ Сераписа был введен в Египте Птолемеем I в III в. до н. э. Серапис сидит на троне, у его ног – Цербер, трехглавый пес преисподней

Помимо Эратосфена в Александрии жили: астроном Гиппарх, который составлял звездные карты и ввел систему оценки яркости звезд; Евклид, блестящий систематизатор геометрии, заметивший монарху, поставленному в тупик сложной математической задачей: «В геометрию нет царского пути»; Дионисий Фракийский, который выделил части речи и сделал для изучения языков то, что Евклид сделал для геометрии; Герофил, физиолог, установивший раз и навсегда, что вместилищем разума является мозг, а не сердце; Герон Александрийский, изобретатель цепной передачи и парового двигателя, автор труда «Automata» – первого сочинения о роботах; Аполлоний Пергский, математик, исследовавший формы конических сечений[27]: эллипса, параболы и гиперболы – кривых, по которым, как мы теперь знаем, движутся планеты, кометы и звезды; Архимед, величайший до Леонардо да Винчи гений механики; Птолемей, астроном и географ, собравший воедино многое из того, что сегодня составляет псевдонауку астрологию; его геоцентрическая система мира продержалась полторы тысячи лет – хороший пример того, что интеллектуальная мощь не страхует от смертельных заблуждений. Среди всех этих великих мужей была и великая женщина, Гипатия, математик и астроном, последнее светило александрийской науки, чья мученическая кончина связана с гибелью библиотеки спустя семь столетий после основания – история, к которой мы еще вернемся.

Александр Македонский в облачении фараона. В таком одеянии его могли видеть в Александрийской библиотеке

Эллинские цари, правившие Египтом после Александра, весьма серьезно относились к наукам. Веками они покровительствовали изысканиям и заботились о том, чтобы в библиотеке царила атмосфера, способствующая работе лучших умов своего времени. В здании, украшенном фонтанами и колоннадами, имелись десять больших научных залов, посвященных каждый своему предмету, ботанический сад, зоопарк, анатомический класс, обсерватория и огромная обеденная зала, где в часы досуга ученые мужи могли поспорить о своих идеях.

Так могли выглядеть утраченные книги Аристарха на полках Александрийской библиотеки

Но, конечно, сердцем библиотеки было собрание свитков. Создатели его прошлись частым гребнем по всем культурам и языкам мира. Они засылали в чужие пределы своих агентов скупать библиотеки. На торговых судах, швартующихся в александрийском порту, стражи искали не контрабанду, но папирусы. Свитки изымали, копировали и затем возвращали владельцам. Трудно назвать точные цифры, но, вероятно, библиотека содержала около полумиллиона рукописей, папирусных свитков. Что случилось с этими сочинениями? Создавшая их классическая цивилизация погибла, а библиотека была целенаправленно уничтожена. До наших дней сохранилась лишь малая часть собранных в ней трудов да немногочисленные разрозненные фрагменты. Сколько же несбыточных надежд внушают эти обрывки! Мы знаем, например, что на одной из полок библиотеки лежало сочинение Аристарха Самосского, доказывавшего, что Земля – одна из планет, которая, подобно другим, обращается вокруг Солнца и что звезды находятся чрезвычайно далеко. Эти выводы абсолютно верны, но нам пришлось ждать почти 2000 лет, пока истинность их не была вновь доказана. Если горечь от утраты Аристархова труда умножить в 100 000 раз, только тогда мы постигнем величие классической цивилизации и трагедию ее гибели.

Большой зал Александрийской библиотеки в Египте. Реконструкция на основе научных данных

Мы далеко превзошли науку, известную античному миру. Но в наших исторических знаниях остались невосполнимые пробелы. Представьте, какие загадки прошлого удалось бы разрешить, будь у нас читательский билет Александрийской библиотеки. Мы знаем, что там хранилась утраченная ныне мировая история в трех частях, написанная вавилонским жрецом Беросом. Первая часть освещала период от сотворения мира до Всемирного потопа, период, который длился 432 000 лет, то есть примерно в сотню раз дольше, чем по хронологии Ветхого Завета. Любопытно, что же там было написано?

Древние знали, что мир очень стар. Они пытались заглянуть в отдаленное прошлое. Теперь нам известно, что Космос гораздо старше, чем они могли себе представить. Мы исследовали пространственные масштабы Вселенной и увидели, что живем на ничтожной пылинке, крутящейся возле ординарной звезды в дальнем углу малозаметной галактики. Будучи лишь пятнышком в необъятности пространства, мы и в безмерности времени занимаем лишь мгновение. Теперь нам известно, что наша Вселенная – по крайней мере, ее последнее воплощение – имеет возраст около 15 или 20 млрд лет[28]. Именно столько времени прошло с того знаменательного события, которое мы называем Большим взрывом. В момент рождения нашей Вселенной не существовало ни галактик, звезд или планет, ни жизни и цивилизаций – только однородная расширяющаяся плазма, заполняющая все пространство. Этот переход от хаоса Большого взрыва к Космосу, который мы начинаем познавать, – самая невероятная трансформация материи и энергии, какую только нам посчастливилось наблюдать. Пока где-нибудь не отыщется более разумных существ, именно мы будем самым эффектным результатом этой трансформации – далекими потомками Большого взрыва, чье предназначение – познавать и преображать тот самый Космос, что вызвал нас к жизни.

Жизнь на Земле. Макрофотография клеща с пыльцой розы гибискус, сделанная сканирующим электронным микроскопом.

С разрешения Ж.-П. Ревеля, Калифорнийский технологический институт

Глава 2

Один голос в космической фуге

И приказано мне предаться Господу миров. Он – тот, который сотворил вас из праха.

Коран, сура 40

Древнейшая из всех философий, философия эволюции, была связана по рукам и ногам и брошена в тысячелетнюю тьму теологической схоластики. Но Дарвин влил новую кровь в старый сосуд, разорвал узы и воскресил древнегреческую идею, доказав, что она может служить более адекватным объяснением существующего порядка вещей, чем любая из тех схем, что легковерно принимались 70 поколениями суеверных людей.

Томас Генри Гексли. 1887

Мы должны допустить, что и все органические существа, когда-либо жившие на земле, могли произойти от одной первобытной формы ‹…› Есть величие в этом воззрении… и между тем как наша планета продолжает вращаться согласно неизменным законам тяготения, из такого простого начала развилось и продолжает развиваться бесконечное число самых прекрасных и самых изумительных форм.

Чарльз Дарвин. Происхождение видов. 1859[29]

Общность материи обнаруживается во всей видимой Вселенной, потому что звезды содержат многие из тех элементов, которые существуют на Солнце и на Земле. Примечательно, что некоторые элементы, наиболее широко распространенные в царстве звезд, в частности водород, натрий, магний и железо, принадлежат к числу наиболее тесно связанных с живыми организмами нашей планеты. Может ли быть, что звезды, по крайней мере ярчайшие из них, не являются, подобно нашему Солнцу, центрами и источниками энергии для планетных систем, пригодных для обитания живых существ?

Уильям Хаггинс[30]. 1865

Сколько себя помню, я всегда стремился узнать, есть ли жизнь где-нибудь еще во Вселенной. На что она похожа? Как устроена? На нашей планете все живое состоит из органических молекул – сложных микроскопических образований, в которых центральную роль играет атом углерода. Было время до появления жизни, когда бесплодная Земля прозябала в запустении. Теперь наш мир переполнен жизнью. Как она зародилась? Как вышло, что в отсутствие живого возникли органические молекулы на основе углерода? Каким образом эволюция жизни породила столь сложные существа, как мы с вами, способные исследовать тайну собственного происхождения?

Темные облака межзвездной пыли. Такие газопылевые комплексы содержат простые органические молекулы; отдельные частицы пыли могут состоять, в числе прочего, из органических соединений.

Художник А. Шеллер

А бесчисленные планеты, которые, возможно, обращаются вокруг иных солнц, – есть ли там жизнь? И если внеземная жизнь существует, то лежат ли в ее основе те же органические молекулы, что и на Земле? Похожи ли существа других миров на земные формы жизни? Или совсем непохожи – иное порождение иной окружающей среды? Что еще возможно? Природа жизни на Земле и поиски жизни за пределами нашей планеты – это две стороны одного вопроса, вопроса о том, кто мы такие.

В великой межзвездной пустоте встречаются облака из газа, пыли и органического вещества. Радиотелескопы обнаружили в космосе десятки разных органических молекул. Распространенность этих молекул заставляет думать, что необходимые для жизни вещества встречаются повсеместно. Не исключено, что в космосе жизнь с неизбежностью возникает и развивается, если ей на это отпущено достаточно времени. На некоторых из миллиардов планет Млечного Пути жизнь может не возникнуть никогда. На других она появится и погибнет или никогда не зайдет в своем развитии дальше простейших форм. Но есть горстка миров, где возможно появление разума и цивилизаций, более развитых, чем наша.

Время от времени приходится слышать: как удачно сложилось, что Земля идеально подходит для жизни – умеренные температуры, жидкая вода, кислородная атмосфера и прочее. Говорящие так путают, по крайней мере отчасти, причину и следствие. Мы, земляне, великолепно приспособлены к земной среде обитания просто потому, что здесь выросли. Те ранние формы жизни, что адаптировались не столь успешно, вымерли. Мы произошли от организмов, которые смогли приспособиться. А живые существа, которые эволюционировали в совершенно ином мире, будут, без сомнения, возносить хвалу именно ему.

Японский самурай в доспехах. Для японской литературы «Повесть о доме Тайра» имеет такое же значение, как «Илиада» для западной.

С разрешения Ч.-Ч. Ли