Глава 2. Свет — вестник из прошлого

Ночь 8. Два часа на беговой дорожке

К восьмому дню на станции Нур вошла в свой ритм. Она просыпалась, когда внутри спального мешка тихо жужжал будильник, расстёгивала мешок и выплывала в узкий коридор. Зубы она чистила пастой, которую можно глотать, потому что сплюнуть некуда — раковины нет. Лицо она умывала влажной салфеткой, а волосы мыла шампунем, который не нужно смывать. На завтрак был пакет каши, залитый горячей водой из маленького крана, и пакетик кофе, который пьют через трубочку.

Потом, как и каждый день, наступало время упражнений. В невесомости тело быстро замечает, что ему больше не нужно носить самого себя. Кости теряют часть прочности, а мышцы, особенно ног и спины, слабеют. Чтобы замедлить это, каждый на станции занимается около двух часов в день. Нур начала с беговой дорожки. Поскольку она бы просто уплыла с неё, на ней была упряжь с двумя эластичными ремнями, которые притягивали её вниз, к ленте. Ремни давили на бёдра и плечи, и бег казался одновременно странно тяжёлым и лёгким.

После дорожки был велосипед, у которого нет колёс и нет сиденья, на котором кто-нибудь по-настоящему сидит, а затем тренажёр для силовых упражнений. В нём нет гирь, потому что гиря не стала бы падать. Вместо этого он тянет её руки и ноги с постоянной силой, и она может делать приседания и подъёмы, как в спортзале на Земле. К концу её футболка была влажной. Пот в невесомости не стекает по телу. Он собирается на коже маленькими блестящими лужицами, и она вытирала его полотенцем. Позже машины станции соберут эту влагу из воздуха и снова превратят её в питьевую воду.

Остаток дня ушёл на техническое обслуживание: замену фильтра, проверку насоса, выполнение длинного перечня операций, присланного командами на Земле. В ту ночь перед сном Нур подошла к большому иллюминатору. Станция только что вошла в тень Земли. Когда свет в маленькой комнате был выключен, глаза постепенно привыкли к темноте, и звёзды проступали одна за другой. Она заметила то, о чём читала, но никогда не видела. Звёзды не мерцали. Каждая была спокойной, ровной точкой.

На Земле звёзды мерцают, потому что их свет проходит через подвижный воздух над нами, который чуть отклоняет его то в одну, то в другую сторону. Над воздухом свет ничто не тревожит. Нур долго смотрела на одну яркую звезду и думала о вопросе, который Сами прислал накануне вечером: «Когда я смотрю на звезду, я вижу её такой, какая она прямо сейчас?» Она знала, что ответ — нет. И знала, что именно в этом ключ ко всей истории начала.

Самый быстрый вестник

Свет — самое быстрое, что мы знаем. Он проходит около 300 тысяч километров каждую секунду. Этого достаточно, чтобы облететь Землю больше семи раз за одну секунду. Если включить лампу на кухне, свет достигает дальней стены так быстро, что это кажется мгновенным. Почти для любых целей в повседневной жизни можно считать, что свет приходит в тот же миг, когда уходит.

Возможно, вы уже знаете способ почувствовать разницу между быстрым вестником и медленным. Во время грозы сначала видишь вспышку молнии, а гром слышишь потом. Свет доходит до вас почти сразу, а звук, который движется почти в миллион раз медленнее, тратит по несколько секунд на каждый километр. Многие считают секунды между вспышкой и раскатом, чтобы понять, как далеко гроза. Астрономы делают нечто похожее с одним только светом, но их секунды превращаются в минуты, годы и миллионы лет.

Но свет не мгновенен. Ему нужно время, и в масштабах космоса это время становится очень заметным. Это один из самых полезных фактов во всей астрономии. Почти всё, что мы знаем о звёздах и галактиках, мы знаем благодаря свету, который они нам посылают. Свет — вестник, приносящий новости из остальной Вселенной. И, как любой вестник, проделавший долгий путь, он приносит новости, которые уже не совсем свежи.

Представьте письмо, которое прислала по почте подруга издалека. Открыв его, вы читаете о том, что она делала и чувствовала в тот день, когда его писала. К тому времени, как вы его читаете, она, возможно, уже переехала, сменила работу или забыла, что написала. Письмо правдиво, но это правдивая картина прошлого. Свет с неба похож на такое письмо. Он всегда говорит правду о том мгновении, когда отправился в путь, и никогда — о том, когда пришёл.

В случае со светом задержка зависит от расстояния. Чем дальше что-то находится, тем дольше путешествовал его свет и тем старше новости, которые он несёт. Вблизи задержка ничтожна. Вдали она становится огромной. Из этой простой мысли следует, что, глядя на небо, мы видим не одно-единственное мгновение. Мы видим одновременно множество разных мгновений прошлого, наложенных друг на друга, как страницы в книге.

Луна мгновение назад, Солнце минуты назад

Начнём с того, что рядом. Луна находится примерно в 384 тысячах километров от Земли. Её свет, а на самом деле это солнечный свет, отражённый её серой поверхностью, идёт до нас около 1,3 секунды. Поэтому, глядя на Луну, вы видите её такой, какой она была чуть больше секунды назад. Задержка почти слишком мала, чтобы иметь значение, но она реальна. Когда астронавты когда-то говорили с Землёй с Луны, в каждом разговоре возникала короткая пауза: их голосам, которые переносили радиоволны, движущиеся со скоростью света, требовалось это время, чтобы преодолеть расстояние туда и обратно.

Солнце гораздо дальше, примерно в 150 миллионах километров. Его свет идёт до нас около 8 минут. Значит, Солнце, которое вы видите на утреннем небе, — это Солнце 8 минут назад. Если бы Солнце вдруг как-то изменилось, мы бы не узнали об этом около 8 минут. Ничего подобного не случится, но мысль поразительная. Каждый восход, который Нур наблюдает со станции шестнадцать раз в день, на самом деле — картина Солнца, каким оно было несколько минут назад.

Планеты, что находятся между нами и звёздами, показывают ту же задержку вполне практическим образом. Роботизированными аппаратами, которые исследуют поверхность Марса, нельзя управлять как игрушечной машинкой с пульта. Радиосигнал идёт до них несколько минут, а иногда и больше двадцати, в зависимости от того, где Марс и Земля находятся на своих путях вокруг Солнца. Когда снимок от робота приходит на Землю, робот уже несколько минут стоит на месте. Поэтому команды, которые ими управляют, заранее планируют действия на каждый день и отправляют список команд, примерно как начальник, оставляющий записки для ночной смены.

За пределами Солнца расстояния резко возрастают. Ближайшая после Солнца звезда так далеко, что её свет идёт до нас чуть больше четырёх лет. Свет, пришедший от неё сегодня ночью, покинул её около четырёх лет назад. Большинство звёзд, которые вы можете увидеть невооружённым глазом ясной ночью, гораздо дальше. Их свет отправился в путь десятки, сотни или даже несколько тысяч лет назад. Часть звёздного света, попадающего сегодня в ваши глаза, начала свой путь ещё до рождения ваших бабушек и дедушек.

А дальше — галактики. Большая галактика под названием Андромеда, с которой мы как следует познакомимся в следующую ночь этой книги, находится примерно в 2,5 миллиона световых лет от нас. Слабое пятнышко её света, которое можно увидеть из очень тёмного места, покинуло её около 2,5 миллиона лет назад. Иными словами, свет, доходящий до ваших глаз от Андромеды, путешествовал дольше, чем существует наш собственный биологический вид. Более далёкие галактики, которые видят большие телескопы, посылают свет, покинувший их миллиарды лет назад.

Часовая загадка на небе

Очень долго многие мыслители считали, что свет действительно распространяется мгновенно. Другие подозревали, что ему нужно время, но измерить это никто не мог, потому что на Земле свет просто слишком быстр. Первое веское свидетельство того, что свету нужно время, пришло с неба — благодаря терпеливой работе молодого астронома по имени Оле Рёмер в 1676 году.

Рёмер изучал спутники планеты Юпитер. У Юпитера есть несколько крупных спутников, впервые увиденных в телескоп в начале XVII века, и они обращаются вокруг планеты, как стрелки очень точных часов. Один из них, ближайший к планете из крупных спутников, обходит Юпитер меньше чем за двое суток. Каждый раз, проходя за планетой, он исчезает в тени Юпитера, а затем появляется снова. Поскольку эти исчезновения происходят так регулярно, астрономы надеялись использовать их как небесные часы, которые моряки и картографы могли бы сверять откуда угодно.

Но была одна сложность. Исчезновения спутника не шли идеально точно. На протяжении месяцев в одни времена года они как будто наступали на несколько минут раньше, а в другие — на несколько минут позже. Рёмер заметил, что запаздывания подчиняются закономерности. Когда Земля на своём пути вокруг Солнца удалялась от Юпитера, исчезновения наступали всё позже и позже. Когда Земля приближалась к Юпитеру, они наступали раньше.

Объяснение Рёмера было простым и смелым. Спутник шёл абсолютно точно. Менялось расстояние, которое свету приходилось пройти до нас. Когда Земля находилась на дальней стороне своего пути, свету от системы Юпитера нужно было пройти лишние несколько минут, и известие о каждом исчезновении приходило с опозданием. Свет, заключил он, не мгновенен. У него есть скорость. Расчёты, сделанные на основе его работы, дали значение несколько меньше современного, но правильного порядка. Впервые у людей появилось представление о том, как быстро движется вестник.

В этой истории есть что-то очень человеческое. Рёмер не пытался совершить великое открытие о свете. Он пытался сделать часы получше, для практической работы. Он заметил, что часы ошибаются, и вместо того чтобы не обращать внимания на маленькую ошибку, отнёсся к ней серьёзно. Многие открытия в истории Вселенной начинаются именно так — с человека, который обратил внимание на мелочь, которая не сходится.

Смотреть далеко — значит смотреть назад

Поскольку свету нужно время, астрономы измеряют огромные расстояния в космосе тем, сколько времени свет тратит на их преодоление. Самая известная из таких мер — световой год. Световой год — это расстояние, которое свет проходит за один год. Это около 9,5 триллиона километров. Число настолько велико, что его трудно себе представить, но мысль, стоящая за ним, проста: один световой год — это сколько проходит самый быстрый вестник за год пути без отдыха.

Световые годы дают расстояние и время одновременно. Если галактика находится в 10 миллионах световых лет, её свет путешествовал 10 миллионов лет. Если галактика в миллиарде световых лет, её свет отправился в путь миллиард лет назад. Поэтому каждый раз, когда астрономы заглядывают глубже в космос, они заглядывают и дальше в прошлое. Телескоп, способный видеть очень слабые, очень далёкие галактики, — это и телескоп, способный видеть Вселенную, когда она была моложе.

Вот почему изучать начало Вселенной вообще возможно. Мы не можем вернуться на 13 миллиардов лет назад. Но свет, отправившийся в путь 13 миллиардов лет назад, всё ещё приходит сегодня из очень далёких мест. Собирая его, астрономы могут видеть галактики такими, какими они были, когда Вселенная была молодой, сравнивать их с галактиками рядом с нами и смотреть, как всё менялось. Это немного похоже на фотографии одного городка, сделанные за много лет и пришедшие по почте в один и тот же день.

Представьте, что вы работаете в ночную смену на большом предприятии и приходите как раз тогда, когда дневные работники уходят. Вы никогда не видите их рабочего дня. Но вы можете прочитать записки, которые они оставили, увидеть, какие станки ещё тёплые, какие коробки переставлены и какие работы сделаны наполовину. По этим следам можно составить хорошую картину того, что происходило без вас. Астрономы немного похожи на такого ночного работника. Они приходят спустя долгое время после того, как ранняя Вселенная миновала, но оставленный ею свет позволяет им восстановить её день.

Есть предел тому, насколько далеко в прошлое может отвести нас свет, и мы дойдём до него в одну из следующих ночей. До определённого времени вся Вселенная была заполнена горячим светящимся туманом, сквозь который свет не мог свободно проходить. Самый древний свет, который может до нас дойти, идёт из того мгновения, когда этот туман рассеялся. Дальше приходится пользоваться другими уликами. Но мысль везде одна: Вселенная оставила нам послания, и эти послания всё ещё приходят.

Это странная и чудесная вещь. Чтобы принять в ней участие, никакое особое оборудование не нужно. Каждый раз, глядя на звезду, вы получаете послание, которое было в пути годы или века. Прошлое не исчезло полностью. Часть его всё ещё идёт к нам, пересекая темноту со скоростью около 300 тысяч километров в секунду.

Сообщение для Сами

Нур ещё немного побыла в тёмной комнате, пока станция не вышла снова на солнечный свет и звёзды не погасли в его сиянии. Потом она вернулась в каюту, застегнулась в спальном мешке и написала брату: «Ответ на твой вопрос: нет. Звезду ты всегда видишь такой, какой она была, когда её свет отправился в путь. Солнце — 8 минут назад. Большинство звёзд — много лет назад. Далёкие галактики — миллионы или миллиарды лет назад. Смотреть далеко — значит смотреть назад».

Через несколько часов, стоя у обочины тихой дороги с чашкой кофе из термоса, Сами прочитал сообщение и посмотрел вверх через лобовое стекло грузовика. Звёзд было немного из-за фонарей вдоль дороги, но одну яркую над деревьями он нашёл. Он подумал о том, как долго шёл её свет — до самого его лобового стекла, в три часа ночи, посреди его рабочей ночи.

Если сегодня вечером у вас найдётся минута, вы можете сделать то же самое. Посмотрите на любую звезду, которую видно. Её свет отправился в путь давным-давно, ещё до того, как начались многие вещи, о которых вы беспокоитесь сегодня. Всё это время он был в дороге и приходит сегодня к вашему окну — заметите вы его или нет. В этом есть тихое ощущение, что вы не одни.

Распространённые заблуждения

Многие думают, что большинство звёзд, которые они видят ночью, уже погасли и мы видим только их старый свет. Верно, что звёздный свет стар, и верно, что звёзды не живут вечно. Но звёзды, которые видны невооружённым глазом, по астрономическим меркам находятся совсем близко. Почти все они — в пределах нескольких тысяч световых лет. Такие звёзды обычно живут миллионы или миллиарды лет. Поэтому их свет стар по человеческим меркам, но очень молод по сравнению с жизнью самих звёзд. Почти каждая звезда, которую вы видите сегодня ночью, по-прежнему светит.

Вторая распространённая ошибка связана с названием светового года. Поскольку в нём есть слово «год», многие думают, что это мера времени, как месяц или десятилетие. На самом деле световой год — это расстояние, около 9,5 триллиона километров. Он называется световым годом, потому что это расстояние, которое свет проходит за один год. Когда кто-то говорит, что галактика находится в миллионе световых лет, он сообщает вам, как она далеко, и заодно, не говоря этого прямо, — сколько времени шёл её свет.

Некоторые представляют себе, что астронавты на космической станции гораздо ближе к звёздам, чем мы на Земле. Станция находится примерно в 400 километрах над Землёй. Ближайшая после Солнца звезда — дальше чем в четырёх световых годах. По сравнению с этим расстоянием 400 километров гораздо меньше, чем толщина волоса по сравнению с шириной городской улицы. Нур видит звёзды яснее, чем вы, потому что на пути нет воздуха, и видит их без мерцания. Но ближе к ним она не стала ни на сколько-нибудь заметную долю. Со станции звёзды кажутся такими же далёкими, как с вашего порога, и во всех смыслах, которые имеют значение, так оно и есть.

Что станция действительно даёт Нур, так это вид из-за пределов воздуха, и именно поэтому некоторые телескопы отправляют в космос: не для того, чтобы быть ближе к звёздам, а чтобы уйти от воздуха, который размывает и задерживает их свет. Важен сам свет, и он честно хранит запись о месте, откуда пришёл. На своём долгом пути он может проходить сквозь пыль или немного отклоняться притяжением галактик, и астрономы учатся это учитывать, но ничто из этого не меняет того, где свет начал путь и что он оттуда принёс. Вот почему астрономы так ему доверяют, и вот почему в следующую ночь этой книги мы последуем за ним к открытию, которое вдруг сделало Вселенную гораздо больше, чем кто-либо представлял.