Доктор физико-математических наук М. Е. ГЕРЦЕНШТЕЙН
В «Химии и жизни» (1988, № 8, 9) был напечатан полудетектив П. Амнуэля «Следствие по делу о катастрофе», посвященный Тунгусскому метеориту. Публикация мне понравилась. В ней разбираются несколько версий: ядерный взрыв межзвездного корабля, Тунгусский метеорит — ядро кометы, шаровая молния или плазменный сгусток. Обращаю внимание читателей на то, что следствие не доведено до конца, и можно указать на новые обстоятельства.
ЧТО МЫ МОЖЕМ СКАЗАТЬ О КОСМИЧЕСКОМ КОРАБЛЕ ДРУГОЙ ЦИВИЛИЗАЦИИ?
Гипотеза о тунгусской катастрофе, как взрыве космического корабля с Марса, принадлежит фантасту А. Казанцеву.
Сейчас мы знаем физические условия на планетах Солнечной системы и можем с уверенностью сказать, что разумной жизни на Марсе, к нашему сожалению, нет, и космический корабль оттуда послать некому. Нет разумной жизни и на Венере, где атмосфера горячая и непрозрачная.
Но, с другой стороны, имеем ли мы право, находясь на заре космической эры, судить о том, каков межзвездный корабль другой цивилизации? Я думаю, что имеем. Опыт космонавтики приводит к выводу о том, что межпланетный корабль не совершит технически невыгодную, да и ненужную посадку не только на незнакомую, но и на свою родную планету. Как океанский корабль посылает на берег шлюпку, так космический корабль командирует вниз спускаемый аппарат. Вспомним, что так было при посадке на Луну (проект «Аполлон»), при исследовании Марса и Венеры. Почему этот опыт можно перенести на космонавтику далекого будущего?
Техника во все времена выбирает наиболее целесообразные и экономичные решения. Вспомним, что на Земле, на других планетах господствует притяжение. При старте и посадке оно создает перегрузку, а корабль не должен развалиться под действием своего собственного веса. Зато в космосе — невесомость! При достаточно продолжительных разгоне и торможении нагрузки малы. Благодаря этому корабль может быть сделан и легче, и дешевле. Какие бы ресурсы и материалы ни были у цивилизации, транжирить она их не будет. Намеренные или аварийные посадки невозможны. Поэтому космический корабль будущего, вероятно, начнут собирать, а при необходимости и ремонтировать в космосе, в невесомости. То, что корабль потерпел катастрофу, непреднамеренно столкнулся с Землей, на мой взгляд, совершенно исключается. Средства навигации кораблей далекого будущего должны быть гораздо лучше наших, надежность — выше, и логика здесь такая.
Планету исследуют во время полета вокруг нее. Затем опускают на ее поверхность компактные автоматы. «Пришельцы» эту стадию, видимо, уже провели, а мы и не заметили.
Следствие установило, что энергия взрыва Тунгусского метеорита в тротиловом эквиваленте — более десяти мегатонн. Это значит, что энергозапас якобы взорвавшегося корабля был еще больше. Вспомним Чернобыль — если бы при взрыве выделился весь энергозапас, последствия были бы еще кошмарнее. Для мягкой посадки автоматов и их возвращения нужна энергия всего от одной до ста тонн в тротиловом эквиваленте, так что объяснить случившееся взрывом спускаемого автомата нельзя.
Каков следующий этап после исследования планеты автоматами? Возможно, что цивилизация, освоив межзвездные перелеты, методами генной инженерии трансформирует биохимию и размеры нескольких своих представителей под земные условия. Для их высадки и возврата нужна энергия лишь в несколько килотонн.
Итак, мы исключили версию того, что взорвался исследовательский корабль (он не стал бы садиться), того, что взорвались автоматический зонд или спускаемый модуль (энергия их взрывов меньше реально известной).
Кое-кто из фантастов пишет, будто это было вторжение пришельцев. На корабле размещалось большое войско с техникой, и то, что он взорвался, якобы спасло человечество! Я не верю в это. Пришельцам перед высадкой пришлось бы переделать всю биосферу планеты «под себя», чтобы они смогли на ней жить. Но для этого им нужно было забросить на землю специально изготовленные одноклеточные с нужным обменом веществ — «их хлореллу», и было бы грандиозное сражение миров на одноклеточном уровне. И если победила бы «их хлорелла», то нас бы уже не было, а если бы победила земная жизнь, то вторжение было бы просто бессмысленно. С точки зрения пришельцев, правильней было засеять «их хлореллой» планету, где нет противодействия со стороны местных форм жизни.
На мой взгляд, сама идея «войны миров» — это эффектный сюжет для кино и фантастики, но вряд ли он когда-либо реализуется в жизни. Межпланетные войны просто не нужны развитой цивилизации. В самом деле: выгодно ли, например, для людей Земли отправиться завоевывать планетную систему ближайшей к нам звезды а Центавра (если у нее есть планеты)? Расстояние — четыре световых года, путь в один конец... Конечно, для людей Земли выгоднее было бы создать в межпланетном пространстве искусственные звездные города из материала Луны, Меркурия или астероидов, заселить Венеру и Марс.
Поэтому я считаю доказанным по аналогии, что версия тунгусской катастрофы как взрыва военного космического корабля отпадает по причине неэкономичности звездных войн.
КОМЕТА ЛИ ВЗОРВАЛАСЬ НАД ТУНГУСКОЙ?
Прежде всего хочу сделать заявление о принципиальной ошибке, допущенной следствием П. Амнуэля в баллистической экспертизе при анализе взрыва Тунгусского метеорита. Эта ошибка не позволила отвергнуть кометную версию. Конечно, страшно писать об ошибке, но недоверие к следствию не есть неуважение к суду.
Чтобы на меня не сердились высокоуважаемые следователь и эксперты, напомню, что астрономы не в первый раз забывают о законе сохранения импульса. Так, незадолго до второй мировой войны американский астроном Б. Рассел заключил контракт с издательством на написание популярной книжки о происхождении Солнечной системы. К счастью, раньше он этим не занимался. Поэтому свежим взглядом изучил литературу и впервые применил к гипотезам о происхождении Солнечной системы закон сохранения момента импульса. Момент импульса — это произведение импульса на расстояние от центра. Оказалось, что практически весь момент Солнечной системы заключен в планетах; а почти вся масса — в Солнце. Каким образом момент импульса был передан от Солнца планетам? Ни одна из теорий происхождения Солнечной системы не смогла ответить на этот вопрос, и именно об этой принципиальной трудности Рассел и рассказал в своей книжке «Солнечная система и ее происхождение» (она переведена на русский язык). Есть предположение, что момент импульса от Солнца планетам передало магнитное поле, но расчетов нет. Этот прецедент придал мне смелость.
Поэтому вернемся к взрыву так называемого Тунгусского метеорита и вспомним о забытом следователями импульсе. При движении тела в воздухе возникает баллистическая волна, характеристики которой зависят от скорости и размеров тела — вспомним, что пуля свистит, а снаряды воют. На возбуждение баллистической волны тратятся и энергия, и импульс.
Если взрывается неподвижная взрывчатка, то полный импульс равен нулю и продукты взрыва летят во все стороны примерно одинаково, воронка получается круглой. Зона разрушения тоже округла. Идеального круга в действительности, конечно, не бывает. Сказывается рельеф местности, к тому же сопротивление деревьев ударной волне различно — оно зависит от формы кроны, развития корневой системы.
Когда взрывается движущаяся взрывчатка, ее импульс не может исчезнуть. Он передается продуктам взрыва, которые летят в основном вперед. Если тело двигалось достаточно быстро, то зона разрушения напоминает длинный язык, вытянутый вперед. Что означает «достаточно быстро»? Кинетическая энергия движения больше внутренней энергии, выделившейся при взрыве. Следствие пишет, что волна была слабая — либо скорость не очень велика, либо размеры тела малы; важно то, что раз волна слабая, то потери энергии и импульса были малы. Однако при моделировании взрыва уважаемая экспертиза допустила неточность.
В публикации Амнуэля подробно рассказано о «следственном эксперименте»: «Вместо деревьев были поставлены спички, над ними повесили нить, изображающую путь болида», на нити укрепили заряды, которые последовательно взрывались. То есть заряды были неподвижны, и продукты взрыва — пороховые газы — летели во все стороны одинаково. Поскольку при взрыве движущегося тела это не так, приходится признать, что следственный эксперимент не создал картину взрыва кометы или метеорита.
Что же мы имеем для Тунгусского метеорита? Зона разрушения — не круг, она напоминает бабочку. «Длинных языков» заведомо нет. Таким образом, следует одно из двух.
1. Болид двигался почти вертикально вниз. Но этот вывод противоречит всем наблюдениям очевидцев. Сегодня, спустя 80 лет, им можно верить или не верить, однако лучше всего их проверить логикой: при вертикальном падении путь болида в атмосфере слишком короткий, он не успел бы затормозиться и неизбежно врезался бы в Землю, а не взорвался в воздухе, то есть версия болида неправдоподобна.
2. Внутренняя энергия, выделившаяся при взрыве, больше кинетической энергии движения в тот момент, значит версию кометы надо тоже отбросить.
Вывод о том, что внутренняя энергия взрыва была больше кинетической, впервые был получен А. В. Золотовым (хотя и из других соображений). Поэтому Золотов считал, что взрыв был ядерным.
О ШАРОВОЙ МОЛНИИ И ПЛАЗМЕННЫХ СГУСТКАХ
Версии о том, что Тунгусский метеорит — шаровая молния или плазменный сгусток (плазмоид), при первом чтении мне понравились, я даже их полюбил. Однако при повторном чтении я увидел ряд слабых мест, и любовь перешла в ненависть.
Спор с версией шаровой молнии — это «спор с тенью», ибо мы не знаем, что такое шаровая молния. В таких случаях лучше искать явные противоречия, а их так много, что искать пришлось недолго.
Убедительным доводом в пользу версий шаровой молнии, и плазмоидов П. Амнуэль считает то, что болид двигался вдоль силовых линий земного магнитного поля. Однако здесь автор неправ. Шаровая молния медленно плывет в любом направлении под действием даже слабых воздушных течений. Поэтому версия о шаровой молнии не проходит.
Достаточно сильное магнитное поле удерживает в токамаках плазму малой плотности. Тогда плазменный сгусток быстро вытягивается вдоль магнитной силовой линии. Однако болид видели как компактный светящийся объект. Вот и получается, что болид не мог быть плазмоидом. Более того, плотная плазма свободно движется и поперек магнитного поля (это следует из уравнений магнитной гидродинамики — при параметрах, указанных в статье П. Амнуэля, плазма магнитным полем с параметрами земного вообще не удерживается).
Гипотеза о двух плазмоидах, родившихся на Солнце и попавших почти на одно и то же место с интервалом более шести часов, тоже не проходит. Как сказал Галилей, «все-таки она вертится», и вместе с Землей вращается и ее магнитное поле. Поэтому два плазмоида, прилетевшие от Солнца один утром, другой после обеда, никак не могли попасть на одну и ту же силовую линию, проходящую через Южное болото.
Мы не знаем, что такое шаровая молния, но знаем (или думаем, что знаем), что такое плазма — газ из ионов и электронов (число их одинаково). Если плазмоид «родился» на Солнце, то чтобы плазма жила, температура ее должна быть почти в сто раз больше, чем температура воздуха. Если вспомнить газовые законы, которые часто спрашивают у поступающих на химфак, то при одном и том же давлении плотность плазмы будет меньше чем воздуха — в 5400 раз. Такое неплотное тело будет быстро тормозиться и после остановки всплывать вверх, как.. пузырь в воде. Казалось бы, это то, что надо, и можно поставить еще один плюс в пользу плазменной версии. Но не будем торопиться. Зададим вопрос, может ли плазменный сгусток пролететь от Солнца до Земли, не растаяв?
Известны плазменные конфигурации — компактные торы, в которых текут сильные токи, и магнитное поле тока не дает плазме разлететься. Торы живут, пока в плазме есть ток. Предположим, что тор образовался в природе. Солнечный ветер путешествует от Солнца к Земле несколько дней. Если плазмоид летел со скоростью солнечного ветра, то он должен прожить эти дни. Сторонник версии плазмоида обязан ответить на вопрос, при каких размерах и температуре плазмы компактный тор просуществует эти несколько дней? Надо учесть, что горячая плазма излучает энергию, падает температура, и еще быстрее — проводимость плазмы.
Зададим второй вопрос: что произойдет, если плазмоид влетит в земную атмосферу, где много нейтральных атомов? Плазма начнет остывать. А раз плазма остывает, то затухает ток и компактный тор исчезает, возможно, и со взрывом. Расчет должен ответить на вопрос, какое расстояние пролетит плазмоид в атмосфере? Элементарные прикидки приводят к выводу, что пролететь в земной атмосфере сотни километров, как пролетел Тунгусский метеорит, плазмоид не в состоянии.
А что, если плазмоид, войдя в земную атмосферу, превратится в гигантскую шаровую молнию? Про нее мы знаем очень мало — это почти «персона вне критики». Почти, потому что критика очевидна: если что-то имеет шаровую форму, то магнитное поле в этом объекте играет второстепенную роль. Поэтому я вправе задать вопрос: может ли плазмоид, удерживаемый магнитным полем, не потеряв значительной части энергии, превратиться в шаровую молнию? Нет, слишком это разные объекты.
Поэтому ясно, что версии шаровой молнии и плазмоида тоже не вполне состоятельны — очень многое в них не выяснено.
МОГ ЛИ ВЗРЫВ ПРОИЗОЙТИ ЕСТЕСТВЕННЫМ ПУТЕМ?
В природе обнаружены объекты, которые, как думали ранее, могут быть только рукотворными — очень уж сложны они в изготовлении и настройке. Это природный ядерный реактор, работавший на юге Африки, в Окло, около миллиарда лет назад («Химия и жизнь», 1980, № 6, с. 20—24.). Это космические мазеры — лазеры, работающие в радиодиапазоне.
До того, как они были открыты в природе, можно было считать, что в природе, в естественных условиях, эти явления просто невозможны. Но если вспомнить, как долго человечество шло к искусству выплавлять металлы, то можно удивиться, что на свете существуют медные и золотые самородки. Поэтому и нам надо преодолеть психологический барьер и искать естественные механизмы взрыва, в том числе и ядерного! Я хотел бы рассказать об одной «химической» версии, которая выглядит очень непривычно, но не может быть ни доказана, ни опровергнута. Высокую температуру и удельную энергию взрыва невозможно объяснить привычными химическими превращениями вещества на уровне наружных электронных оболочек. Но ведь при перестройке внутренних оболочек атома может выделиться гораздо больше энергии, чем при перестройке наружных оболочек.
В каких условиях? При больших давлениях в принципе возможна перестройка внутренней оболочки и образование веществ, неизвестных «земной химии». Сохранятся или разрушатся эти экзотические вещества при снятии давления? Если да, то они как бы запасут энергию, затраченную на их сжатие, и эта энергия выделится потом при их разрушении. Более научно так сформулировать вопрос: будет ли образовавшееся при больших давлениях вещество метастабильным при нормальном давлении, как, например, алмаз?
Метастабильных веществ с большим энергосодержанием, скорее всего, быть не может, но доказать это наука не в состоянии. Если они и есть, то эти «ненаучные» экзотические вещества могут образоваться при крайне жестких режимах. Вспомним, с каким трудом были получены искусственные алмазы. И неизвестно, нашли бы люди этот режим, если бы не знали, что алмазы существуют в природе.
Представим, что глыба такого вещества, образовавшегося где-то в недрах планеты при больших давлениях, влетает в земную атмосферу. При движении в плотных слоях атмосферы поверхность сильно нагревается, при высокой температуре глыба разрушается, выделяя большую энергию, температура растет и происходит взрыв.
Фантазия это или возможная версия? Не знаю. Это вопрос пока не существующей науки — химии внутренних оболочек атомов. Химия развивается. Ранее считалось, что инертные газы не могут образовывать химических соединений, теперь такие соединения известны, появилась химия инертных газов. Будем надеяться, что появится и химия внутренних оболочек. Кончаю тем же, что и П. Амнуэль — в проблеме Тунгусского метеорита много загадочного. Тем самым обе публикации отличаются от ряда парадных популярных статей недавнего времени, где авторам все ясно и просто до примитивности, как например, в «Науке и религии» (1988, № 5, 7). Я думаю, что статьи о нерешенных вопросах, интереснее и полезнее парадных.