Космос: пространство и время

Серия начинается с краткого вступления, записанного президентом США Бараком Обамой. В этом вступлении описывается «дух открытий» и разъясняется цель сериала, которая состоит в том, чтобы привить этот «дух» зрителям^[26][27].

Эпизод открывается размышлениями Тайсона о важности оригинального «Космоса» и его целях. Он представляет зрителям «корабль воображения», один из элементов повествования в шоу, и при помощи него показывает настоящее, прошлое и возможное будущее Земли. Отправившись в полет на «корабле», Тайсон раскрывает зрителю т. н. «космический адрес» Земли, который начинается с названия самой планеты и заканчивается Сверхскоплением Девы и наблюдаемой Вселенной. Позже Тайсон объясняет, что человечество не всегда определяло «космический адрес» так, как сейчас, и описывает судьбу итальянского ученого эпохи Возрождения Джордана Бруно (при помощи нового элемента повествования – анимационных вставок), которого преследовала церковь за идеи о вращении Земли вокруг Солнца. Чтобы показать видение Бруно структуры космоса, использовалась анимированная адаптация гравюры Фламмариона, созданной в XIX веке и ныне ставшей распространенным интернет-мемом, обозначающим раскрытие тайн Вселенной.

Эпизод рассматривает различные аспекты происхождения жизни и эволюции. Тайсон рассказывает как об искусственном отборе путем разведения, используя пример одомашнивания волков и эволюции их в современных собак, так и о естественном отборе на примере эволюции белых медведей. Тайсон использует «корабль воображения», чтобы продемонстрировать зрителю ДНК, гены и процессы мутации, которые привели к тому многообразию видов, представленному Древом Жизни, какое мы знаем сейчас. Также объясняется каким образом мог развиться такой сложный орган, как глаз.

Эпизод начинается тем, что Тайсон разъясняет, как распознавание образов помогло первым цивилизациям сделать первые шаги в астрономии и астрологии, чтобы предсказать смену времен года, а также впервые рассмотреть появление кометы как знамение. Также Тайсон добавил, что происхождение комет было объяснено лишь в XX веке теорией Яна Хендрика Оорта о наличии вокруг Солнечной системы облака Оорта, откуда и прилетают все кометы.

Далее Тайсон описывает сотрудничество в Кембридже между Эдмундом Галлеем и Исааком Ньютоном в конце XVII века, которое привело к появлению на свет труда «Математические начала натуральной философии», описывающего физические законы в математических формулах. Труд был издан в нескольких томах, несмотря на попытки Роберта Гука присвоить часть лавров себе и бедственное финансовое положение Лондонского королевского общества. Также Тайсон объясняет каким образом этот труд бросил вызов устоявшемуся представлению о Боге, как перводвигателе во Вселенной, но в то же время повлиял на многие факторы современного мира, в том числе и на космические полеты.

Тайсон начинает эпизод с объяснений понятия скорости света и обсуждения того факта, что свет множества звезд и галактик в наблюдаемой Вселенной доходит до нас через миллионы лет после того, как он начал свой путь. Далее раскрывается как современная астрономия использовала этот факт, известный как концепция глубокого времени, чтобы вычислить дату Большого взрыва и возраст наблюдаемой Вселенной.

Тайсон продолжает рассказ повествованием о том, как труды Исаака Ньютона, Уильяма Гершеля, Майкла Фарадея и Джеймса Клерка Максвелла способствовали пониманию природы электромагнитных волн и гравитации, а также о том, как эти труды подтолкнули Альберта Эйнштейна к разработке Теории Относительности и пониманию света как фундаментальной константы вселенной, а гравитации – как искажения в пространстве-времени. Тайсон также описывает понятие темных звезд, которые, как утверждал Джон Мичелл, нельзя увидеть, но которые можно обнаружить по воздействию, которые они оказывают на другие, видимые, звезды, попавшие в их гравитационную ловушку. Этой идеей Уильям Гершель пользовался для обнаружения систем двойных звезд.

Тайсон после этого описывает черные дыры, их природу, их гравитационные силы, способные притягивать даже свет, и способность испускать рентгеновские лучи, что позволит их обнаружить, как была обнаружена черная дыра Лебедь X-1 в созвездии Лебедя. Тайсон использует «корабль воображения», чтобы показать черную дыру вблизи и рассказать о деформации ткани пространства-времени и релятивистском замедлении времени, как о событиях вблизи горизонта событий черной дыры, и что это может привести к путешествию в другие точки пространства и даже стать способом путешествия во времени. Тайсон заканчивает эпизод рассказом о том, как сын Уильяма Гершеля, Джон, был вдохновлен своим отцом и продолжил документировать известные звезды, а также сделал вклад в развитие фотографии, искусство которой также, как и астрономия, позволяет использовать концепцию глубокого времени.

Эпизод посвящён волновой теории света, изученной человечеством. Изучение света стало частью научного прогресса начиная с таких ранних экспериментов в этой области, как создание 2000 лет назад китайским ученым Мо-цзы камеры-обскуры. Тайсон описывает работу арабского ученого XI века Ибн аль-Хайсама, который, как полагают, был первым исследователем в области оптики, что привело к появлению телескопа, а также одним из первых, кто начал применять научный метод.

Эпизод посвящён рассмотрению космоса на микроскопическом и атомарном уровнях, для чего Тайсон использует «корабль воображения». Тайсон рассказывает о микроорганизмах, которые существуют внутри одной маленькой росинки, в том числе и об инфузориях и тихоходках. От этой темы он переходит к описанию того, как растения при помощи своих хлоропластов используют фотосинтез, чтобы преобразовать углекислый газ и воду в кислород и богатый энергией сахар. После Тайсон рассуждает о природе атомов и молекул и о том, каким образом это касается появления многообразия видов. В качестве примера он использует утверждение Чарльза Дарвина о существовании еще неизвестного в то время мотылька с самым длинным хоботком, Xanthopan morganii, основанное на том факте, что цветок орхидеи-кометы имеет длинную шпору с нектаром на дне. Далее он показывает, как запахи цветов стимулируют обонятельные центры мозга и каким образом это может вызвать различные воспоминания.

Эпизод посвящён тому, как научными методами был определен возраст Земли, и как Клэр Паттерсон (в анимационных вставках его озвучил актер Ричард Гир^[35]), занимавшийся этим вопросом в середине XX века, боролся с глобальным загрязнением природы свинцом. Тайсон сначала описывает как из разрозненных кусков материи через несколько миллионов лет после рождения Солнца сформировалась Земля. Так как ученые при помощи геологических исследований горных пластов могут проследить лишь события последних нескольких миллионов лет, то в качестве исходного материала использовались обломки упавших метеоритов, таких как те, что были найдены в Аризонском метеоритном кратере. Ученые знали, что метеориты прилетели из пояса астероидов, который появился в то же время, что и Земля, поэтому посчитали метеориты идеальным материалом для определения возраста Земли.

Тайсон в общих чертах обрисовывает работу Паттерсона как ученика Гаррисона Брауна, которая состояла в определении количества свинца в частицах циркона, взятых из метеорита в Аризонском кратере, в то время как Джордж Тилтон проделывал ту же работу, определяя количество урана; если бы удалось установить период полураспада радиоактивного урана в метеоритах, то можно было бы определить возраст Земли. Поняв, что не может получить правильный результат из-за загрязнения окружающей среды свинцом, что чрезмерно завышает этот результат, Паттерсон потребовал создание идеально чистого помещения, в котором он и определил возраст Земли в 4,5 млрд лет.

Эпизод рассматривает состав, строение и эволюцию звезд. Тайсон начинает с описания попыток первых людей связать звезды в созвездия и объяснить появление этих созвездий при помощи различных мифов и легенд (например, мифа о Плеядах). Далее Тайсон продолжает повествование, обратившись к теме того, как Эдуард Чарлз Пикеринг работал над одновременным фиксированием спектра нескольких звезд, и того, как помощницы Пикеринга, учетчицы Гарварда (или «гарем Пикеринга»), каталогизировали все спектры этих звезд. Среди учетчиц были Энни Джамп Кэннон, которая создала и развила Гарвардскую спектральную классификацию звезд, и Генриетта Суон Ливитт, которая обнаружила способ определить расстояние от Земли до каталогизируемой звезды, а также выявить ее состав. Позже к ним присоединилась Сесилия Пейн, которая завязала крепкие дружеские отношения с Кэннон, а также определила, что классификация, созданная Кэннон, связана с составом и температурой звезд.

Эпизод исследует палеогеографию Земли на протяжении миллионов лет и то, какое влияние оказало другое расположение материков на жизнь на планете. Рассказ начинается с повествования Тайсона о появлении 300 млн лет назад, во времена Каменноугольного периода, первых деревьев. Эти деревья были богаты лигнином и поэтому были несъедобны для микроорганизмов. Как следствие, когда деревья умирали, они не гнили, а постепенно превращались в каменный уголь. Примерно 50 млн спустя, в конце Пермской эпохи, вулканическая активность сожгла этот уголь, выпустив в атмосферу углекислый газ и ядовитые вещества, внезапно создав парниковый эффект, из-за которого температура в океане повысилась и метан со дна поднялся и тоже оказался в атмосфере. Эта катастрофа стала известна как Массовое пермское вымирание, во время которого погибло более 90% всех видов.

Тайсон рассказывает о тектонических плитах, которые формируют земную кору Земли. Также он приводит гипотезы, которые выдвигали различные ученые прошлого – гипотезу Абрахама Ортелия о том, что континенты когда-то были связаны, гипотезу Альфреда Вегенера о едином континенте под названием Пангея и дрейфе континентов, выдвинутую вопреки уже сложившемуся мнению о затопленных перешейках между материками; гипотезу Брюса К. Хизена и Мари Тарп, которые обнаружили на дне океана Срединно-Атлантический хребет, что подтверждало теорию о дрейфе континентов. Тайсон описывает то, как земная кора лежит на мантии, которая постоянно движется из-за высокой температуры и вращения внешнего и внутреннего ядра Земли.

Данный эпизод представляет собой обзор основных аспектов природы электромагнетизма, основанный по большей части на описании исследований Майкла Фарадея. Тайсон начинает с утверждения, что еще Исаак Ньютон высказывал предположение, что, кроме гравитации, должна существовать еще одна неизвестная сила природы. Рассказ продолжается в виде биографии Майкла Фарадея, который, будучи бедного происхождения, заинтересовался изучением электричества после того, как прочитал о нем в книгах и прослушал лекции Гемфри Дэви в Лондонском королевском обществе. Дэви взял Фарадея себе в ассистенты, прочитав его конспекты, написанные во время лекций.

На основе открытых Хансом Кристианом Эрстедом электромагнитных явлениях Гемфри Дэви и химик Уильям Хайд Волластон совершили несколько неудачных попыток по преобразованию электричества в движение; Фарадей, наблюдая за ними, создал собственное устройство, ставшее первым в мире электромотором. Позавидовав своему помощнику, Дэви отправляет Фарадея в стеклодувную мастерскую, чтобы тот открыл секрет знаменитого баварского стекла. Долгое время неустанно трудясь над этой задачей, Фарадей не достиг каких-либо результатов, так как секрет баварского стекла известен только его изготовителям и не может быть раскрыт. Только после смерти Дэви Фарадей вернулся в Лондонское королевское общество, но еще до этого он учредил Рождественские лекции, на которых преподавал науку детям. Также Фарадей продемонстрировал научному сообществу первый в мире электрический генератор, представляющий собой спираль из провода, внутри которой движется магнит (заряд возникает только тогда, когда магнит движется).

Эпизод по большей части посвящён исследованию жизни, её происхождению и возможности существования жизни на других планетах. Прежде всего Тайсон начинает рассказывать о том, как появление письменности позволило людям передавать знания следующими поколениям, и о принцессе Энхедуане, которая приблизительно в 2280 г. до н. э. стала одной из первых, кто поставил своё имя под собственными записями. Также Тайсон упоминает о царе Гильгамеше, который собирал различные истории, в том числе историю об Утнапишти, рассказывающую о Великом потопе практически идентично мифу о Ноевом ковчеге. Далее рассказ переходит к утверждению, что ДНК также может вести записи информации, чтобы способствовать размножению жизни, и ряду теорий о том, что жизнь могла зародиться на Земле, развиваясь из небольшого скопления химических соединений, или стать результатом столкновения с метеоритом, прибывшим с другой планеты. В последнем случае, как рассказывает Тайсон, теория была выдвинута после исследования метеорита, упавшего в 1911 г. возле деревушки Нахла, во время которого было обнаружено что он практически идентичен образцам почвы планеты Марс, добытым аппаратами программы «Викинг». Это и позволило выдвинуть гипотезу о том, что жизнь могла прибыть транзитом с Марса, а также исследовать возможность некоторых микроорганизмов пережить долгое путешествие сквозь космическое пространство. С движением множества солнечных систем через галактику на протяжении миллиардов лет планеты могли подобным образом обмениваться формами жизни.

Тайсон продолжает рассказ, подняв тему существования жизни на других планетах. Он объясняет, что проект 1940-х гг. под названием «Диана» показал, что радиоволны могут свободно проходить атмосферу, устремляясь в космическое пространство, и что все сигналы телерадиовещания, посланные человечеством, продолжают исходить от нашей планеты. После этого Тайсон отмечает, что в результате этого открытия было начато множество проектов по поиску сигналов от внеземных цивилизаций. Вычисления скорости развития и продолжительности существования цивилизации позволяют судить о реальности осуществления этих проектов. Тем не менее, есть вероятность, что цивилизации могли исчезнуть в результате взрывов сверхновых, стихийных бедствий (вроде возможного извержения супервулкана Тоба), а также уничтожить сами себя в процессе войны или другим образом – все это снижает вероятность обнаружения сигналов от них. Тайсон также описывает эллиптические галактики, в которых имеются старейшие красные карлики во Вселенной, которые могут предложить больше шансов для обнаружения внеземных цивилизаций. Эпизод завершается утверждением, что правильно организованное исследование других миров позволит человечеству покинуть Землю до того, как Солнце начнет превращаться в красного гиганта.

В центре сюжета данного эпизода находится явление парникового эффекта (открытого Жаном Батистом Фурье и Сванте Аррениусом), его причины, и доказательства существования глобального потепления, возникшего под влиянием различного рода деятельности человека. Тайсон в качестве наглядного примера выбирает обширную историю планеты Венера; согласно ряду исследований Венеры, когда-то она была очень похожа на Землю – на ней были океаны и материки, а также кислородная атмосфера – но увеличившаяся вулканическая активность вызвала значительное повышение уровня содержания углекислого газа в атмосфере, в результате чего Венеру накрыло плотным слоем облаков, температура на планете повысилась, а океаны выкипели.

После этого Тайсон рассказывает о том, что свойства углекислого газа таковы, что увеличение его концентрации в атмосфере вызовет изменение климата, и официально доказано, что с начала XX века уровень его содержания в атмосфере неизменно растет. Несмотря на возражения, было также доказана при помощи уникальной изотопной подписи этого диоксида углерода, что это повышения вызвано не природными явлениями вроде извержений вулканов, а использованием нефти, угля и природного газа в качестве топлива. В результате средняя температура на Земле поднялась, что вызвало положительную обратную связь и таяние полярных ледников.

Тайсон начинает эпизод с того, что демонстрирует зрителю внутренние помещения древней Александрийской библиотеки, смоделированные на компьютере. Он рассказывает о том, что здесь хранились знания со всего мира, а доступ к ним предоставлялся лишь ограниченному кругу людей. В результате, когда Александрийская библиотека была разрушена, большая часть этих знаний была утеряна. На данном примере Тайсон демонстрирует тот факт, что накопленные человечеством знания не нужно запирать, так как они должны принадлежать всему человечеству.

Тайсон переходит к повествованию об открытии Виктора Гесса, который, совершая полет на воздушном шаре, выяснил, что с увеличением высоты интенсивность радиации растет – он открыл космическую радиацию. Позже швейцарский астроном Фриц Цвикки, в ходе исследования сверхновых звезд, открыл, что космическая радиация исходит от них. Продолжив свои исследования на основе шкалы расстояний до сверхновых, Цвикки выдвинул теорию о существовании темной материи, так как значение вычисленной им массы вещества во Вселенной было слишком мало. Первоначально эту теорию не приняли всерьез и забыли, но позже Вера Рубин, исследуя звезды в рукавах некоторых галактик, пришла к тому же выводу, а так как звезды двигались вокруг центра галактики намного быстрее, чем предполагали гравитационные силы, она выдвинула теорию о существовании также темной энергии. На данный момент темная энергия принимается как основная причина все возрастающей скорости расширения Вселенной.

Далее Тайсон начинает рассказывать о двух аппаратах программы «Вояджер». Помимо демонстрации некоторых особенностей различных планет Солнечной системы, «Вояджер-1» помог открыть гелиосферу Солнечной системы, которая ограждает планеты от воздействия радиации межзвездных ветров. Также Тайсон рассказывает о роли Карла Сагана в программе «Вояджер», о создании Золотой пластинки «Вояджера», своего рода капсулы, несущей сведения о человечестве и его положении во вселенной, а также о намерении сфотографировать Землю с орбиты Нептуна, что привело к появлению знаменитой фотографии Pale Blue Dot. Тайсон завершает сериал сообщением Сагана о необъятности космических просторов, поощряющем зрителей исследовать то, что может предложить Вселенная.