Калеб Шарф - Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной

• Название: Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной
• Автор: Калеб Шарф
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2015
• ISBN: 978-5-17-091484-5

Одиноки ли мы во Вселенной? Какие условия необходимы, чтобы возникла планета, пригодная для жизни? Надеется ли современная наука на встречу с внеземным разумом? И прав ли был Николай Коперник, когда утверждал, что мы сами и наше место в мироздании ничем не примечательны? Чтобы ответить на эти вопросы, астроном и астробиолог Калеб Шарф приглашает читателя в увлекательное путешествие по последним достижениям самых разных наук – от истории естествознания до космологии и от вирусологии до ядерной физики.

---

Рис. 6. Тройная туманность.

Фрагмент изображения, полученного при помощи Космического телескопа им. Хаббла, с врезкой, показывающей в увеличенном масштабе отдельную часть изображения. Выступы и гребни плотного межзвездного газа освещены ближайшими звездами. (Дж. Хестер, Университет штата Аризона, и Институт исследований космоса с помощью космического телескопа, НАСА/ЕСА).

Если смотреть с Земли, Тройная туманность – это межзвездная структура, похожая на цветок с тремя лепестками размером в поперечнике примерно в 25 световых лет, находящийся в более чем в 5000 световых лет от нас. В этой туманности разыгрывается неспешная драма, эхом повторяющая зарождение нашей планеты. Хотя на долю туманностей в нашей Галактике приходится лишь около пяти процентов межзвездного вещества, именно в таких местах газ особенно сгущается и формирует новые планеты и звезды – вот уже миллиарды лет.

В космической гуще пыли и молекул газа в Тройной туманности уже таятся массивные звезды. Некоторые из этих объектов в десятки раз больше Солнца, а в результате они и жарче, и ярче. Их излучение разливается по Тройной туманности, словно пламя, лижущее бумагу. Гигантские фронты мощного ультрафиолетового излучения обжигают более холодный межзвездный газ, рассеивают его и заставляют принимать причудливые, поистине скульптурные формы. Когда испаряется менее плотное вещество, становятся видны острые выступы и гребни более плотного газа.

Давление потока света и частиц, подобное ударной волне, способно запустить конденсацию вещества туманности, и она схлопнется под собственным весом. Газ, едва заметный человеческому глазу, перейдет ту грань, за которой гравитация берет верх и начинает создавать новые звездные системы, выдирая куски плодородной туманности протяженностью во много световых лет. Время идет, и то же самое мощное излучение помогает испарить не пригодившийся газ, оставляя плотные яйцевидные области[65], в которых могут формироваться звезды вроде нашего Солнца с их планетами.

Тут за дело берется гравитация – она скрепляет вещество в этих структурах, особенно в областях ближе к центру. Вещество с ускорением стремится к этим конгломератам и налипает на них. Иногда этому способствует все то же внешнее давление, в том числе ударные волны от взрывающихся поблизости солнц. В ядре этих областей зарождаются зачатки звезд, так называемые протозвезды – растущие шары бурлящего вещества. Разогревающийся газ притягивает своим весом вращающееся вокруг него по орбите вещество, которое образует огромный диск, раскинувшийся в сто, а то и в тысячу раз дальше, чем радиус земной орбиты; часть этого вещества вливается в протозвезду, а часть остывает и конденсируется, создавая дополнительную пыль, крупицы изо льда, молекул углерода и силикатов.

Иногда они слипаются и разрастаются до размера в несколько десятков сантиметров, летают, пухлые и липкие[66], в облаке остального газа и притягиваются к протозвезде. Однако спиральное движение вещества не всегда их разрушает, а иногда помогает расти дальше. Пролетая по сгущающемуся диску вещества, эти комочки набирают вес, и многие из них всего за тысячу лет разрастаются до сотен метров в диаметре. Причем процесс этот ускоряется – ему способствуют гравитация, турбулентность и случайное сгущение вещества, и благодаря всему этому возникают так называемые планетезимали. Эти примитивные тела могут разрастаться до 200, а то и до 800 километров в диаметре за период от десяти тысяч до миллиона лет, в зависимости от того, где именно обретаются. На первый взгляд не скажешь, но на самом деле это процесс очень быстрый – от рыхлого облачка до полноправной планеты в мгновение космического ока!

Ближе к центральной протозвезде, которая бурно развивается и становится все горячее и компактнее, испаряющихся тел все меньше. Там жарко, поэтому лед быстро тает, однако молекулы воды могут формировать в диске слоистый газ. Но ближе к внешнему краю этого диска из всевозможного вещества, за «границей вечных снегов»[67] (очаровательный термин, правда?), царят низкие температуры, и замерзшая вода становится весьма существенной составляющей частью «кирпичиков», из которых строятся все более крупные и массивные объекты. В этих зонах могут формироваться колоссальные планеты – исполинские ледяные сферы, захватывающие молекулярный газ своим мощным гравитационным полем и превращающиеся в гигантов вроде Юпитера и Сатурна.

Кроме всего прочего, в этом огромном диске складываются отменные условия для всевозможных химических реакций. Атомы и молекулы формируют головокружительное множество соединений. К тому же вещество туманности проводило само над собой самые разные химические эксперименты задолго до того, как очутилось в подобной ситуации. В межзвездном сумраке были найдены молекулы воды, окиси углерода и углекислого газа, а также свыше 180 разных других веществ – и все они создаются посредством простых химических реакций с участием отдельных атомов и ионов.

Так вот, в гуще вещества, циркулирующего вокруг формирующейся звезды, может протекать еще больше химических процессов. Реакции идут и в газе, и в замерзших твердых телах, и в относительно теплой и мягкой среде на микроскопической поверхности частичек пыли. И все эти химические компоненты смешиваются и перерабатываются в бурных недрах диска – возникает поразительный химический котел[68], где есть все от простых молекул до все более и более сложных соединений вроде спиртов, сахаров, а может быть, и аминокислот – основы жизни.

А часы все тикают. Пока происходит вся эта лихорадочная деятельность, диск понемногу испаряется, распыляется обратно в межзвездное пространство под бомбардировкой внешнего излучения – именно эту постоянную эрозию мы и наблюдаем в искореженных, скорченных облаках Тройной туманности. Когда начался процесс формирования звезд и планет, остается весьма ограниченное время до той поры, когда внешнее излучение, в том числе и излучение новорожденной звезды в центре, расчистит все и положит конец формированию звездной системы. Примерно так же цветущему лугу отведен лишь краткий срок, за который цветы должны вырасти, расцвести и посеять семена, а потом жаркое солнце выжжет из почвы все питательные вещества.

Пока все это происходит, центральной звезде тоже приходится претерпеть родовые муки. Потоки вещества, падающие на юную звезду, раскручивают ее, и из ее полюсов вырываются мощные струи, управляемые магнитным полем. Они выбрасывают примерно десять процентов поступающего вещества, а главное – позволяют протозвезде обуздать и замедлить лихорадочное вращение, которое в противном случае не давало бы ей конденсироваться и сжиматься. Глубины юной звезды все сильнее разогреваются, она все больше сжимается – и приближается к переломному пункту, когда всерьез начнется постоянный термоядерный синтез. Первыми перерабатываются дейтерий и водород. Это помогает стабилизировать внутреннюю температуру протозвезды – держать ее в районе миллиона градусов по Кельвину – и придерживать процесс термоядерного синтеза, пока он не наберет размах, достаточный для полномасштабного запуска протон-протонного цикла.

Ближе к поверхности протозвезды царит суматоха. Наружу вырывается ультрафиолетовое излучение, то и дело возникают вспышки и протуберанцы из раскаленного газа, они ударяются в диск, полный конденсированного газа, пыли и зачатков планетных объектов. Словно огромная машина, извергающая пламя и дым[69], которая вот-вот наберет полные обороты. Весь этот процесс – от конденсации газа в туманности до формирования новенькой, готовой к запуску звезды – занимает менее ста миллионов лет. Еще короче стадия развития звезды от ядра протозвездного облака до протозвезды – здесь достаточно сотни тысяч лет. По сравнению с продолжительностью дальнейшей жизни звезды это все равно что семь часов[70] по сравнению со всей жизнью человека.

В случае Солнечной системы в какой-то момент в период первоначального ее строительства произошло еще одно важное событие. Вероятно, оно сыграло роль катализатора – сократило первую яйцеобразную стадию формирования. А может быть, произошло сразу после этой стадии. Так или иначе, это событие оставило нам одну из самых важных подсказок, что наши корни лежат именно здесь, и позволило выковать планеты Солнечной системы в их нынешнем виде.

* * *

Эта часть истории о нашем происхождении начинается с того обстоятельства, что самые древние камни, которые мы можем заполучить, – это не тот природный материал, из которого сформировались наши материки. Они вообще не относятся к природе Земли. Это метеориты. Внеземной материал бывает самый разный. Многие метеориты – это обломки гораздо более крупных объектов: это булыжники, богатые железом и никелем, таившиеся когда-то глубоко в недрах небесных тел размером с астероиды, зародышей планет, которые затем были разбиты и рассеяны. Этот материал многократно перерабатывался, плавился и остывал – и стал больше похож на минералогические образцы из недр нашей собственной планеты, чем на вещество из первозданной пустоты.