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.

---

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.

Однако есть и другие метеориты, которые вообще нельзя сравнивать с привычными нам земными камнями. Это подлинные реликты, не подвергшиеся никаким известным геофизическим процессам, самые примитивные, первичные агломерации материи, какие мы только знаем, оставшиеся нетронутыми и неизменными с тех самых пор, как их компоненты сформировались в сгущающейся протозвездной среде 4,57 миллиарда лет назад.

Подобные древние метеориты находили в нескольких местах по всей планете. Два ярких образца – это метеориты Альенде и Мурчисонский[71]. Оба рухнули на Землю в 1969 году – такое вот простое космическое совпадение. Метеорит Альенде упал в феврале в Пуэблито-де-Альенде на севере Мексики; войдя в атмосферу на сверхзвуковой скорости, он засыпал осколками внеземного вещества общим весом в 5 тонн площадь в 500 квадратных километров. Мурчисонский метеорит пронесся, словно шаровая молния, над городком Мурчисон на востоке Австралии и оставил около 80 килограммов первобытной материи.

Эти метеориты называются углистыми хондритами, и свойства у них очень странные. Аналогов на Земле у них нет. В этих метеоритах содержится так много углерода и углеводорода, что они прямо-таки маслянистые, смоловидные, нашпигованные самыми разными сложными молекулами, среди которых есть даже разновидности аминокислот – строительного материала биохимии. По свидетельствам очевидцев, свежесобранные образцы даже издавали смолистый, дымный аромат: вероятно, некоторые из этих веществ испарялись от нагрева.

А в черную смолистую основу впаяны и другие образования – крошечные минеральные шарики под названием хондры. Это остывшие и затвердевшие остатки капель расплавленного камня, которые в космосе разогрелись, а затем остыли и замерзли за считанные минуты или в крайнем случае часы. Затем они были вовлечены в движение и столкновения вещества вокруг новорожденного Солнца – и слипались, склеивались в более крупные комья вместе с углеродистыми крупинками и пылинками.

А есть и другие компоненты – беловатые пятнышки размером в несколько миллиметров, не больше. Они состоят из смеси минералов и богаты кальцием и алюминием, и их так и называют – кальциево-алюминиевые включения. Уникальные качества этих вкраплений подсказывают, что они сформировались при еще более высоких температурах ближе к прото-Солнцу – в местах, где они могли разогреться значительно выше 1000 градусов. Поначалу они тоже представляли собой расплавленные брызги, которые застыли в мелкие кусочки минеральной золы, – и вот прошло больше четырех миллиардов лет, и мы собираем их и изучаем.

В этих крошечных структурах скрыта целая сокровищница жизненно важной информации о нашем далеком прошлом. Первый поразительный факт заключается в том, что кальциево-алюминивые включения значительно старше самой Земли[72]. Геологи умеют довольно точно датировать возраст соединений, особенно тех, в состав которых входит смесь свинца и урана, и эти включения сформировались 4,567–4,571 миллиарда лет назад.

Кроме того, ученые обнаружили, что в состав кальциево-алюминиевых включений входит неожиданно много особого изотопа магния[73]. Примерно 80 % магния, найденного здесь, на Земле, имеет ядро из 24 нейтронов и протонов. Однако существует и два других стабильных изотопа магния – с 25 и 26 частицами в ядре. Так вот, в кальциево-алюминиевых включениях изотопа магния-26 в процентном отношении больше, чем на Земле. Возникает вопрос: какое событие, произошедшее 4,6 миллиарда лет назад, могло вызвать подобный перекос? Физики-ядерщики объясняют, что самый вероятный способ образования избытка этой разновидности магния в природе – распад радиоактивного изотопа алюминия, так называемого алюминия-26: он испускает избыточную энергию и превращается в магний-26. Период полураспада при такой реакции составляет около 710 000 лет, к тому же нам известно, что при взрывах сверхновых алюминий-26 производится в изобилии. Сложив два и два, получаем следующий сценарий.

Чуть больше 4,56 миллиарда лет назад, непосредственно перед образованием кальциево-алюминиевых включений, слипшихся где-то в сердцевине нашей протопланетной системы, достаточно близко взорвалась массивная звезда[74] – настолько близко, чтобы втолкнуть радиоактивный алюминий-26 в наши края. Возможно, до звезды было всего два-три световых года. Конечно, могут быть и другие способы обеспечить это радиоактивное загрязнение по пути нашей системы через облака галактического вещества, однако сверхновая сделала бы это эффективнее всего. Так что микроскопические свидетельства, заключенные в метеоритах, указывают на то, что наше звездное окружение выдалось довольно бурным. Кроме того, оно обеспечивает достаточно естественное объяснение еще одному явлению. Нам известно, что когда сталкиваются и разбиваются малые планеты и астероиды, энергия этих бурных процессов их разогревает. Однако по всей Солнечной системе, от недр Земли до железно-никелевых метеоритов, которые когда-то составляли недра других планет, плотное вещество многократно плавилось и оставалось в расплавленном виде гораздо дольше, чем после простого столкновения.

Что же поддерживало высокую температуру? Дело в том, что своевременное вливание радиоактивного алюминия, возникшего в результате взрыва сверхновой, вполне могло обеспечить достаточно энергии, чтобы расплавить даже самое значительное количество камня. Распадаясь, ядра алюминия испускают огромную энергию. Стоит им попасть внутрь какого-то достаточно крупного тела – и температура поднимется до двух тысяч градусов, а этого хватит, чтобы расплавить любой известный минерал.

Должно быть, процесс разогрева шел очень бурно. Поскольку радиоактивный алюминий живет относительно недолго, можно утверждать, что на заре Солнечной системы его вклад в сохранение недр космических тел в жидком состоянии был как минимум в пять раз больше, чем сегодня. К тому же у алюминия наверняка были и другие помощники из числа составляющих этой химической мешанины.

Благодаря метеоритам мы располагаем надежными свидетельствами, что в юной Солнечной системе наличествовало также радиоактивное железо-60. Вероятно, оно также появилось в результате взрыва сверхновой поблизости и за период полураспада примерно в 2,6 миллиона лет превратилось в никель-60. На самом деле существует почти двадцать так называемых «вымерших» радионуклидов, которые появляются в метеоритном материале в виде своих «дочерних» изотопов и указывают на целый ряд процессов, из-за которых радиационный фон в Солнечной системе когда-то был значительно выше. Многие из этих изотопов связаны с эволюцией всей нашей Галактики – это смесь стабильных элементов, которая была выделена из межзвездного пространства при формировании Солнечной системы. Однако среди них есть и вещества местного производства, так сказать, ручной работы – например, нестабильные изотопы алюминия и железа, а также кальция и магния. Они были выкованы в краткий период перед самым образованием сгустка в туманности, благодаря которому мы и выделились из пространства в виде плотного комка вещества, и само это событие, возможно, было вызвано тем же взрывом сверхновой, который выработал эти раскаленные нуклиды.

Масса этих свежесозданных радиоактивных изотопов, которым от роду было всего-то миллион лет, наряду с другими, более мирными элементами вброшенная в нашу формирующуюся систему взрывной волной от сверхновой, составляет примерно 0,01 % нынешней массы Солнца. Казалось бы, немного, однако на самом деле это примерно в 33 раза больше массы Земли – и все это вещество было распылено среди материала, формировавшего протопланетный диск юной Солнечной системы. Вместе эти элементы могли обеспечить жидкое расплавленное ядро любому каменному телу, диаметр которого составляет больше 30 километров.

Прошло около трех миллионов лет, и жар от радиоизотопов рассеялся, а тела начали остывать и заново кристаллизоваться с поверхности к ядру, причем крупные тела планетных размеров остывали медленнее всего. Поэтому представляется, что все улики налицо: перед нами планета, основы геофизики которой заложены струйкой радиоактивных элементов, причем ее соседки-планеты зародились при тех же обстоятельствах. Удивительная ниточка, связывающая нас с прошлым!