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.

---

Но что же сталось с нашей семейкой тлеющих звезд, с нестабильными сестрами Солнца, определившими нашу радиологическую историю? Что происходит с явлениями вроде Тройной туманности с течением миллионов, миллиардов лет? Прямые свидетельства того, что когда-то существовал целый выводок звезд, а рядом взорвалась сверхновая, давно исчезли. Разумеется, может статься, что за последовавшие миллионы и миллиарды лет звездные сестрички попросту разбрелись, уплыли по огромным орбитам, тянущимся через всю Галактику, разбежались в разные стороны под воздействием вездесущих гравитационных полей. Однако может быть и другое – наше «гнездышко» существует до сих пор в виде огромного скопления звезд, от которого мы попросту отстали.

Астрономы давно ищут этот звездный «потерянный Рай»[75] – звездные скопления в Галактике, химический состав и возраст звезд в которых напоминают Солнце. Это труднейшая задача. Нам сложно даже понять, какие звезды когда-то могли находиться в нашей области Галактики, поскольку измерять такие огромные расстояния и рассчитывать движение конкретных звезд мы можем лишь с ограниченной точностью, к тому же рассмотреть нужно колоссальное множество объектов.

Один из кандидатов – так называемый объект Мессье 67[76], скопление звезд и звездных остатков примерно в 2700 световых лет от нас. Скопление содержит более 100 звезд, поразительно похожих на наше Солнце. Правда, есть одно осложнение: проделанное недавно компьютерное моделирование[77] движения звезд в скоплении Мессье 67 позволило исследовать путь, который проделала бы Солнечная система, если бы отправной точкой – и местом ее рождения – было это скопление, и траектория оказалась сомнительной. Получилось, что для обеспечения гравитационного «трамплина», который вышвырнул бы нас на наше нынешнее место, потребовалось бы очень редкое относительное положение не менее двух-трех массивных звезд в Мессье 67. Причем по пути гравитационные приливы и отливы, скорее всего, разодрали бы нашу родную планетную систему в клочки.

Однако само по себе это заключение основано на допущении о том, какую конфигурацию имели тогда огромные спиральные «руки» Млечного Пути, состоящие из множества звездных объектов. А если они за миллиарды лет изменились сильнее, чем мы думаем, возможно, скопление Мессье 67 отпустило нас не так резко, и наше происхождение оттуда становится более вероятным.

Так что вопрос о том, где именно зародилась наша Солнечная система, пока открыт, однако радиоизотопные свидетельства и ход событий в других туманностях практически не оставляют сомнений, что мы так или иначе осиротели. Что возвращает нас к дальнейшему рассказу о том, что происходило в процессе формирования Солнечной системы.

* * *

Понадобилось всего несколько миллионов лет агломерации и столкновений, чтобы в огромном диске из газа и пыли вокруг прото-Солнца сформировалось множество крупных объектов. На периферии, где прохладнее, дальше тех мест, где в дальнейшем лягут орбиты пояса астероидов, замерзшая вода стабильна и создает дополнительный объем твердого материала, который в сочетании с камнем составляет гигантские ледяные ядра планет. Эти массивные сферы больше Земли в 10–15 раз, и их мощная гравитация всасывает окружающий газ, отчего возникает толстый покров атмосферы.

Как я уже упоминал, одно из этих тел – планета Юпитер, окутанная огромным одеялом материи. В основном это древние водород и гелий, которых набирается более чем в 300 раз больше массы Земли. Одного веса этого вещества достаточно, чтобы внутренность планеты подвергалась колоссальному давлению. Даже водород принимает непривычные нам формы – например, состояние жидкого металла[78]. Так что молодая планета-газовый гигант может испускать тепловую энергию, вырабатываемую подобным давлением, и без подогрева радиоизотопами. Даже сегодня, четыре с половиной миллиарда лет спустя, Юпитер все еще пышет первобытным жаром – и температура в его ядре по-прежнему близка к 30 000 °С.

Ближе к центру нарождающейся Солнечной системы – туда, где будут планеты от Меркурия до Марса и пояс астероидов – вращаются десятки и сотни каменистых тел, так называемые планетные зародыши, выжившие в естественном отборе столкновений и слияний планетезималей. Каждый из них обладает массой всего в несколько процентов земной, и каждый в последние несколько десятков лет вел довольно-таки бурную жизнь. Расти они больше особенно не будут, но спорадически станут сталкиваться и сплавляться, поскольку энергия мощных столкновений переплавляет и переформирует минералы, их составляющие. Со временем несколько из них вырвутся вперед и превратятся во внутренние планеты.

За пограничной орбитой Марса вращается множество зародышей, однако эта область неблагоприятна для создания планет. Гравитационные поля Юпитера и Сатурна покрывают эту зону таким образом, что мелкие объекты получают ускорение и их столкновения приводят не к созиданию, а к разрушению. Гравитация способна даже вытолкнуть астероиды на другие орбиты. Одни планетные зародыши летят к центру и так или иначе примыкают к внутренним планетам. Другие находят себе место во внешней части системы.

Рис. 7. Сравнительные размеры Земли и Юпитера.

Громовержец обладает массой в 317 раз больше земной и принадлежит к совершенно иному классу планет.

Хотя нам известны не все подробности, тем не менее мы знаем о многих важных событиях, которые происходят в следующие несколько десятков миллионов лет эволюции системы: у планет наблюдается так называемая орбитальная миграция – вскоре мы еще вернемся к этому феномену, поскольку без него невозможно разобраться ни в древней истории, ни в отдаленном будущем, – а кроме того, они иногда сталкиваются с другими небесными телами. По всей вероятности, примерно 4,53 миллиарда лет назад и Земля тоже столкнулась с крупным планетным зародышем, что привело к образованию Луны. Более того, несколько позже наша планета оказалась под настоящим дождем астероидных ударов. В результате этой бомбардировки на юную поверхность планеты попало много драгоценной субстанции, которую мы называем водой, – Земля только-только успела остыть до такой степени, чтобы сохранить столь летучее вещество. А кроме того, Земля приобрела смесь самых разнообразных химических соединений, которая составила внешний покров планеты, причем эти соединения зачастую бывали еще и переработаны в верхних слоях расплавленного ядра Земли, но все равно сыграли важнейшую роль в запуске химических механизмов атмосферы, океанов и суши.

На других планетах все шло иначе. Венера, похоже, сохранила первичный внешний каменистый слой. В отличие от Земли, этот субстрат не был содран в результате столкновения с астероидом, которое породило Луну. Некоторые теории предполагают также, что Венера сформировалась при практически лобовом столкновении двух огромных планетных зародышей – это объяснило бы необычное вращение с востока на запад, при котором Венера совершает оборот вокруг своей оси медленнее, чем оборот вокруг Солнца.

Марс меньше по размерам – его масса составляет всего одну десятую массы современной Земли – и несколько иначе устроен. Пропорция летучих веществ в марсианских скалах оказалась больше. Однако и ему довелось пережить столкновения с огромными планетными зародышами. Именно это, вероятно, вызвало такую странную географию планеты – север и юг Марса разительно различаются: северная треть покрыта тонкой корой, и на ней раскинулись гладкие равнины, а почти на всем южном полушарии кора толще, и там господствуют скалистые плоскогорья.

Интересно, что в те далекие времена – 4 миллиарда лет назад – климат на Марсе и Венере, вероятно, был гораздо мягче и больше похож на земной[79]. Теперь, конечно, все совсем не так: Венера обзавелась толстой атмосферой, насыщенной углекислым газом, и давление на ее поверхности очень высоко, а в результате температура там превышает 430 градусов по Цельсию, а атмосфера Марса истончилась и высохла – и теперь в основном состоит из углекислого газа. Еле заметная прослойка воздуха обеспечивает давление всего в 0,6 % давления земной атмосферы, а диапазон температур составляет в зависимости от времени года и местоположения от –130 до +20 градусов по Цельсию. Однако мы надеемся, что именно на Марсе условия подходят для возникновения жизни: у нас есть явные доказательства, что когда-то по его поверхности текла вода, накапливаясь во впадинах, а минералогический и химический состав его почвы и атмосферы не так уж отличается от среды во многих местах на Земле.

Атмосферы планет очень нестойки и переменчивы. Тонкий покров атмосферы вроде земной удерживается одной лишь гравитацией. Однако атомы и молекулы газов находятся в постоянном движении, и чем выше температура, тем больше средняя скорость составляющих атмосферу частиц. Особенно шустрые частички способны разогнаться до критической скорости и умчаться в космическую пустоту[80]. Обычно беглянки состоят из самых легких компонентов, и именно поэтому Земля уже давно растеряла первоначальную атмосферу из водорода и гелия. И сегодня, если молекулы воды в атмосфере распадаются под воздействием ультрафиолетового излучения или потока частиц, атомы водорода способны подняться вверх и вырваться из объятий Земли.