Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной
Шрифт:
А остальная пыль, как мы подозреваем, получается при столкновении астероидов. Телескоп им. Хаббла не так давно [61] зарегистрировал несколько подобных случаев между орбитами Марса и Юпитера. Увесистые космические валуны и громоздкие скалы иногда налетают друг на друга. И тогда во все стороны вырываются огромные пыльные протуберанцы – часть из них тянется по орбите за уцелевшими астероидами, часть разлетается в пространство.
Так что во многих отношениях зодиакальная пыль – результат разрушения плодов тяжкого труда, длившегося 4,5 миллиарда лет. Отдельные элементы и кристаллические вещества планетного происхождения распыляются и бесцеремонно отдаются во власть солнечного ветра. Прошло уже 4,5 миллиарда лет после формирования Солнечной системы, а реликты ее создания все трутся и сталкиваются друг с другом, а в случае комет – еще и испаряются, и крошатся. Они словно мусор, оставшийся на морском берегу после сильной бури, – подсказки о далеком прошлом и туманном будущем, необходимые нам для того, чтобы приблизиться к
61
В этом участвовали и другие обсерватории, см., например, D. Jewitt et al. Hubble Space Telescope Observations of Main-Belt Comet (596) Scheila. The Astrophysical Journal Letters 733 (2011): L4–L8 и J. Kim et al. Multiband Optical Observation of the P/2010 A2 Dust Tail. The Astrophysical Journal Letters 746 (2012): L11–L15.
Чтобы осознать, что наш космический дом – всего лишь временное жилище, следует прежде всего правильно восстановить последовательность основных событий в его истории. Тогда мы расширим свое представление о реальности – и зададим новые вопросы о том, похожа ли наша среда обитания на условия в других уголках Вселенной. Но с какого момента и с какой точки пространства следует отсчитывать историю Солнечной системы и где и когда она завершится? Давайте заглянем на целые 13,8 миллиардов лет назад, когда в стремительно остывающей Вселенной, которой от роду сравнялось всего три минуты, появились первые химические элементы – водород и гелий. Или еще раньше – когда после Большого взрыва прошло меньше секунды и отклонение от симметрии вещества и антивещества величиной в одну миллиардную [62] привело к тому, что непроаннигилировавший остаток частиц превратился во все видимое вещество, которое мы знаем. А можно найти и другую отправную точку – когда первые звезды начали вырабатывать тяжелые элементы посредством синтеза водорода и гелия в кислород, углерод и так далее.
62
Когда энергия конвертируется в субатомные частицы, они производятся парами – одна частица вещества, другая – антивещества, – которые при встрече аннигилируют и превращаются в электромагнитную энергию. Однако мы, судя по всему, живем во Вселенной, где вещества гораздо больше, чем антивещества. Похоже, это результат легчайшей асимметрии вещества и антивещества в очень ранний момент, когда возраст Вселенной составлял всего миллионную долю секунды, и поэтому, когда Вселенная стала остывать, в ней оказалось неравное количество частиц и античастиц. На каждый миллиард античастиц приходилось миллиард + 1 частиц. Почему? Хороший вопрос. Этого мы еще не знаем, хотя эксперименты в области физики частиц на больших коллайдерах, судя по всему, уже позволяют приблизиться к ответу.
Однако для того чтобы создать звезды, гравитационные силы сначала должны были стягивать вещество во все более и более плотные структуры. При этом материя конденсируется в триллионы триллионов раз. Не менее важна и конкретная история нашей галактики Млечный Путь, которая и по сей день конструирует сама себя из темного и обычного вещества, а соседняя Андромеда грозит столкнуться с нами примерно через четыре миллиарда лет…
Дело в том, что происхождение Солнечной системы тесно связано с обширной сетью событий и явлений. Солнце со всеми своими планетами – словно дождевая капелька, упавшая в определенный день и в определенный час из определенного облака где-то в небе над Землей, да и облако это уже давно развеялось. Поэтому, чтобы рассказать историю происхождения Земли, нужно сначала сосредоточиться на том, что когда-то, примерно пять миллиардов лет назад, было на этом самом месте на Млечном Пути.
Главное, на что мы можем опираться, чтобы описать это место, – межпланетная пыль. Прежде чем войти в состав комет и твердых астероидов, некоторые пылинки были межзвездной пылью, зародившейся в раскаленной звездной плазме, богатой кремнием и углеродом. Первоначально это был газ, но он остыл, когда старые звезды отбросили его, как змея сбрасывает старую шкуру, или извергли при взрывах сверхновых. Затем микроскопические зернышки, словно песок на ветру [63] , распространились в межзвездном пространстве и сформировали облака. Подобные структуры очень похожи, например, на огромное газово-пыльное облако под названием Тройная туманность [64] , которое с интересом исследуют ученые.
63
Это не так уж далеко от истины. Недавние исследования околозвездной пыли показывают, что отчасти она очень твердая и состоит из силикатов (например, из силиката магния), а от звезд ее отталкивает и раздувает во все стороны давление излучения.
64
Пример см. в статье J. J. Hester et al. The Cradle of the Solar System // Science 304 (2004): 1116–17.
Рис. 6.
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.
65
Структура этих областей и правда сильно напоминает яйцо. В сущности, это диски плотного газа и пыли вокруг юных звезд и есть протопланетные диски, или их предшественники.
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!
66
Изучение конгломератов из протопланетной и межпланетной пыли и частиц показывает, что они довольно непрочны – в чем-то похожи на комья пыли, которые мы иногда выгребаем из-под диванов.
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.
67
Водяной лед при температуре выше 150–170 градусов выше абсолютного нуля очень быстро сублимируется (испаряется), поэтому граница вечных снегов появляется на таком расстоянии от центра системы, где объекты остывают ниже таких температур.