Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной
Шрифт:
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,
74
Подробный рассказ об этом событии и о том, как оно повлияло на новорожденную Солнечную систему, см. в статье N. Dauphas and M. Chaussidon. A Perspective from Extinct Radionuclides on a Young Stellar Object: The Sun and Its Accretion Disk // Annual Review of Earth and Planetary Sciences 39 (2011): 351–86. См. также Y. Lin et al. Short-Lived Chlorine – 36 in a Ca – and Al-Rich Inclusion from the Ningqiang Carbonaceous Chondrite // Proceedings of the National Academies of Sciences of the United States [PNAS] 102 (2005): 1306–11.
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!
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] –
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.
75
Отличный (сугубо научный) обзор обстоятельств рождения Солнца – статья F. Adams. The Birth Environment of the Solar System // Annual Review of Astronomy and Astrophysics 48 (2010): 47–85.
76
Мы еще не пришли к окончательному выводу, действительно ли это место рождения Солнца. В этой системе и правда есть очень близкие «аналоги» Солнца (звезды похожего строения и состава), однако (см. ниже) движение и орбиты тамошних объектов, возможно, говорят об обратном.
77
См., например, B. Pichardo et al. The Sun Was Not Born in M67 // The Astronomical Journal 143 (2012): 73–83.
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.
78
Да, под сильным давлением водород ведет себя как металл. В недрах Юпитера находится примерно пятьдесят масс Земли в виде металлического водорода.
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.