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.

---

И вот теперь, стоя на вершине горы в Чили, я наблюдаю именно это свечение в небе. Фотоны от Солнца сворачивают вовнутрь Солнечной системы, а затем рассеиваются, отразившись от крупицы межпланетной пыли, меняют траекторию и попадают прямо ко мне на сетчатку.

Мусульманские астрономы минувших веков назвали это небесное свечение «ложной зарей»[57], поскольку оно иногда появляется на востоке примерно за час до восхода, словно само время искажается и Солнце возвращается до срока, чтобы снова осветить мир. На самом деле освещается не столько мир, сколько структура Солнечной системы – туманное отображение исполинского диска, в котором лежат орбиты всех планет и множества других небесных тел, занимающих то же пространство. Как это прекрасно!

Кроме всего прочего, эта сияющая пыль имеет то же происхождение, что и различные твердые вещества, из которых когда-то создалась сама Земля. Эти вещества слипались и накапливались, плавились и снова отвердевали, остывая, и в конце концов сформировали слоистые минералы ядер и каменистую кору планет и спутников. Они – ближайшая родня тех субстанций, по которым я катил по пути от Тихого океана в Анды. Те же самые элементы и соединения удобряют почву в долине Эльки, те же компоненты хрустят у меня под ногами в виде щебенки. Глядя на сияние квадрильонов далеких пылинок, я внезапно понимаю, что и сам я создан из точно такого же вещества.

Для меня это настоящее озарение – неожиданное напоминание о том, как глубоко мое краткое существование связано с Большим и Главным. Как же так получилось, что стала возможной цепочка событий, которая привела к этой секунде? Как подобные пылинки, рассеянные в пространстве, превращаются в планеты? Как из них образуются целые миры с океанами, горами и живыми дышащими существами, которые задаются вопросом о своей роли в мироздании?

История Солнца, Земли и других планет длинна и иногда необычайно запутанна, а начать лучше всего с того, что признать, что даже нынешнее состояние природы нельзя считать завершенным строительным проектом. Некоторые процессы, когда-то приведшие к зарождению и развитию планет, идут в Солнечной системе и по сей день. И зодиакальный свет – одно из самых главных тому свидетельств.

* * *

Пыль, порождающая зодиакальный свет, на удивление летуча. Мельчайшие ее частицы такие крошечные, что даже бесплотное давление солнечного света, даже нежнейшие прикосновения протонов и те выталкивают их наружу, более того, разгоняют до таких скоростей, что они улетают прочь из Солнечной системы в глубины космоса.

Однако самые крупные частицы так велики, что неуловимые последствия аберраций солнечного света и даже их собственное тепло – их разогревают солнечные фотоны – создают противоположную тягу[58] и заставляют их по плавной спирали двигаться к центру Солнечной системы. В дальнейшем частицы могут разрыхлиться или разрушиться от солнечного излучения, которое становится все сильнее и сильнее, могут даже распасться на газ из атомов и ионов, а могут так уменьшиться, что солнечный ветер унесет их обратно в межзвездную пустоту.

Есть и другой механизм, уничтожающий межпланетную пыль: трение планет. Всего за год гравитация и вязкая атмосфера одной лишь Земли захватывают из Солнечной системы целых 40 000 тонн пыли! Нам это известно наверняка, поскольку мы можем подсчитать количество пылинок. Начиная с 1970-х годов[59] ученые используют для сбора внеземной пыли в верхних слоях атмосферы Земли стратосферные зонды и даже самолеты-разведчики U-2, принадлежащие НАСА. Пойманные частицы сыграли непосредственную, важнейшую роль в научной реконструкции истории и эволюции Солнечной системы.

Поскольку способов уничтожить межпланетную пыль так много, по масштабам физики межпланетной среды она живет очень недолго. Среднее зерно уничтожается или уносится в межзвездное пространство за период от тысячи до ста тысяч лет. Однако вот она, пыль – мирно мерцает в ночном небе. А значит, ее запасы каким-то образом откуда-то пополняются. Это важное свидетельство того, что Солнечная система не незыблема – очередное доказательство, подобное сверхновой Тихо Браге, что мироздание живет под тиканье иных часов, весьма далеких от человеческого понимания времени. Этот факт влияет на наше представление о Вселенной и к тому же подводит к новой точке зрения на наше положение в мироздании и его истоки.

Откуда же берется пыль из Солнечной системы, что говорит она о нашей незапамятной истории? Главных подозреваемых в ее производстве двое. Один источник – это относительно безобидное распыление комет[60], другой – яростные столкновения астероидов.

Светящиеся кометы возникают, когда небольшие тела, в составе которых много льда и других легко испаряющихся веществ, например, твердой углекислоты, подходят так близко к Солнцу, что разогреваются до критического уровня. В космическом вакууме вещество вроде льда при разогревании не разжижается, а прямо переходит из твердого состояния в газообразное. Поэтому замороженные составляющие твердого ядра кометы выстреливают во все стороны, словно фейерверк: газ выталкивает вмерзшие в лед крупицы древней пыли в межпланетное пространство, и они пополняют запасы вещества, отражающего зодиакальный свет.

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 ответу на вопрос о нашем космическом значении.

* * *

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.

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.