Калеб Шарф - Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной

В отличие от многих других явлений во Вселенной, звезды вроде Солнца с возрастом становятся все ярче – до поры до времени. Когда одинокие протоны ядра водорода сливаются в недрах звезды, создавая ядра гелия, они меняют фундаментальный состав звезды – обогащают его более тяжелым элементом. В результате внутренность звезды становится плотнее и горячее, а темп потребления водорода постепенно повышается (вспомните костер, который медленно схлопывается и при этом горит все ярче и жарче).

Это, конечно, сильно повлияло на влажную планету, которая вращается вокруг Солнца: к рубежу в шесть миллиардов лет возрастающая яркость звезды разогрела климат до таких пределов, что океаны из жидкой воды могут уже и не сохраниться. Однако к десяти миллиардам лет это уже самая маленькая из проблем, с которыми столкнулась эта планета и ее ближайшие соседки. Солнце сожгло последние капли водорода в ядре и начинает трудный и мучительный переход в звездную загробную жизнь.

В течение периода, который в описываемом далеком будущем продлится чуть больше миллиарда лет, наша звезда все больше разрастается и становится все беспокойнее. Внешняя ее оболочка раздувается, причем рывками, и в конце концов поглощает внутренние планеты, а гигантский раскаленный докрасна шар почти достигает орбиты когда-то влажной планеты. При этом некогда цельная звезда разбрасывает огромное количество своего вещества, пылающего газа и быстро конденсирующейся пыли в межзвездное пространство. Так она в конечном итоге израсходует чуть ли не половину своей массы. Это радикально меняет гравитационную динамику планет, ее окружающих, чьи орбиты приспосабливаются к обстановке и тоже расширяются в соответствии с законами, которые вывело одно разумное живое существо по имени Исаак Ньютон более миллиарда лет спустя.

Стремительное расширение Солнца обеспечивается целым рядом внутренних перестановок и процессов. Когда расходуется весь водород в ядре, оно начинает сжиматься и нагреваться. Вокруг него остается лишь тонкая оболочка из водорода, участвующего в термоядерном синтезе – это немного похоже на мерцание периметра только что догоревшего костра. Однако в конце концов сжимающееся ядро так сильно разогревается, что начинается так называемая тройная гелиевая реакция. Этот процесс требует температуры в 100 миллионов градусов – в десять раз больше, чем для протон-протонной реакции. Кроме того, эта реакция не такая производительная, однако в результате гелий превращается в два новых элемента – кислород и углерод. В следующие сто миллионов лет ядро звезды все сильнее уплотняется, и поток энергии заставляет внешнюю часть звезды еще сильнее расти – пока гелиевое топливо тоже не истощится.

Для нашей звезды-сиротки настает переломный момент. Примерно через 12 миллиардов лет и менее 60 оборотов по орбите вокруг галактики Млечный Путь она сожгла все, что могла. Массы ей не хватает даже для того, чтобы поднять температуру в ядре до уровня, необходимого для пережигания ядер углерода, поэтому новых источников энергии у нее нет – в кладовой не осталось ничего съестного.

Вскоре процессы в ней прекращаются, и последние вспышки энергии лишь отталкивают остатки внешних покровов, сдувают их в межзвездное пространство и создают прелестную туманность, раскинувшуюся на десятки световых лет. В конце концов остается лишь внутреннее ядро Солнца, нагое и неприкрытое. Оно состоит из углерода и кислорода, а схлопываться ему не дают странные фундаментальные силы, порожденные квантовой природой субмикроскопического мира, где корпускулярно-волновой дуализм вещества создает сопротивление давлению гравитации.

Этот диковинный объект мы называем белым карликом. Источника энергии у него нет. Это просто тлеющий уголек, которому на остывание требуются триллионы лет. И при этом составляющие его атомы складываются в решетку, в периодический узор – звезда кристаллизуется. Далекое будущее Солнца – превратиться в огромный темнеющий углеродно-кислородный самоцвет, висящий в космическом пространстве.

Глядя на эту крупинку, мы видим, что некоторые из ее первоначальных планет пережили катаклизм [82] Какие именно, вопрос спорный. В целом ученые согласны, что умирающая звезда поглотит Меркурий и Венеру, однако сохранится ли Земля, неясно. Я решил быть оптимистом. Менее оптимистичный взгляд представлен в статье is K. Rybicki, C. Denis. On The Final Destiny of the Earth and the Solar System // Icarus 151 (2001): 130–37. . Например, бывшая третья планета умудрилась избежать разрушения во время агонии звезды. Теперь она вращается на расстоянии почти вдвое дальше от центра системы, чем поначалу, поскольку Солнце утратило около 40 % прежней массы. Бесплодная, обледенелая планета бесконечно и бесцельно кружит вокруг темнеющего белого карлика – останков своей материнской звезды.

Так кончается биография в десять миллиардов лет длиной, жизненный путь одинокой звездочки, которой мы решили заинтересоваться. Однако горевать нам некогда, поскольку появилась масса похожих светил – и есть из чего выбрать следующий объект наблюдений. Пока мы наблюдали нашу любимицу во дни ее славы, на Млечном Пути родилось миллиардов десять таких же солнц.

Рождение Солнечной системы ознаменовалось бурной физико-химической активностью, но большинство реакций длилось не больше нескольких десятков миллионов лет. Затем последовали миллиарды лет довольно мирного реликтового существования на протяжении жизни одной скромной звездочки. Но с нашей, человеческой точки зрения это – вечность, наполненная хитросплетением взаимосвязанных действий и событий.

Живые существа существовали за миллиарды лет до нас, и мы мгновенно выпутываемся из сетей астрофизической, геофизической и молекулярной эволюции. На один миг я замираю на чилийской горе, чтобы задуматься о своем месте во Вселенной. Складки, борозды, весь расстилающийся передо мной пейзаж – следствие геофизической эпохи, когда земная кора пребывала в расплавленном состоянии, а корни этого пейзажа – радиоактивными элементами, выкованными массивными звездами в неведомо далеком и невообразимо древнем месте среди звезд, где зародилась наша Солнечная система.

Одна из важнейших составляющих этой истории – нашей истории – это извилистая тропа, которая ведет к этому мигу и углубляется дальше. Хотя законы, определяющие путь в космосе, очень просты, для нас с вами он полон загадочных поворотов. Это существенное обстоятельство, поскольку узнать о своем месте во Вселенной, в принципе, можно, если задаться вопросом: много ли дорог способны привести к возникновению жизни вроде нашей или, если уж на то пошло, вообще к возникновению жизни? Чтобы начертить эту карту, сделаем следующий шаг: зададимся вопросом об истории других планет, других миров, которые вращаются вокруг своих звезд и в нашей Галактике, и за ее пределами. Просто поразительно, сколько всего они могут нам рассказать!