Калеб Шарф - Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной

Кроме того, у нас подбирается все больше доказательств, что и на Марсе, находящемся сразу за орбитальной зоной благоприятных температур вокруг Солнца, когда-то было вдоволь жидкой воды. Может быть, такое положение дел по геологическим меркам сохранялось недолго, однако бывали времена, когда условия на Марсе были куда более благоприятнее для жизни, чем сейчас.

Можно сделать вывод, что с точки зрения умеренности климата оценить необычность Солнечной системы не так-то просто. Я бы сказал, что в настоящий момент и при нашем уровне знаний мы не можем сколько-нибудь надежно оценить, в какой доле систем есть планеты в умеренных зонах, поскольку сами эти зоны, похоже, весьма переменчивы. Однако если мы учтем при вычислениях еще и историю планет с умеренным климатом в Солнечной системе, то в результате, вероятно, попадем в клуб, в котором состоит менее 1 % всех возможных планетных систем.

Однако все это статистика. Какие характеристики на самом деле определяют неповторимую детальную структуру каждой отдельной системы? Почему у систем есть именно такие шансы сформироваться динамически холодными и горячими и с теми или иными видами планет или без них? И что запускает цепь событий, в результате которых возникает Солнечная система вроде нашей и планета, очень похожая на Землю?

Отчасти ответ, конечно, лежит в области общей физики гравитационных систем и в притяжении газов и частиц, которые клубятся вокруг новорожденной звезды, пока она собирает саму себя из холодной взвеси межзвездного материала. Однако огромный кусок этой головоломки – поистине колоссальный кусок – судя по всему, просто чистая, слепая, беспримесная воля случая.

Астрономы говорят о формировании планет как о стохастическом процессе: хотя в нем заложены и предсказуемые физические процессы, окончательный результат не детерминирован по сути своей, в нем есть элемент случайности. Я расскажу вам, что происходит в целом: вещество вращается по орбите, сталкивается, слипается, объекты взаимодействуют, рассыпаются, растут, расходятся в разные стороны, однако я не могу предсказать, что произойдет с каждой новой планетой, с каждым сгустком вещества. Точь-в-точь нерешаемая задача n тел.

Один из лучших примеров подобного исхода глядит нам в лицо практически каждую ночь. Луна, как я уже говорил, скорее всего, возникла в результате космического столкновения между более ранней версией Земли и еще каким-то зачаточным планетным телом. Нашему нынешнему пониманию природы Земли и Луны больше всего соответствует теория, согласно которой приблизительно 4,5 миллиарда лет назад с прото-Землей столкнулась другая планета размером с Марс. Эта невезучая планета известна под именем Тейя [135] Так называемая модель ударного формирования Луны предполагает, что часть орбитального диапазона юной Земли занимало небесное тело размером примерно с Марс, протопланета под названием Тейя («богиня»): возможно, она описывала «подкову» вокруг одной из стабильных точек (точек Лагранжа), опережая Землю на ее орбите или отставая от нее. А впоследствии их орбитальные пути пересеклись, и это привело к столкновению Тейи с Землей. Хотя на данный момент это главенствующая теория, есть некоторые признаки того, что это, вероятно, не полная картина произошедшего. См., например, краткий обзор D. Clery. Impact Theory Gets Whacked // Science 342 (2013): 183–85 и, вероятно, сформировалась в той же орбитальной зоне, что и прото-Земля, просто располагалась в другой точке этой орбиты. С течением времени колебания гравитационной тяги, возможно, придвинули эти юные объекты ближе друг к другу, и в итоге они врезались друг в друга, словно пара колоссальных булыжников в лавине. В результате вокруг Земли получилось очень много пыли и обломков, и из них вскоре сгустилась Луна – смесь останков Тейи с содранными и раскиданными в пространстве слоями прото-Земли.

Подобное событие при формировании планетной системы, скорее всего, отнюдь не редкость. Именно чем-то таким и заканчивается толкучка на орбитах, которая, как мы полагаем, играет главную роль в нанесении завершающих штрихов на маленькие каменистые планеты. Однако такой вариант вовсе не обязателен – он входит в череду крайне стохастических событий, то или иное из которых очень трудно предсказать. Вероятно, Земля и Луна – представители относительно распространенного типа конфигурации «планета-спутник», однако гарантировать подобный результат в том или ином конкретном случае нельзя.

Эта черта – очередной аспект нелинейной, хаотической природы планетной системы. С одной оговоркой: мелочи, определяющие конечный результат, чаще имеют отношение не к законам гравитации, а к размерам и составу планет – тоже случайным величинам. Например, физическое столкновение двух объектов зависит не только от того, насколько близко они подойдут друг к другу, но и от их габаритов – заденут ли они друг друга? И если заденут, приведет ли это столкновение к тому, что они сольются воедино, образовав новое небесное тело, или просто разлетятся на обломки?

Получается, что если мы попытаемся проследить всю цепочку причинно-следственных связей, которая ведет от космического газа и пыли к планете, похожей на Землю, нас ждут серьезные трудности – но что поделаешь, такова жизнь. Однако в то же время важно понимать, что если маршрут к точке назначения случаен и непредсказуем, это не обязательно означает, что прибытие в точку назначения маловероятно. Не устаю подчеркивать, как важен этот парадокс, поскольку мы столкнемся с ним еще неоднократно и не только при обсуждении планетных систем.

Чтобы лучше понять эту особенность эволюции естественных систем, представьте себе, что вы стоите на опушке густого леса, через который вам нужно пройти. Троп перед вами множество, и, быть может, 90 % из них приведет вас куда-нибудь по ту сторону деревьев и лишь 10 % заставит вечно кружить в чащобе. То есть из леса вы выйдете с большой вероятностью, однако выбирать один какой-то путь вам все равно придется случайно. И даже если вам повезет, каждая траектория приведет вас в свою точку на противоположной опушке. Примерно таков и процесс создания планет – и, как мы вскоре увидим, вероятно, и процесс возникновения жизни.

Итак, вы прошли тернистый путь через вступление о динамической природе небесной механики и остались целы и невредимы – и наверняка у вас возник соблазн вздохнуть с облегчением. Однако, к сожалению, у планетных систем есть еще одна особенность, которая выводит их на новый уровень сложности. Мы привыкли представлять себе эти системы замкнутыми, из чего бы они ни состояли – из планет, астероид, комет, пыли, и вокруг чего бы ни вращались – вокруг одной или нескольких звезд. Этакие изолированные экосистемы, если не считать случайного изгнания лишней планеты. Как выяснилось, это не обязательно так.