Эрик Асфог - Когда у Земли было две Луны. Планеты-каннибалы, ледяные гиганты, грязевые кометы и другие светила ночного неба

Потом был открыт Нептун, еще одна планета-гигант, на этот раз отстоящая от Солнца на 30 а.е. – неправильный ответ. Правило Тициуса – Боде предсказывало 39 а.е.! Затем обнаружился Плутон с орбитой радиусом 40 а.е. (в среднем она имеет большой эксцентриситет), тогда как должен был оказаться в 77 а.е. от светила. Но даже когда правило Тициуса – Боде рушилось на глазах, все соглашались, что идея о геометрически правильном расположении планет соответствует некой физической реальности. В конце концов, закон всемирного тяготения Ньютона – это геометрический закон; возможно, он каким-то образом заставляет планеты формироваться на определенном расстоянии от Солнца. Если одна планета появляется на расстоянии x , возможно, это влияет на планетообразование по соседству, устанавливая промежуток до следующей планеты. Если каждый такой промежуток должен быть в два раза шире предыдущего, мы получаем ряд, напоминающий правило Тициуса – Боде: x , 2 x , 4 x , 8 x … Вместо того чтобы отбрасывать имеющуюся закономерность, мы можем модифицировать ее или искать ей объяснение, поглубже зарывшись в физику.

По причинам, которые я объясню позже, сейчас мы считаем, что планеты сильно смещаются с той орбиты, где образовались. Таким образом, правило Тициуса – Боде, если оно вообще применимо, описывает не место формирования планеты, но ту орбиту, которую она в конце концов занимает. Кроме того, геометрическая прогрессия должна где-то закончиться: какая-то планета обязана быть последней. Сегодня передовым краем в изучении правила Тициуса – Боде является поиск геометрических закономерностей в расположении орбит и величине пропусков в других планетных системах [82].

Ночное небо не слишком изменилось за последнюю сотню миллионов лет. Луна была на процент-другой больше и на процент-другой ближе, а месяц – на день короче. Кратер Тихо только что сформировался, украсив заметными и сегодня лучами изверженной породы всю видимую сторону. Но с того времени, как появились млекопитающие, рисунок небес оставался одним и тем же, за исключением случайных комет и астероидов, циклических изменений наклона земной оси (направления на север), а также появления и исчезновения каких-нибудь сверхновых, красных гигантов или туманностей в нашем звездном окружении. Переведите часы гораздо дальше назад, как это делал Джордж Дарвин, и созвездия станут неузнаваемыми, а Луна приблизится в пять раз. Еще раньше Луна была в десять раз ближе, а до этого – в двадцать раз, и наконец мы доберемся до дня, когда Земля и Луна появились на свет.

Если углубиться в историю еще дальше, мы увидим гигантские столкновения, которые меняли форму участвовавших в них тел. До того были зарождение Солнца, конденсация его материнского облака, которое дало жизнь целой семье звезд, и появление самой нашей галактики. Об этом, по большому счету, должна рассказать любая книга по астрономии, поэтому давайте устроим небольшое путешествие к началу времен, когда Вселенная начала поглощать саму себя. Кварки и электроны за несколько минут объединились в первые атомы, и так началось восхождение материи к узнаваемым для нас формам.

Пока в течение следующих нескольких миллионов лет разгорался космический рассвет, случайные неоднородности приводили к тому, что некоторые регионы становились более плотными, чем другие, и в «местном» масштабе их сила тяготения начинала действовать против энергии расширения, создавая триллионы первоначальных галактик, словно пену на волнах штормового моря. Расширение продолжалось, галактики развивались, а Вселенная успокаивалась. Одна за другой галактики поглощали друг друга – примерно так, как планеты сливались в гигантских столкновениях, – пока к сегодняшнему дню [83]их не осталось около 100 млрд [84].

Один из первых фактов, который вы узнаете при изучении астрофизики, – это то, что гравитация нестабильна. То, когда и как она нестабильна, определяет структуру, распределение и массы галактик, звезд, планет, спутников, комет и астероидов. Если бы гравитации было слишком много, что эквивалентно слишком большой массе, Вселенная сколлапсировала бы обратно в сингулярность как лопнувший мыльный пузырь. (Возможно, среди сделавших попытку зародиться мультивселенных это случается сплошь и рядом.) Если же гравитации не хватает, результат первоначального взрыва может расширяться непрерывно без какой-либо агрегации. (Возможно, такое тоже происходит очень часто, если вы верите в мультивселенные, а может, и независимо от вашей веры.) Вместо этого Вселенная (по крайней мере, наша вселенная) была создана с так точно сбалансированной гравитацией, что коллапсировать начали локально более плотные регионы, но не вся структура в целом, и этот процесс шел в целом каскаде самых различных масштабов, определявшихся напряжением в зарождавшемся мироздании.

Возвращаясь к планетообразованию, представим себе теоретически бесконечное облако молекул водорода и гелия, готовое к формированию звезд и планет. Его собственная гравитация заставляет его стремиться сколлапсировать, но температура и давление препятствуют этому. Возникает небольшое возмущение: плотность одного региона становится немного больше, чем у других; следовательно, там больше и масса, и гравитация. Это означает, что при остывании облако распадется на сгустки определенного размера, которые будут коллапсировать дальше, чтобы стать звездами [85]. Мы считаем, что в результате такого процесса появилось и наше Солнце – как часть зародышевого скопления из сотен звезд, которое рассеялось в ходе двух десятков совместных оборотов вокруг галактического центра, каждый из которых длился 250 млн лет [86]. С тех пор все они перемешались, как изюм в тесте, так что к этой группе могут относиться лишь несколько из ближайших к нам звезд.

Первоначально Вселенная состояла из водорода, гелия и следового количества лития, появившихся в результате слияния барионов сразу после Большого взрыва. Химический состав начал становиться значительно интереснее глубоко в недрах первых звезд. Как будто существовал некий план: немедленно приступить к изготовлению первой порции более тяжелых элементов вроде кислорода, кремния и магния, которые потребовались бы для землеподобных планет и, в конце концов, для зарождения жизни. Все это очень странно.

Первые звезды были огромными с самого своего появления, и в их ядрах в ходе термоядерного синтеза формировались более тяжелые элементы. Это те же самые реакции, которые происходят при взрыве водородной бомбы, но внутри звезды их причиной является постоянное воздействие немыслимого давления и температуры, достигающей десятков миллионов градусов. Термоядерный синтез идет и внутри Солнца, превращая в гелий 600 млн тонн водорода в секунду. За эту же самую секунду 4 млн тонн массы исчезают , превращаясь в энергию в соответствии с уравнением Эйнштейна E = mc 2, где m – это масса, а c – скорость света. Согласно вызывающим доверие моделям, звезды солнечного типа могут поддерживать термоядерный синтез примерно в течение 10 млрд лет, так что у нас в запасе есть еще пять.