Терри Пратчетт - Наука плоского мира IV: Судный день

Каким образом в грозовых облаках возникает излучение с такой высокой энергией? Ответ пришел прямиком из «Звездного Пути» антиматерия. При контакте материи и антиматерии происходит взаимная аннигиляция, которая сопровождается энергетическим всплеском при этом масса практически полностью превращается в энергию. Корабли Звездного флота используют антиматерию в качестве топлива. Ее самая распространенная форма позитрон, или антиэлектрон, который естественным образом возникает в ходе радиоактивного распада и регулярно используется в медицинских ПЭТ-сканерах (позитронно-эмиссионная томография). Однако антивещество естественного происхождения встречается редко, а грозовые тучи не слишком известны своими радиоактивными атомами. Тем не менее, довольно веские доводы говорят о том, что гамма-излучение, возникающее в грозовых облаках, имеет отношение к позитронам.

Идея такова. Электрическое поле, расположенное внутри облака, в нижней части заряжено отрицательно, а в верхней положительно. Такое поле способно время от времени создавать уходящие электроны с высокой энергией. Благодаря отрицательному заряду, эти электроны отталкиваются от нижней части поля и притягиваются к верхней иначе говоря, движутся вверх. Далее они сталкиваются с атомами в молекулах воздуха и создают гамма-излучение. Если такое излучение затрагивает другой атом, оно может сгенерировать позитронно-электронную пару. Электрон продолжает двигаться вверх, в то время как положительно заряженный позитрон движется вниз под действием притяжения к нижней части поля. По ходу движения он сталкивается с атомами воздуха, выбивая из них новые электроны и процесс повторяется снова. При этом опять-таки возникает цепная реакция, которая распространяется в стороны, охватывая целые гряды грозовых туч.

Этот процесс немного похож на природный лазер, в котором каскады фотонов, движущихся туда-обратно между зеркалами, по ходу своего движения способствуют генерации все большего числа новых фотонов до тех пор, пока их энергия не станет настолько большой, что им удастся проникнуть наружу сквозь одно из зеркал. Роль зеркал играют верхняя и нижняя границы облака, только вместо фотонов, отскакивающих туда-обратно, облако гоняет электроны вверх, а позитроны вниз. К 2005 году эта теория была основательно проверена. Космический телескоп гамма-излучения им. Ферми в настоящее время обнаружил пучки заряженных частиц, которые испускаются грозовыми облаками и преодолевают тысячи миль вдоль силовых линий магнитного поля Земли. Значительную долю этих частиц составляли позитроны.

Описанное открытие выставляет грозовые облака в новом свете. Молот Тора не просто высекает искры (молнии) и создает шум (гром) он еще и создает антиматерию. Такое открытие невозможно сделать, просто выставляя на показ податливые объяснения в духе сверхъестественных сил. Оно стало возможным благодаря тому, что ученые постоянно высказывают сомнения в отношении известных «фактов».

Даже уже знакомые нам первопричины могут со временем давать начало новым историям. В поисках рациональных объяснений первопричин, наука нередко меняет парадигму в ответ на новые факты или новые идеи. Происхождение Земли и Луны прекрасный тому пример, в котором имеют место любопытные перипетии. Одной из них оказалась неспособность в краткосрочной перспективе изменить парадигму под влиянием новых фактов.

В данном случае главной проблемой стал избыток, а вовсе не недостаток фактов. Мы можем изучить структуру Земли, обратить внимание на летопись окаменелостей и отправиться за образцами на Луну. Однако все это богатство эмпирических данных в определенном смысле лишь осложняет дело. Что оно означает? Спустя 4,5 миллиарда лет мы пытаемся восстановить картину событий. На тот момент возраст Вселенной составлял около 9 миллиардов лет (согласно теории Большого Взрыва, и еще больше, если верить наиболее распространенным альтернативным теориям). Во всех космологических теориях состояние Вселенной усложняется со временем. Таким образом, к моменту появления нашей Солнечной системы поблизости скопилось приличное количество стройматериалов.

Исходя из данных, доступных для наблюдения в настоящее время, нам приходится делать вывод о том, как в результате агрегации всей этой материи возникла система Земля-Луна. К таким наблюдения относятся данные об астероидах, Солнце и других планетах, а также детальная информация о структуре Земли и Луны. (Мы говорим о Луне в единственном числе, однако по одной из недавних гипотез на определенном этапе у Земли могло быть как минимум две луны). Очевидно, что до определенного момента Земля не существовала, а затем появилась. Луна сформировалась спустя несколько сотен миллионов лет. Их происхождение тесно связано друг с другом, и мы не сможем объяснить одно, не затрагивая другого.

Главная проблема, связанная с происхождением Луны и зарождением Земли, заключается в том, что лунные породы едва уловимыми деталями химической структуры довольно сильно напоминают земную мантию. Так называет толстый слой горных пород, расположенных непосредственно под континентальной и океанической корой, над железным ядром. В частности, соотношение изотопов некоторых элементов одинаково в обоих случаях. Такое соотношение слишком маловероятно, чтобы его можно было увязать с более ранними теориями происхождения Луны например, о формировании обоих небесных тел из первичного пылевого облака, окружавшего Солнце, или о том, что Луна, пролетавшая мимо Земли, была захвачена ее гравитационным полем. Джордж Дарвин, один из сыновей Чарльза Дарвина, предположил, что Луна отделилась от быстро вращающейся Земли, однако механические свойства такой системы в частности, энергия и момент импульса, характеризующий количество вращательного движения, не сходятся с расчетными значениями. Кроме того, образование Земли и Луны не ограничивалось простым сгущением пыли. По современным представлениям астро- и геофизиков Земля возникла за счет агрегации множества крошечных планетезималей, которые входили в состав огромного диска, окружавшего Солнце на этапе его формирования. Теперь мы располагаем достаточно хорошими телескопами, чтобы увидеть несколько подобных дисков вокруг молодых солнц, расположенных в соседних звездных системах; таких примеров известно немало, так что теория, по всей видимости, соответствует действительности.

В период с 2000 и до середины 2012 года астрофизики и геофизики в общем и целом были согласны с тем, что Луна возникла в результате колоссального столкновения между молодой Землей и неким объектом, который по размеру примерно соответствовал Марсу. Они назвали объект Тейей в честь матери лунной богини Селены. В результате столкновения значительная часть Земли и почти вся Тейя превратились в пар. Большая часть пара вновь сконденсировалась в области лунной орбиты и, слившись в единое целое, образовала Луну. Из оставшегося пара сформировалась земная мантия в этом и заключается причина сходства. В качестве приятного бонуса та же самая теория объясняет большую величину момента импульса в системе Луна-Земля.