Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной
Шрифт:
Кроме всего прочего, в этом огромном диске складываются отменные условия для всевозможных химических реакций. Атомы и молекулы формируют головокружительное множество соединений. К тому же вещество туманности проводило само над собой самые разные химические эксперименты задолго до того, как очутилось в подобной ситуации. В межзвездном сумраке были найдены молекулы воды, окиси углерода и углекислого газа, а также свыше 180 разных других веществ – и все они создаются посредством простых химических реакций с участием отдельных атомов и ионов.
Так вот, в гуще вещества, циркулирующего вокруг формирующейся звезды, может протекать еще больше химических процессов. Реакции идут и в газе, и в замерзших твердых телах, и в относительно теплой и мягкой среде на микроскопической поверхности частичек пыли. И все эти химические компоненты смешиваются и перерабатываются в бурных недрах диска – возникает поразительный химический котел [68] , где есть все от простых молекул
68
Об этом нам говорят наблюдения, позволяющие исследовать излучение протопланетного или околозвездного диска и проанализировать отдельные черты спектров этого излучения, которые свидетельствуют о присутствии известных нам атомов и молекул.
А часы все тикают. Пока происходит вся эта лихорадочная деятельность, диск понемногу испаряется, распыляется обратно в межзвездное пространство под бомбардировкой внешнего излучения – именно эту постоянную эрозию мы и наблюдаем в искореженных, скорченных облаках Тройной туманности. Когда начался процесс формирования звезд и планет, остается весьма ограниченное время до той поры, когда внешнее излучение, в том числе и излучение новорожденной звезды в центре, расчистит все и положит конец формированию звездной системы. Примерно так же цветущему лугу отведен лишь краткий срок, за который цветы должны вырасти, расцвести и посеять семена, а потом жаркое солнце выжжет из почвы все питательные вещества.
Пока все это происходит, центральной звезде тоже приходится претерпеть родовые муки. Потоки вещества, падающие на юную звезду, раскручивают ее, и из ее полюсов вырываются мощные струи, управляемые магнитным полем. Они выбрасывают примерно десять процентов поступающего вещества, а главное – позволяют протозвезде обуздать и замедлить лихорадочное вращение, которое в противном случае не давало бы ей конденсироваться и сжиматься. Глубины юной звезды все сильнее разогреваются, она все больше сжимается – и приближается к переломному пункту, когда всерьез начнется постоянный термоядерный синтез. Первыми перерабатываются дейтерий и водород. Это помогает стабилизировать внутреннюю температуру протозвезды – держать ее в районе миллиона градусов по Кельвину – и придерживать процесс термоядерного синтеза, пока он не наберет размах, достаточный для полномасштабного запуска протон-протонного цикла.
Ближе к поверхности протозвезды царит суматоха. Наружу вырывается ультрафиолетовое излучение, то и дело возникают вспышки и протуберанцы из раскаленного газа, они ударяются в диск, полный конденсированного газа, пыли и зачатков планетных объектов. Словно огромная машина, извергающая пламя и дым [69] , которая вот-вот наберет полные обороты. Весь этот процесс – от конденсации газа в туманности до формирования новенькой, готовой к запуску звезды – занимает менее ста миллионов лет. Еще короче стадия развития звезды от ядра протозвездного облака до протозвезды – здесь достаточно сотни тысяч лет. По сравнению с продолжительностью дальнейшей жизни звезды это все равно что семь часов [70] по сравнению со всей жизнью человека.
69
В числе стадий, которые проходит звезда от протозвездной системы до звезды, вырабатывающей водород (так называемой звезды, только что попавшей на главную последовательность (zero-age main sequence star, ZAMS), есть стадия звезды типа Тау Тельца (по названию звезды-архетипа). Эти объекты под воздействием гравитации медленно сжимаются и разогреваются, и склонны к спорадическим выбросам излучения, а в конце концов в них налаживается стабильный термоядерный синтез.
70
См., например, D. A. Clarke. Astronomy: A Truly Embryonic Star // Nature 492 (2012): 52–53.
В случае Солнечной системы в какой-то момент в период первоначального ее строительства произошло еще одно важное событие. Вероятно, оно сыграло роль катализатора – сократило первую яйцеобразную стадию формирования. А может быть, произошло сразу после этой стадии. Так или иначе, это событие оставило нам одну из самых важных подсказок, что наши корни лежат именно здесь, и позволило выковать планеты Солнечной системы в их нынешнем виде.
Эта часть истории о нашем происхождении начинается с того обстоятельства, что самые древние камни, которые мы можем заполучить, – это не тот природный материал, из которого сформировались наши материки. Они вообще не относятся к природе Земли. Это метеориты. Внеземной материал бывает самый разный. Многие метеориты – это обломки гораздо более крупных объектов: это булыжники, богатые железом и никелем, таившиеся когда-то глубоко в недрах небесных тел размером с астероиды, зародышей планет, которые затем были разбиты и рассеяны. Этот материал многократно перерабатывался, плавился и остывал – и стал больше похож на минералогические
Однако есть и другие метеориты, которые вообще нельзя сравнивать с привычными нам земными камнями. Это подлинные реликты, не подвергшиеся никаким известным геофизическим процессам, самые примитивные, первичные агломерации материи, какие мы только знаем, оставшиеся нетронутыми и неизменными с тех самых пор, как их компоненты сформировались в сгущающейся протозвездной среде 4,57 миллиарда лет назад.
Подобные древние метеориты находили в нескольких местах по всей планете. Два ярких образца – это метеориты Альенде и Мурчисонский [71] . Оба рухнули на Землю в 1969 году – такое вот простое космическое совпадение. Метеорит Альенде упал в феврале в Пуэблито-де-Альенде на севере Мексики; войдя в атмосферу на сверхзвуковой скорости, он засыпал осколками внеземного вещества общим весом в 5 тонн площадь в 500 квадратных километров. Мурчисонский метеорит пронесся, словно шаровая молния, над городком Мурчисон на востоке Австралии и оставил около 80 килограммов первобытной материи.
71
Рассказывают (и это очень похоже на правду), что поскольку дело было именно в 1969 году, том самом, когда человечество сделало важнейший шаг – осуществило высадку на Луну, – эти события вызвали сильнейший научный и общественный интерес, а это, возможно, и поспособствовало тому, что после падения обоих метеоритов было быстро собрано много обломков.
Эти метеориты называются углистыми хондритами, и свойства у них очень странные. Аналогов на Земле у них нет. В этих метеоритах содержится так много углерода и углеводорода, что они прямо-таки маслянистые, смоловидные, нашпигованные самыми разными сложными молекулами, среди которых есть даже разновидности аминокислот – строительного материала биохимии. По свидетельствам очевидцев, свежесобранные образцы даже издавали смолистый, дымный аромат: вероятно, некоторые из этих веществ испарялись от нагрева.
А в черную смолистую основу впаяны и другие образования – крошечные минеральные шарики под названием хондры. Это остывшие и затвердевшие остатки капель расплавленного камня, которые в космосе разогрелись, а затем остыли и замерзли за считанные минуты или в крайнем случае часы. Затем они были вовлечены в движение и столкновения вещества вокруг новорожденного Солнца – и слипались, склеивались в более крупные комья вместе с углеродистыми крупинками и пылинками.
А есть и другие компоненты – беловатые пятнышки размером в несколько миллиметров, не больше. Они состоят из смеси минералов и богаты кальцием и алюминием, и их так и называют – кальциево-алюминиевые включения. Уникальные качества этих вкраплений подсказывают, что они сформировались при еще более высоких температурах ближе к прото-Солнцу – в местах, где они могли разогреться значительно выше 1000 градусов. Поначалу они тоже представляли собой расплавленные брызги, которые застыли в мелкие кусочки минеральной золы, – и вот прошло больше четырех миллиардов лет, и мы собираем их и изучаем.
В этих крошечных структурах скрыта целая сокровищница жизненно важной информации о нашем далеком прошлом. Первый поразительный факт заключается в том, что кальциево-алюминивые включения значительно старше самой Земли [72] . Геологи умеют довольно точно датировать возраст соединений, особенно тех, в состав которых входит смесь свинца и урана, и эти включения сформировались 4,567–4,571 миллиарда лет назад.
Кроме того, ученые обнаружили, что в состав кальциево-алюминиевых включений входит неожиданно много особого изотопа магния [73] . Примерно 80 % магния, найденного здесь, на Земле, имеет ядро из 24 нейтронов и протонов. Однако существует и два других стабильных изотопа магния – с 25 и 26 частицами в ядре. Так вот, в кальциево-алюминиевых включениях изотопа магния-26 в процентном отношении больше, чем на Земле. Возникает вопрос: какое событие, произошедшее 4,6 миллиарда лет назад, могло вызвать подобный перекос? Физики-ядерщики объясняют, что самый вероятный способ образования избытка этой разновидности магния в природе – распад радиоактивного изотопа алюминия, так называемого алюминия-26: он испускает избыточную энергию и превращается в магний-26. Период полураспада при такой реакции составляет около 710 000 лет, к тому же нам известно, что при взрывах сверхновых алюминий-26 производится в изобилии. Сложив два и два, получаем следующий сценарий.
72
См., например, Bouvier, M. Wadhwa. The Age of the Solar System Redefined by the Oldest Pb-Pb Age of a Meteoritic Inclusion // Nature Geoscience 3 (2010): 637–41.
73
Превосходная научно-популярная работа о том, что нам говорят изотопы в метеоритах, и о многом другом – Jacob Berkowitz. The Stardust Revolution: The New Story of Our Origin in the Stars. New York: Prometheus Books, 2012).