Смерть в черной дыре и другие мелкие космические неприятности

Тайсон Нил Деграсс

Молекулы обладают определенной структурой, однако электронные связи, которые скрепляют атомы друг с другом, не жесткие – они расшатываются, елозят, скручиваются и растягиваются. Так вышло, что микроволны расположены именно в том диапазоне энергий, в котором можно стимулировать подобные движения молекул. Именно поэтому, в частности, работают микроволновые печки – много-много микроволн с нужной энергией заставляют вибрировать молекулы воды, содержащиеся в вашей еде. Трение между пляшущими частицами создает тепло, и еда быстро приготавливается изнутри.

Любой вид молекул в космосе, так же как и любой вид атомов, обладает своим неповторимым набором спектральных

особенностей, иначе называемым сигнатурой. Этот набор легко сравнить со спектральными узорами из каталогов, которые собраны в лабораториях здесь, на Земле, а без лабораторных данных, зачастую дополненных теоретическими выкладками, мы бы и не знали, на что, собственно, смотрим. Чем крупнее молекула, тем больше связей призваны ее скреплять и тем больше у них возможностей елозить и расшатываться. А каждый способ елозить и расшатываться обладает своей характерной спектральной длиной волны или «цветом»; одни молекулы имеют сотни и даже тысячи «цветов» во всем микроволновом спектре – длин волн, на которых они могут поглощать и испускать свет, когда их электроны решают размяться. А выделить сигнатуру одной молекулы из мешанины остальных сигнатур – дело непростое, это все равно что вслушиваться в вопли целой толпы детишек, играющих в большой комнате, пытаясь расслышать голосок своего ребенка. Это трудно, но возможно. Надо лишь очень хорошо понимать, какие именно звуки обычно издает ваш малыш. Это и есть ваш лабораторный образец.

* * *

Сформировавшаяся молекула далеко не всегда ведет степенную жизнь. В областях, где рождаются очень горячие звезды, звездный свет содержит в себе очень много ультрафиолета. Ультрафиолет вреден молекулам, поскольку его высокая энергия разрушает связи между атомами, которые составляют молекулу. Именно поэтому ультрафиолет вреден и вам: лучше держаться подальше от всего, что разрушает молекулы твоего организма. Поэтому забудьте, что гигантское облако газа может быть настолько прохладным, что в нем формируются молекулы – если кругом все залито ультрафиолетом, молекулы в облаке превратятся в жаркое. И чем больше молекула, тем беззащитнее она перед таким агрессором.

Однако среди межзвездных облаков попадаются такие большие и плотные, что их внешние слои защищают внутренние. Доблестные молекулы-пограничники, отдающие жизнь за своих сестер внутри облака, останавливают ультрафиолет на входе и тем самым сохраняют сложный химический состав, которым так славятся прохладные облака.

Однако рано или поздно молекулярным гуляньям приходит конец. Как только центр газового облака или любой области газа становится достаточно плотным и достаточно холодным, энергия движущихся частиц уменьшается – и уже не может предохранять структуру от гравитационного коллапса. Спонтанное схлопывание под собственным весом снова подхлестывает температуру, и то, что только что было газовым облаком, превращается в очаг испепеляющего жара, где идет термоядерный синтез. И рождается еще одна звезда.

* * *

В этой жаркой печи неизбежно, неотвратимо, можно даже сказать – трагически распадаются все химические связи, в том числе и органические молекулы, которые облако так усердно создавало на своем пути к превращению в звезду. Однако относительно разреженные области газового облака беда обходит стороной. Еще есть газ, который находится от звезды на таком расстоянии, чтобы растущая сила притяжения звезды, с одной стороны, удерживала его, а с другой – все же не затягивала в саму звезду. Внутри такого кокона пыли и газа на безопасной

орбите вокруг звезды скапливающееся вещество формирует толстые диски. А в пределах этих дисков сохраняются старые молекулы и в изобилии создаются новые.

И вот перед нами уже формирующаяся солнечная система, в которой вот-вот зародятся богатые молекулами планеты и кометы. А как только появится твердый строительный материал, воображение Вселенной разыгрывается просто фантастически. Молекулы могут расти и толстеть сколько угодно. Стоит в таких условиях спустить с поводка углерод, и можно получить самые сложные из известных науке химических соединений. Насколько сложные? Настолько, что и называться они будут иначе: биология.

Глава двадцать третья

Сказка о Златовласке и трех планетах

Жила-была солнечная система, и вот однажды – давным-давно, около четырех миллиардов лет назад, – она поняла, что уже почти сформировалась.

У самого-самого Солнца появилась Венера – и так близко была она к Солнцу, что энергия солнечных лучей испарила весь ее запас воды. А Марс был от Солнца далеко – и вся его вода замерзла. И только одна планета – Земля – оказалась от Солнца как раз на таком расстоянии – «в самый раз», – что вода на ней осталась жидкой, и поэтому на поверхности Земли смогла зародиться жизнь. Этот пояс вокруг Солнца стали называть обитаемой зоной.

Сказку про трех медведей рассказывают детям во многих странах, а в Англии ее героиню зовут Златовлаской. Она тоже любила, чтобы все было «в самый раз». В домике трех медведей одна миска с кашей была слишком горячая. Другая – слишком холодная. И только третья пришлась Златовласке «в самый раз». А еще в домике трех медведей было три кроватки, и одна была слишком жесткая, другая – слишком мягкая, а третья – «в самый раз», в ней Златовласка и уснула. Когда три медведя вернулись домой, то обнаружили не только пропажу каши из третьей миски, но и Златовласку, которая сладко спала в постели маленького медвежонка. Не помню, чем там все кончилось, но на месте трех медведей – всеядных хищников, находящихся на самом верху пищевой цепочки, – я бы Златовласку съел.

Златовласку, наверное, заинтересовала бы относительная пригодность Венеры, Земли и Марса для обитания, но на самом деле сюжет об этих планетах гораздо сложнее трех мисок с кашей. Четыре миллиарда лет назад поверхности планет еще вовсю бомбардировали богатые водой кометы и богатые минералами астероиды, пусть и гораздо реже, чем раньше. Во время этой партии в космический бильярд некоторые планеты мигрировали из родных мест поближе к Солнцу, а некоторых выбило на орбиты большего диаметра. А многие из десятков сформировавшихся планет оказались на нестабильных орбитах и упали на Солнце или на Юпитер. Еще несколько планет просто вышвырнуло из Солнечной системы. Оставшиеся в итоге единицы вращались именно на тех орбитах, которые оказались «в самый раз», чтобы пережить на них миллиарды лет.

Земля осела на орбите со средним расстоянием до Солнца примерно 150 миллионов километров. На этом расстоянии Земля перехватывает весьма скромную долю общей энергии, испускаемой Солнцем, – всего-то две миллиардные. Если предположить, что Земля впитывает всю эту энергию, то средняя температура нашей планеты составляет около 280 К, то есть 7 °C, – посередине между зимней и летней температурами. При нормальном атмосферном давлении вода замерзает при 273 К, а кипит при 373 К, так что, к вящей нашей радости, почти вся вода на Земле пребывает в жидком состоянии.