Биография в десять миллиардов лет

Смена географических зон на Земле часто бывает резкой и поразительной. Хотите хороший пример – прокатитесь по шоссе по местности, которую чилийцы называют «холмы», на южной оконечности обширной пустыни Атакама в Южной Америке. Если вы, подобно мне, хотите получить максимальный эффект, начните день на Тихом океане, где волны мерно бьются о набережные Ла-Серены примерно в четырехстах километрах к северу от Сантьяго.

Там я просыпаюсь под алчные крики голодных птиц, снующих во влажном соленом воздухе, насыщенном запахом водорослей и глубоководных океанских тварей. По бережку трусят несколько одиноких бегунов, утреннее солнце разгоняет легкую дымку. Начинается ежедневный цикл испарения и конденсации, который на этом берегу происходит уже миллионы лет. Для моего носа и легких это аперитив, смешанный прямо в биосфере планеты, и я несколько раз глубоко вдыхаю холодный воздух, а потом сажусь за руль и пускаюсь в путь по пыльным дорогам, ведущим в глубь континента, к месту назначения.

Мимо мелькают густо-зеленые фермы и виноградники, а я качу себе по просторам долины реки Эльки – по огромной V-образной впадине, которая вдается далеко в сушу. Выращивают здесь в основном виноград и тропические фрукты. Понятно, почему: солнце так и сияет, огромная долина так и дышит жизнью. Словно роскошный плодородный инкубатор, где нет недостатка ни в тепле, ни в энергии.

По краям пышно цветущих полей тянутся вереницы водонапорных башен, разукрашенных увеличенными этикетками местных сортов писко – крепкого виноградного бренди, которое производят здесь уже пятьсот лет и пьют по всей стране.

Однако чем дальше от побережья, тем круче дорога идет в гору, и пейзаж стремительно меняется. Вдали виднеется огромная плотина, построенная всего лет десять назад для улучшения ирригации. Колоссальная дамба из камня и бетона пересекает долину от края и до края и так огромна, что ее трудно охватить взглядом – словно повторение природных скульптур незапамятных геологических эпох.

Вскоре я сворачиваю в сторону от рукотворных пейзажей, символа покорения природы человеком, и буйная зелень вокруг быстро сменяется мешаниной из чахлых кустов и красновато-коричневых камней и песка. Еще несколько минут – и я словно пересекаю невидимую границу и попадаю в совершенно другие места, в минералогический ландшафт иного пространства и времени.

Это и есть холмы, однако по моим лилипутским стандартам такое холмами не назовешь. Они – складка исполинской гармошки в земной коре, из которой получился Андский горный хребет, монументальное геофизическое явление, насчитывающее около 6000 километров в длину; эти горы вытолкнуло к небесам, когда океанический базальт задвинулся под Южноамериканскую континентальную плиту. Здесь особенно хорошо видно, как корчилась, остывая, планета. Внешняя корка кристаллизованного вещества, отвердевая, плавает на поверхности океана магмы, словно плот, затем трескается на колоссальные литосферные плиты, а они находят равновесие в пучинах гравитации.

Дорога идет все выше и выше плавной спиралью, земля становится все суше и пустыннее. Ехать приходится медленнее – то там, то сям дорогу перегораживают завалы из острых булыжников и песка. Но вскоре я вижу цель – она там, где на вершине крутого подъема ярко блестит отраженный свет. Там виднеется на фоне безбрежного лазурного неба белоснежно-серебристая обшивка огромных куполов обсерватории, этакий современный вариант шпилей и зубчатых стен – Межамериканская обсерватория Серро-Тололо, где я проведу ближайшую неделю.

Здесь мне предстоит выполнить довольно скучную астрономическую работу – сделать калибровочные снимки нескольких десятков далеких туманностей, ничем не примечательных галактик, разбросанных там и сям по видимой Вселенной. Для этого мне на несколько ночей предоставят в полное распоряжение один из телескопов, и я засяду рядом с этим инструментом в уютной комнатке, заставленной компьютерами и мониторами. Из своей норки я буду управлять механизмом купола и чувствительной цифровой камерой телескопа, внутренности которой охлаждаются регулярными вливаниями жидкого азота, – эта задача требует собранности и координации, каких в темноте южной ночи трудно ожидать даже от обладателя самой твердой руки. Изображения, которые я надеюсь получить, представляют собой всего лишь одну из стадий долгосрочного проекта по картированию и измерению этих далеких звездных «городков», в ходе которого нам предстоит проследить их медленную, едва заметную эволюцию на протяжении космического времени: словом, нам с коллегами занятость обеспечена на много лет.

Серро-Тололо, как и любая профессиональная обсерватория, работает по строго заведенному порядку. Днем техники и инженеры чистят, чинят и тестируют телескопы и прилагающееся к ним оборудование. После обеда из гостиницы на склоне показываются сонные астрономы – они хотят перекусить перед ночной вахтой. И каждый вечер после ужина они тянутся на вершину горы.

В шестидесятые годы ХХ века вершину разровняли при помощи динамита и тяжелых машин и разместили здесь полдюжины больших куполов для телескопов и оборудования. Получился безмятежный и по-своему красивый памятник человеческой любознательности и достижениям науки, а место, где он установлен, – самые настоящие врата небес. Сегодняшний вечер ничем не отличается от прочих, и вскоре я занимаю свое место, включаю аппаратуру и вожусь со сжиженным газом, после чего открываю полусферу купола над своим телескопом и выпускаю на волю воздух, разогретый за день на солнцепеке.

У каждого астронома свои тайные приемы обращения с телескопом, свои неписаные ритуалы. Мне, например, необходимо полюбоваться закатом. И не по каким-то романтическим причинам. Просто мне нужно подышать, прежде чем усаживаться за работу до самого утра, и хочется своими глазами увидеть, какое сегодня небо и какая ожидается погода: это сильно повлияет на качество данных, которые я рассчитываю получить.

На вершине Серро-Тололо увидеть закат очень просто – надо всего лишь выйти за дверь и прошагать, хрустя щебенкой, на сглаженную вершину горы. Чуть дальше склон круто обрывается – и открывается величественный вид на дальний пейзаж и бескрайнее небо.

На такой же наблюдательный пункт у обрыва выходят и другие астрономы – точь-в-точь сурикаты-философы, обозревающие свои владения. Солнце снижается и пропадает из виду, и далеко впереди, на западном горизонте, волнистый контур холмов, разделяющий небо и землю, отбрасывает на пустыню тень. Мир погружается во тьму.

Рис. 3. Зодиакальный свет, наблюдавшийся несколько минут после заката в другой чилийской обсерватории – Ла-Силья, расположенной на краю пустыни Атакама на высоте 2400 м (фотография публикуется с разрешения Ю. Белецкого, Европейская южная обсерватория, 2009).

Когда Солнце окончательно скрывается и безоблачное небо над нами начинает темнеть, я понимаю, что такой картины я до сегодняшнего вечера не видел. От края горизонта над тем местом, куда опустилось Солнце, к зениту поднимается острый сияющий клин. Словно огромный сияющий клинок сверхъестественного меча. Светится он так ярко, что звезды Млечного Пути тут ни при чем. Я несколько озадачен и даже встревожен – и бочком придвигаюсь к коллеге-астроному, который молча, как и я, стоит и встречает конец очередного дня. Я показываю на огненный клин и робко интересуюсь, что это, – и коллега дает мне краткий ответ, всего два слова.

Вообще-то я и сам должен был сообразить, что это за сияние в небе – просто его видно лишь на фоне самого темного неба, вдали от цивилизации. Потому-то единственное упоминание о нем на моей памяти и кануло в Лету вместе с пожелтелыми страницами газет, где я его прочитал: передо мной зодиакальный свет, составная часть нашей Солнечной системы, веха, свидетельствующая о происхождении всего, что меня окружает.

* * *

Там, где мы живем, на самом деле довольно просторно – и по местным небесным стандартам, и с человеческой точки зрения. От того места, где вы сейчас сидите или стоите, до Луны примерно 386 000 километров космического вакуума. А оттуда примерно 150 миллионов километров межпланетной пустоты до Солнца – даже свет преодолевает это расстояние за целых восемь минут.

Великое Солнце, пылающая сфера устрашающей термоядерной энергии, само по себе имеет солидный поперечник в 1 392 000 километров. Однако между Солнцем и самой дальней планетой Нептун зияет расстояние в среднем в 4,5 миллиарда километров. Для сравнения: размеры планет варьируются от 140 000 километров – таков диаметр газового гиганта Юпитера – до 5000 километров у скалистого Меркурия. Выходит, то, что для нас целый мир, в масштабах космоса не более чем пылинка: планеты – словно пылинки, вращающиеся вокруг скромной звездочки, тлеющей в пучинах пространства.

Рис. 4. Сравнительные размеры Солнца и крупных планет Солнечной системы. Земля – левая точка в нижнем ряду.

Планеты – плотные сгустки материи – вращаются вокруг Солнца по траекториям, лежащим примерно в одной плоскости: их орбиты, вместе взятые, очерчивают один огромный диск. В этой же области пространства и за ее пределами – до самых дальних границ нашей Солнечной системы – вращается и множество других небесных тел, куда мельче размерами. Вокруг Солнца вращаются триллионы каменных и ледяных глыб – от миллионов каменистых астероидов по нескольку километров в поперечнике до неисчислимого множества более мелких булыжников и камешков. Не все эти тела держатся в границах того же диска, где обретаются планеты: орбиты многих из них отклоняются от этой плоскости.

Рис. 5. Схематическое изображение Солнечной системы с соблюдением масштаба. Наверху – правильно ориентированные орбиты внутренних планет вокруг Солнца, далее (в центре) их уменьшенное изображение в сравнении с орбитами Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна и наклонная и относительно большая траектория Плутона. Все это окаймлено внешним поясом Койпера, имеющим форму бублика, который, в свою очередь, лежит внутри льдистой сферы – колоссального облака Оорта (справа внизу). От внешнего края этого облака до ближайшей звезды – около трех световых лет, почти 30 триллионов километров.

Кроме того, существуют льдистые ядра комет. На первый взгляд кометы похожи на астероиды, но если они подбираются слишком близко к Солнцу и начинают таять, из них выпариваются смеси воды и других химических веществ – и так возникают огромные светящиеся хвосты комет. Миллионы мелких небесных тел скопились в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера, однако эта зона так просторна, что небесные тела в них по нашим земным меркам распределены весьма редко. Расстояния между крупными глыбами достигают миллионов километров, и космический корабль вполне может благополучно миновать пояс астероидов – вероятность столкновения будет ничтожно мала. А иные семейства твердых небесных тел больше похожи на растерявшихся жуков: они влетают и вылетают из диска Солнечной системы по самым разным орбитам.

А еще дальше от Солнца вращаются другие астероиды и карликовые планеты (одна из них – Плутон, окруженный пятью спутниками). Они занимают орбиты в областях между Юпитером, Сатурном, Ураном, Нептуном и дальше, где примыкают к семейству так называемых транснептуновых объектов. Они существуют в холодной и по сей день малоизученной зоне – так называемом поясе Койпера; расстояние от него до Солнца раз в пятьдесят больше, чем от Солнца до земной орбиты.

Солнечный свет здесь в две с половиной тысячи раз тусклее, чем у нас на Земле, а наша звезда-кормилица виднеется в виде яркой точки на фоне вечной ночи. А еще дальше гипотетически лежит область, которую мы называем облаком Оорта – расстояние от него до Солнца в сотни раз больше, чем от Солнца до нас. Мы считаем, что это источник определенного вида комет – тех, у которых такие длинные орбиты, что они появляются лишь раз в несколько сотен, тысяч или даже миллионов лет. Чтобы породить кометы, которые мы видим, в этой пограничной сфере Оорта должны быть триллионы ледяных небесных тел, которые иногда выталкиваются внутрь и притягиваются к знакомым нам планетам.

Облако Оорта – это реликт древнейшей истории Солнечной системы, а возможно, и далекий перевалочный пункт для ледяных перебежчиков с других звезд, которые встречались нам в непрерывных странствиях по орбите в галактике Млечный Путь. А еще дальше, примерно в световом годе от Солнца, начинается настоящее межзвездное пространство и остальная Вселенная.

Итак, перед нами обширный скелетоподобный набор отдельных точек, а в основном – пустота. Однако есть здесь и нечто, заполняющее пространство нашей Солнечной системы, пусть и еле заметное – межпланетная пыль. Крошечные крупинки силикатов и соединений углерода составляют огромное облако тончайшей дымки, окутывающее внутренние планеты. Эта пыль распределена в пространстве в виде пухлого диска и раскинулась от орбиты Юпитера до орбиты Меркурия.

Самые крупные из этих крупинок размером всего в одну десятую миллиметра, почти что микроскопические, и встречаются они не чаще, чем одна частичка на кубический километр. Однако, как мы только что заметили, Солнечная система весьма обширна, и вокруг нас рассыпано колоссальное количество этих частиц, которые отражают свет в точности как пылинки, танцующие в луче света в комнате.

* * *

И вот теперь, стоя на вершине горы в Чили, я наблюдаю именно это свечение в небе. Фотоны от Солнца сворачивают вовнутрь Солнечной системы, а затем рассеиваются, отразившись от крупицы межпланетной пыли, меняют траекторию и попадают прямо ко мне на сетчатку.

Мусульманские астрономы минувших веков назвали это небесное свечение «ложной зарей», поскольку оно иногда появляется на востоке примерно за час до восхода, словно само время искажается и Солнце возвращается до срока, чтобы снова осветить мир. На самом деле освещается не столько мир, сколько структура Солнечной системы – туманное отображение исполинского диска, в котором лежат орбиты всех планет и множества других небесных тел, занимающих то же пространство. Как это прекрасно!

Кроме всего прочего, эта сияющая пыль имеет то же происхождение, что и различные твердые вещества, из которых когда-то создалась сама Земля. Эти вещества слипались и накапливались, плавились и снова отвердевали, остывая, и в конце концов сформировали слоистые минералы ядер и каменистую кору планет и спутников. Они – ближайшая родня тех субстанций, по которым я катил по пути от Тихого океана в Анды. Те же самые элементы и соединения удобряют почву в долине Эльки, те же компоненты хрустят у меня под ногами в виде щебенки. Глядя на сияние квадрильонов далеких пылинок, я внезапно понимаю, что и сам я создан из точно такого же вещества.

Для меня это настоящее озарение – неожиданное напоминание о том, как глубоко мое краткое существование связано с Большим и Главным. Как же так получилось, что стала возможной цепочка событий, которая привела к этой секунде? Как подобные пылинки, рассеянные в пространстве, превращаются в планеты? Как из них образуются целые миры с океанами, горами и живыми дышащими существами, которые задаются вопросом о своей роли в мироздании?

История Солнца, Земли и других планет длинна и иногда необычайно запутанна, а начать лучше всего с того, что признать, что даже нынешнее состояние природы нельзя считать завершенным строительным проектом. Некоторые процессы, когда-то приведшие к зарождению и развитию планет, идут в Солнечной системе и по сей день. И зодиакальный свет – одно из самых главных тому свидетельств.

* * *

Пыль, порождающая зодиакальный свет, на удивление летуча. Мельчайшие ее частицы такие крошечные, что даже бесплотное давление солнечного света, даже нежнейшие прикосновения протонов и те выталкивают их наружу, более того, разгоняют до таких скоростей, что они улетают прочь из Солнечной системы в глубины космоса.

Однако самые крупные частицы так велики, что неуловимые последствия аберраций солнечного света и даже их собственное тепло – их разогревают солнечные фотоны – создают противоположную тягу и заставляют их по плавной спирали двигаться к центру Солнечной системы. В дальнейшем частицы могут разрыхлиться или разрушиться от солнечного излучения, которое становится все сильнее и сильнее, могут даже распасться на газ из атомов и ионов, а могут так уменьшиться, что солнечный ветер унесет их обратно в межзвездную пустоту.

Есть и другой механизм, уничтожающий межпланетную пыль: трение планет. Всего за год гравитация и вязкая атмосфера одной лишь Земли захватывают из Солнечной системы целых 40 000 тонн пыли! Нам это известно наверняка, поскольку мы можем подсчитать количество пылинок. Начиная с 1970-х годов ученые используют для сбора внеземной пыли в верхних слоях атмосферы Земли стратосферные зонды и даже самолеты-разведчики U-2, принадлежащие НАСА. Пойманные частицы сыграли непосредственную, важнейшую роль в научной реконструкции истории и эволюции Солнечной системы.

Поскольку способов уничтожить межпланетную пыль так много, по масштабам физики межпланетной среды она живет очень недолго. Среднее зерно уничтожается или уносится в межзвездное пространство за период от тысячи до ста тысяч лет. Однако вот она, пыль – мирно мерцает в ночном небе. А значит, ее запасы каким-то образом откуда-то пополняются. Это важное свидетельство того, что Солнечная система не незыблема – очередное доказательство, подобное сверхновой Тихо Браге, что мироздание живет под тиканье иных часов, весьма далеких от человеческого понимания времени. Этот факт влияет на наше представление о Вселенной и к тому же подводит к новой точке зрения на наше положение в мироздании и его истоки.

Откуда же берется пыль из Солнечной системы, что говорит она о нашей незапамятной истории? Главных подозреваемых в ее производстве двое. Один источник – это относительно безобидное распыление комет, другой – яростные столкновения астероидов.

Светящиеся кометы возникают, когда небольшие тела, в составе которых много льда и других легко испаряющихся веществ, например, твердой углекислоты, подходят так близко к Солнцу, что разогреваются до критического уровня. В космическом вакууме вещество вроде льда при разогревании не разжижается, а прямо переходит из твердого состояния в газообразное. Поэтому замороженные составляющие твердого ядра кометы выстреливают во все стороны, словно фейерверк: газ выталкивает вмерзшие в лед крупицы древней пыли в межпланетное пространство, и они пополняют запасы вещества, отражающего зодиакальный свет.

А остальная пыль, как мы подозреваем, получается при столкновении астероидов. Телескоп им. Хаббла не так давно зарегистрировал несколько подобных случаев между орбитами Марса и Юпитера. Увесистые космические валуны и громоздкие скалы иногда налетают друг на друга. И тогда во все стороны вырываются огромные пыльные протуберанцы – часть из них тянется по орбите за уцелевшими астероидами, часть разлетается в пространство.

Так что во многих отношениях зодиакальная пыль – результат разрушения плодов тяжкого труда, длившегося 4,5 миллиарда лет. Отдельные элементы и кристаллические вещества планетного происхождения распыляются и бесцеремонно отдаются во власть солнечного ветра. Прошло уже 4,5 миллиарда лет после формирования Солнечной системы, а реликты ее создания все трутся и сталкиваются друг с другом, а в случае комет – еще и испаряются, и крошатся. Они словно мусор, оставшийся на морском берегу после сильной бури, – подсказки о далеком прошлом и туманном будущем, необходимые нам для того, чтобы приблизиться к ответу на вопрос о нашем космическом значении.

* * *

Чтобы осознать, что наш космический дом – всего лишь временное жилище, следует прежде всего правильно восстановить последовательность основных событий в его истории. Тогда мы расширим свое представление о реальности – и зададим новые вопросы о том, похожа ли наша среда обитания на условия в других уголках Вселенной. Но с какого момента и с какой точки пространства следует отсчитывать историю Солнечной системы и где и когда она завершится? Давайте заглянем на целые 13,8 миллиардов лет назад, когда в стремительно остывающей Вселенной, которой от роду сравнялось всего три минуты, появились первые химические элементы – водород и гелий. Или еще раньше – когда после Большого взрыва прошло меньше секунды и отклонение от симметрии вещества и антивещества величиной в одну миллиардную привело к тому, что непроаннигилировавший остаток частиц превратился во все видимое вещество, которое мы знаем. А можно найти и другую отправную точку – когда первые звезды начали вырабатывать тяжелые элементы посредством синтеза водорода и гелия в кислород, углерод и так далее.

Однако для того чтобы создать звезды, гравитационные силы сначала должны были стягивать вещество во все более и более плотные структуры. При этом материя конденсируется в триллионы триллионов раз. Не менее важна и конкретная история нашей галактики Млечный Путь, которая и по сей день конструирует сама себя из темного и обычного вещества, а соседняя Андромеда грозит столкнуться с нами примерно через четыре миллиарда лет…

Дело в том, что происхождение Солнечной системы тесно связано с обширной сетью событий и явлений. Солнце со всеми своими планетами – словно дождевая капелька, упавшая в определенный день и в определенный час из определенного облака где-то в небе над Землей, да и облако это уже давно развеялось. Поэтому, чтобы рассказать историю происхождения Земли, нужно сначала сосредоточиться на том, что когда-то, примерно пять миллиардов лет назад, было на этом самом месте на Млечном Пути.

Главное, на что мы можем опираться, чтобы описать это место, – межпланетная пыль. Прежде чем войти в состав комет и твердых астероидов, некоторые пылинки были межзвездной пылью, зародившейся в раскаленной звездной плазме, богатой кремнием и углеродом. Первоначально это был газ, но он остыл, когда старые звезды отбросили его, как змея сбрасывает старую шкуру, или извергли при взрывах сверхновых. Затем микроскопические зернышки, словно песок на ветру, распространились в межзвездном пространстве и сформировали облака. Подобные структуры очень похожи, например, на огромное газово-пыльное облако под названием Тройная туманность, которое с интересом исследуют ученые.

Рис. 6. Тройная туманность.

Фрагмент изображения, полученного при помощи Космического телескопа им. Хаббла, с врезкой, показывающей в увеличенном масштабе отдельную часть изображения. Выступы и гребни плотного межзвездного газа освещены ближайшими звездами. (Дж. Хестер, Университет штата Аризона, и Институт исследований космоса с помощью космического телескопа, НАСА/ЕСА).

Если смотреть с Земли, Тройная туманность – это межзвездная структура, похожая на цветок с тремя лепестками размером в поперечнике примерно в 25 световых лет, находящийся в более чем в 5000 световых лет от нас. В этой туманности разыгрывается неспешная драма, эхом повторяющая зарождение нашей планеты. Хотя на долю туманностей в нашей Галактике приходится лишь около пяти процентов межзвездного вещества, именно в таких местах газ особенно сгущается и формирует новые планеты и звезды – вот уже миллиарды лет.

В космической гуще пыли и молекул газа в Тройной туманности уже таятся массивные звезды. Некоторые из этих объектов в десятки раз больше Солнца, а в результате они и жарче, и ярче. Их излучение разливается по Тройной туманности, словно пламя, лижущее бумагу. Гигантские фронты мощного ультрафиолетового излучения обжигают более холодный межзвездный газ, рассеивают его и заставляют принимать причудливые, поистине скульптурные формы. Когда испаряется менее плотное вещество, становятся видны острые выступы и гребни более плотного газа.

Давление потока света и частиц, подобное ударной волне, способно запустить конденсацию вещества туманности, и она схлопнется под собственным весом. Газ, едва заметный человеческому глазу, перейдет ту грань, за которой гравитация берет верх и начинает создавать новые звездные системы, выдирая куски плодородной туманности протяженностью во много световых лет. Время идет, и то же самое мощное излучение помогает испарить не пригодившийся газ, оставляя плотные яйцевидные области, в которых могут формироваться звезды вроде нашего Солнца с их планетами.

Тут за дело берется гравитация – она скрепляет вещество в этих структурах, особенно в областях ближе к центру. Вещество с ускорением стремится к этим конгломератам и налипает на них. Иногда этому способствует все то же внешнее давление, в том числе ударные волны от взрывающихся поблизости солнц. В ядре этих областей зарождаются зачатки звезд, так называемые протозвезды – растущие шары бурлящего вещества. Разогревающийся газ притягивает своим весом вращающееся вокруг него по орбите вещество, которое образует огромный диск, раскинувшийся в сто, а то и в тысячу раз дальше, чем радиус земной орбиты; часть этого вещества вливается в протозвезду, а часть остывает и конденсируется, создавая дополнительную пыль, крупицы изо льда, молекул углерода и силикатов.

Иногда они слипаются и разрастаются до размера в несколько десятков сантиметров, летают, пухлые и липкие, в облаке остального газа и притягиваются к протозвезде. Однако спиральное движение вещества не всегда их разрушает, а иногда помогает расти дальше. Пролетая по сгущающемуся диску вещества, эти комочки набирают вес, и многие из них всего за тысячу лет разрастаются до сотен метров в диаметре. Причем процесс этот ускоряется – ему способствуют гравитация, турбулентность и случайное сгущение вещества, и благодаря всему этому возникают так называемые планетезимали. Эти примитивные тела могут разрастаться до 200, а то и до 800 километров в диаметре за период от десяти тысяч до миллиона лет, в зависимости от того, где именно обретаются. На первый взгляд не скажешь, но на самом деле это процесс очень быстрый – от рыхлого облачка до полноправной планеты в мгновение космического ока!

Ближе к центральной протозвезде, которая бурно развивается и становится все горячее и компактнее, испаряющихся тел все меньше. Там жарко, поэтому лед быстро тает, однако молекулы воды могут формировать в диске слоистый газ. Но ближе к внешнему краю этого диска из всевозможного вещества, за «границей вечных снегов» (очаровательный термин, правда?), царят низкие температуры, и замерзшая вода становится весьма существенной составляющей частью «кирпичиков», из которых строятся все более крупные и массивные объекты. В этих зонах могут формироваться колоссальные планеты – исполинские ледяные сферы, захватывающие молекулярный газ своим мощным гравитационным полем и превращающиеся в гигантов вроде Юпитера и Сатурна.

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, где есть все от простых молекул до все более и более сложных соединений вроде спиртов, сахаров, а может быть, и аминокислот – основы жизни.

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, 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 по сравнению со всей жизнью человека.

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 образцы из недр нашей собственной планеты, чем на вещество из первозданной пустоты.

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. 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.

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. 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. 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.

Чуть больше 4,56 миллиарда лет назад, непосредственно перед образованием кальциево-алюминиевых включений, слипшихся где-то в сердцевине нашей протопланетной системы, достаточно близко взорвалась массивная звезда – настолько близко, чтобы втолкнуть радиоактивный алюминий-26 в наши края. Возможно, до звезды было всего два-три световых года. Конечно, могут быть и другие способы обеспечить это радиоактивное загрязнение по пути нашей системы через облака галактического вещества, однако сверхновая сделала бы это эффективнее всего. Так что микроскопические свидетельства, заключенные в метеоритах, указывают на то, что наше звездное окружение выдалось довольно бурным. Кроме того, оно обеспечивает достаточно естественное объяснение еще одному явлению. Нам известно, что когда сталкиваются и разбиваются малые планеты и астероиды, энергия этих бурных процессов их разогревает. Однако по всей Солнечной системе, от недр Земли до железно-никелевых метеоритов, которые когда-то составляли недра других планет, плотное вещество многократно плавилось и оставалось в расплавленном виде гораздо дольше, чем после простого столкновения.

Что же поддерживало высокую температуру? Дело в том, что своевременное вливание радиоактивного алюминия, возникшего в результате взрыва сверхновой, вполне могло обеспечить достаточно энергии, чтобы расплавить даже самое значительное количество камня. Распадаясь, ядра алюминия испускают огромную энергию. Стоит им попасть внутрь какого-то достаточно крупного тела – и температура поднимется до двух тысяч градусов, а этого хватит, чтобы расплавить любой известный минерал.

Должно быть, процесс разогрева шел очень бурно. Поскольку радиоактивный алюминий живет относительно недолго, можно утверждать, что на заре Солнечной системы его вклад в сохранение недр космических тел в жидком состоянии был как минимум в пять раз больше, чем сегодня. К тому же у алюминия наверняка были и другие помощники из числа составляющих этой химической мешанины.

Благодаря метеоритам мы располагаем надежными свидетельствами, что в юной Солнечной системе наличествовало также радиоактивное железо-60. Вероятно, оно также появилось в результате взрыва сверхновой поблизости и за период полураспада примерно в 2,6 миллиона лет превратилось в никель-60. На самом деле существует почти двадцать так называемых «вымерших» радионуклидов, которые появляются в метеоритном материале в виде своих «дочерних» изотопов и указывают на целый ряд процессов, из-за которых радиационный фон в Солнечной системе когда-то был значительно выше. Многие из этих изотопов связаны с эволюцией всей нашей Галактики – это смесь стабильных элементов, которая была выделена из межзвездного пространства при формировании Солнечной системы. Однако среди них есть и вещества местного производства, так сказать, ручной работы – например, нестабильные изотопы алюминия и железа, а также кальция и магния. Они были выкованы в краткий период перед самым образованием сгустка в туманности, благодаря которому мы и выделились из пространства в виде плотного комка вещества, и само это событие, возможно, было вызвано тем же взрывом сверхновой, который выработал эти раскаленные нуклиды.

Масса этих свежесозданных радиоактивных изотопов, которым от роду было всего-то миллион лет, наряду с другими, более мирными элементами вброшенная в нашу формирующуюся систему взрывной волной от сверхновой, составляет примерно 0,01 % нынешней массы Солнца. Казалось бы, немного, однако на самом деле это примерно в 33 раза больше массы Земли – и все это вещество было распылено среди материала, формировавшего протопланетный диск юной Солнечной системы. Вместе эти элементы могли обеспечить жидкое расплавленное ядро любому каменному телу, диаметр которого составляет больше 30 километров.

Прошло около трех миллионов лет, и жар от радиоизотопов рассеялся, а тела начали остывать и заново кристаллизоваться с поверхности к ядру, причем крупные тела планетных размеров остывали медленнее всего. Поэтому представляется, что все улики налицо: перед нами планета, основы геофизики которой заложены струйкой радиоактивных элементов, причем ее соседки-планеты зародились при тех же обстоятельствах. Удивительная ниточка, связывающая нас с прошлым!

Но что же сталось с нашей семейкой тлеющих звезд, с нестабильными сестрами Солнца, определившими нашу радиологическую историю? Что происходит с явлениями вроде Тройной туманности с течением миллионов, миллиардов лет? Прямые свидетельства того, что когда-то существовал целый выводок звезд, а рядом взорвалась сверхновая, давно исчезли. Разумеется, может статься, что за последовавшие миллионы и миллиарды лет звездные сестрички попросту разбрелись, уплыли по огромным орбитам, тянущимся через всю Галактику, разбежались в разные стороны под воздействием вездесущих гравитационных полей. Однако может быть и другое – наше «гнездышко» существует до сих пор в виде огромного скопления звезд, от которого мы попросту отстали.

Астрономы давно ищут этот звездный «потерянный Рай» – звездные скопления в Галактике, химический состав и возраст звезд в которых напоминают Солнце. Это труднейшая задача. Нам сложно даже понять, какие звезды когда-то могли находиться в нашей области Галактики, поскольку измерять такие огромные расстояния и рассчитывать движение конкретных звезд мы можем лишь с ограниченной точностью, к тому же рассмотреть нужно колоссальное множество объектов.

Один из кандидатов – так называемый объект Мессье 67, скопление звезд и звездных остатков примерно в 2700 световых лет от нас. Скопление содержит более 100 звезд, поразительно похожих на наше Солнце. Правда, есть одно осложнение: проделанное недавно компьютерное моделирование движения звезд в скоплении Мессье 67 позволило исследовать путь, который проделала бы Солнечная система, если бы отправной точкой – и местом ее рождения – было это скопление, и траектория оказалась сомнительной. Получилось, что для обеспечения гравитационного «трамплина», который вышвырнул бы нас на наше нынешнее место, потребовалось бы очень редкое относительное положение не менее двух-трех массивных звезд в Мессье 67. Причем по пути гравитационные приливы и отливы, скорее всего, разодрали бы нашу родную планетную систему в клочки.

Однако само по себе это заключение основано на допущении о том, какую конфигурацию имели тогда огромные спиральные «руки» Млечного Пути, состоящие из множества звездных объектов. А если они за миллиарды лет изменились сильнее, чем мы думаем, возможно, скопление Мессье 67 отпустило нас не так резко, и наше происхождение оттуда становится более вероятным.

Так что вопрос о том, где именно зародилась наша Солнечная система, пока открыт, однако радиоизотопные свидетельства и ход событий в других туманностях практически не оставляют сомнений, что мы так или иначе осиротели. Что возвращает нас к дальнейшему рассказу о том, что происходило в процессе формирования Солнечной системы.

* * *

Понадобилось всего несколько миллионов лет агломерации и столкновений, чтобы в огромном диске из газа и пыли вокруг прото-Солнца сформировалось множество крупных объектов. На периферии, где прохладнее, дальше тех мест, где в дальнейшем лягут орбиты пояса астероидов, замерзшая вода стабильна и создает дополнительный объем твердого материала, который в сочетании с камнем составляет гигантские ледяные ядра планет. Эти массивные сферы больше Земли в 10–15 раз, и их мощная гравитация всасывает окружающий газ, отчего возникает толстый покров атмосферы.

Как я уже упоминал, одно из этих тел – планета Юпитер, окутанная огромным одеялом материи. В основном это древние водород и гелий, которых набирается более чем в 300 раз больше массы Земли. Одного веса этого вещества достаточно, чтобы внутренность планеты подвергалась колоссальному давлению. Даже водород принимает непривычные нам формы – например, состояние жидкого металла. Так что молодая планета-газовый гигант может испускать тепловую энергию, вырабатываемую подобным давлением, и без подогрева радиоизотопами. Даже сегодня, четыре с половиной миллиарда лет спустя, Юпитер все еще пышет первобытным жаром – и температура в его ядре по-прежнему близка к 30 000 °С.

Ближе к центру нарождающейся Солнечной системы – туда, где будут планеты от Меркурия до Марса и пояс астероидов – вращаются десятки и сотни каменистых тел, так называемые планетные зародыши, выжившие в естественном отборе столкновений и слияний планетезималей. Каждый из них обладает массой всего в несколько процентов земной, и каждый в последние несколько десятков лет вел довольно-таки бурную жизнь. Расти они больше особенно не будут, но спорадически станут сталкиваться и сплавляться, поскольку энергия мощных столкновений переплавляет и переформирует минералы, их составляющие. Со временем несколько из них вырвутся вперед и превратятся во внутренние планеты.

За пограничной орбитой Марса вращается множество зародышей, однако эта область неблагоприятна для создания планет. Гравитационные поля Юпитера и Сатурна покрывают эту зону таким образом, что мелкие объекты получают ускорение и их столкновения приводят не к созиданию, а к разрушению. Гравитация способна даже вытолкнуть астероиды на другие орбиты. Одни планетные зародыши летят к центру и так или иначе примыкают к внутренним планетам. Другие находят себе место во внешней части системы.

Рис. 7. Сравнительные размеры Земли и Юпитера.

Громовержец обладает массой в 317 раз больше земной и принадлежит к совершенно иному классу планет.

Хотя нам известны не все подробности, тем не менее мы знаем о многих важных событиях, которые происходят в следующие несколько десятков миллионов лет эволюции системы: у планет наблюдается так называемая орбитальная миграция – вскоре мы еще вернемся к этому феномену, поскольку без него невозможно разобраться ни в древней истории, ни в отдаленном будущем, – а кроме того, они иногда сталкиваются с другими небесными телами. По всей вероятности, примерно 4,53 миллиарда лет назад и Земля тоже столкнулась с крупным планетным зародышем, что привело к образованию Луны. Более того, несколько позже наша планета оказалась под настоящим дождем астероидных ударов. В результате этой бомбардировки на юную поверхность планеты попало много драгоценной субстанции, которую мы называем водой, – Земля только-только успела остыть до такой степени, чтобы сохранить столь летучее вещество. А кроме того, Земля приобрела смесь самых разнообразных химических соединений, которая составила внешний покров планеты, причем эти соединения зачастую бывали еще и переработаны в верхних слоях расплавленного ядра Земли, но все равно сыграли важнейшую роль в запуске химических механизмов атмосферы, океанов и суши.

На других планетах все шло иначе. Венера, похоже, сохранила первичный внешний каменистый слой. В отличие от Земли, этот субстрат не был содран в результате столкновения с астероидом, которое породило Луну. Некоторые теории предполагают также, что Венера сформировалась при практически лобовом столкновении двух огромных планетных зародышей – это объяснило бы необычное вращение с востока на запад, при котором Венера совершает оборот вокруг своей оси медленнее, чем оборот вокруг Солнца.

Марс меньше по размерам – его масса составляет всего одну десятую массы современной Земли – и несколько иначе устроен. Пропорция летучих веществ в марсианских скалах оказалась больше. Однако и ему довелось пережить столкновения с огромными планетными зародышами. Именно это, вероятно, вызвало такую странную географию планеты – север и юг Марса разительно различаются: северная треть покрыта тонкой корой, и на ней раскинулись гладкие равнины, а почти на всем южном полушарии кора толще, и там господствуют скалистые плоскогорья.

Интересно, что в те далекие времена – 4 миллиарда лет назад – климат на Марсе и Венере, вероятно, был гораздо мягче и больше похож на земной. Теперь, конечно, все совсем не так: Венера обзавелась толстой атмосферой, насыщенной углекислым газом, и давление на ее поверхности очень высоко, а в результате температура там превышает 430 градусов по Цельсию, а атмосфера Марса истончилась и высохла – и теперь в основном состоит из углекислого газа. Еле заметная прослойка воздуха обеспечивает давление всего в 0,6 % давления земной атмосферы, а диапазон температур составляет в зависимости от времени года и местоположения от –130 до +20 градусов по Цельсию. Однако мы надеемся, что именно на Марсе условия подходят для возникновения жизни: у нас есть явные доказательства, что когда-то по его поверхности текла вода, накапливаясь во впадинах, а минералогический и химический состав его почвы и атмосферы не так уж отличается от среды во многих местах на Земле.

Атмосферы планет очень нестойки и переменчивы. Тонкий покров атмосферы вроде земной удерживается одной лишь гравитацией. Однако атомы и молекулы газов находятся в постоянном движении, и чем выше температура, тем больше средняя скорость составляющих атмосферу частиц. Особенно шустрые частички способны разогнаться до критической скорости и умчаться в космическую пустоту. Обычно беглянки состоят из самых легких компонентов, и именно поэтому Земля уже давно растеряла первоначальную атмосферу из водорода и гелия. И сегодня, если молекулы воды в атмосфере распадаются под воздействием ультрафиолетового излучения или потока частиц, атомы водорода способны подняться вверх и вырваться из объятий Земли.

Судя по всему, ограничить эти потери помогает магнитное поле планеты: оно отчасти защищает верхние слои атмосферы от агрессивного звездного излучения. И хорошо, поскольку сбежавшие атомы водорода пропадают навсегда, а вместе с каждым атомом мы лишаемся молекулы воды, в которую он входил, из-за чего планета могла бы иссохнуть, – возможно, подобный механизм и превратил марсианский климат, некогда куда более влажный и теплый, в нынешнюю безводную пустыню.

Земля тоже уже не та, что поначалу. Условия на ее поверхности – и температура, и химический состав – с течением эпох очень сильно менялись. Однако древнейшие минералы – кристаллы циркона – говорят нам, что либо на поверхности планеты, либо поблизости от нее всегда была вода в жидком состоянии. А главное, в течение первых полутора миллиардов лет после формирования Земли в атмосфере было очень мало весьма активного элемента – кислорода.

Затем это изменилось, и изменилось благодаря подлинно незаурядному явлению – зарождению на планете жизни. Примерно два с половиной миллиарда лет назад одноклеточные организмы наподобие сине-зеленых водорослей одержали верх в своих экосистемах и принялись бурно размножаться. Их метаболический аппарат вырабатывал очень много кислорода, и повышение его концентрации в следующий миллиард лет совершенно преобразило планету.

Менялись и другие характеристики. Средняя температура на Земле в прошлом была заметно выше нынешней – на несколько градусов. Однако иногда она падала так низко, что почти вся планета покрывалась льдом. Тем не менее глубоко укоренившиеся химические и геофизические циклы, судя по всему, подталкивают наш климат к своего рода неустойчивому равновесию – сохраняют жидкую воду на поверхности, поскольку состав атмосферы контролирует потерю тепла.

Живые существа самым непосредственным образом участвуют в работе сложнейшей системы планетных механизмов. В любой момент их триллионы триллионов – они процветают и вымирают, питаются и разлагаются, и неустанно меняют мир. Фантастически бурная деятельность! Однако по космическим масштабам все это жалкие мелочи, изменения характеристик планеты, которые ни к чему особенному не приведут – примерно как еле заметное выветривание окаменелостей. И в самом деле, картина в целом заставляет взглянуть на наше существование с иной точки зрения, отличающейся от привычной нам, людям, эгоистичной и местнической.

* * *

Умение смотреть на картину в целом – один из важнейших подходов, без которого нам не разобраться в хитростях самого принципа заурядности и доводов против него и не начать формулировать ответы на вопрос о нашей роли в мироздании. Давайте представим себе ненадолго, что мы наблюдаем нашу Галактику, Млечный Путь, извне. Мы всемогущи и всевидящи и способны наблюдать всю сложную структуру более чем из 200 миллиардов звезд, огромные объемы газа, пыли и темной материи – и всю их эволюцию на протяжении не просто веков или тысячелетий, а миллиардов лет. Кроме того, у нас слабость к отдельным звездным объектам, и Солнце – один из них.

Когда мы заметили его в первый раз, этот волк-одиночка только-только зажег свое ядро ослепительным огнем протон-протонного цикла. Энергия этой топки вырывается наружу двумя путями. Один – непрерывный поток субатомных частиц под названием нейтрино. Эти призрачные созданьица практически ни с чем не взаимодействуют, и даже плотная громада Солнца для них в основном прозрачна – они вылетают оттуда во Вселенную с околосветовой скоростью. Другой компонент энергии термоядерного синтеза – густой поток фотонов, которые просачиваются через 650 000 километров солнечной плазмы, а потом вырываются в космос в виде света – видимого, ультрафиолетового и инфракрасного. Этот мощный поток излучения согревает планеты, астероиды, кометы, пыль и газ, вращающиеся вокруг Солнца. У внутренних планет он играет главенствующую роль в создании среды на поверхности – накачивает энергией циркулирующие атмосферы, и даже океан жидкой воды на третьей по счету планете. Однако звездочка, за которой мы наблюдаем, медленно, но неуклонно меняется. За первые четыре миллиарда лет она стала ярче примерно на 30 % и за это время обеспечила бурное развитие разнообразных живых существ на третьей планете. Примерно через 10 миллиардов лет она стала вдвое ярче, чем в молодости. Мы с философской печалью отмечаем признаки старения – неизбежный прогресс, который закончится смертью.

В отличие от многих других явлений во Вселенной, звезды вроде Солнца с возрастом становятся все ярче – до поры до времени. Когда одинокие протоны ядра водорода сливаются в недрах звезды, создавая ядра гелия, они меняют фундаментальный состав звезды – обогащают его более тяжелым элементом. В результате внутренность звезды становится плотнее и горячее, а темп потребления водорода постепенно повышается (вспомните костер, который медленно схлопывается и при этом горит все ярче и жарче).

Это, конечно, сильно повлияло на влажную планету, которая вращается вокруг Солнца: к рубежу в шесть миллиардов лет возрастающая яркость звезды разогрела климат до таких пределов, что океаны из жидкой воды могут уже и не сохраниться. Однако к десяти миллиардам лет это уже самая маленькая из проблем, с которыми столкнулась эта планета и ее ближайшие соседки. Солнце сожгло последние капли водорода в ядре и начинает трудный и мучительный переход в звездную загробную жизнь.

В течение периода, который в описываемом далеком будущем продлится чуть больше миллиарда лет, наша звезда все больше разрастается и становится все беспокойнее. Внешняя ее оболочка раздувается, причем рывками, и в конце концов поглощает внутренние планеты, а гигантский раскаленный докрасна шар почти достигает орбиты когда-то влажной планеты. При этом некогда цельная звезда разбрасывает огромное количество своего вещества, пылающего газа и быстро конденсирующейся пыли в межзвездное пространство. Так она в конечном итоге израсходует чуть ли не половину своей массы. Это радикально меняет гравитационную динамику планет, ее окружающих, чьи орбиты приспосабливаются к обстановке и тоже расширяются в соответствии с законами, которые вывело одно разумное живое существо по имени Исаак Ньютон более миллиарда лет спустя.

Стремительное расширение Солнца обеспечивается целым рядом внутренних перестановок и процессов. Когда расходуется весь водород в ядре, оно начинает сжиматься и нагреваться. Вокруг него остается лишь тонкая оболочка из водорода, участвующего в термоядерном синтезе – это немного похоже на мерцание периметра только что догоревшего костра. Однако в конце концов сжимающееся ядро так сильно разогревается, что начинается так называемая тройная гелиевая реакция. Этот процесс требует температуры в 100 миллионов градусов – в десять раз больше, чем для протон-протонной реакции. Кроме того, эта реакция не такая производительная, однако в результате гелий превращается в два новых элемента – кислород и углерод. В следующие сто миллионов лет ядро звезды все сильнее уплотняется, и поток энергии заставляет внешнюю часть звезды еще сильнее расти – пока гелиевое топливо тоже не истощится.

Для нашей звезды-сиротки настает переломный момент. Примерно через 12 миллиардов лет и менее 60 оборотов по орбите вокруг галактики Млечный Путь она сожгла все, что могла. Массы ей не хватает даже для того, чтобы поднять температуру в ядре до уровня, необходимого для пережигания ядер углерода, поэтому новых источников энергии у нее нет – в кладовой не осталось ничего съестного.

Вскоре процессы в ней прекращаются, и последние вспышки энергии лишь отталкивают остатки внешних покровов, сдувают их в межзвездное пространство и создают прелестную туманность, раскинувшуюся на десятки световых лет. В конце концов остается лишь внутреннее ядро Солнца, нагое и неприкрытое. Оно состоит из углерода и кислорода, а схлопываться ему не дают странные фундаментальные силы, порожденные квантовой природой субмикроскопического мира, где корпускулярно-волновой дуализм вещества создает сопротивление давлению гравитации.

Этот диковинный объект мы называем белым карликом. Источника энергии у него нет. Это просто тлеющий уголек, которому на остывание требуются триллионы лет. И при этом составляющие его атомы складываются в решетку, в периодический узор – звезда кристаллизуется. Далекое будущее Солнца – превратиться в огромный темнеющий углеродно-кислородный самоцвет, висящий в космическом пространстве.

Глядя на эту крупинку, мы видим, что некоторые из ее первоначальных планет пережили катаклизм. Например, бывшая третья планета умудрилась избежать разрушения во время агонии звезды. Теперь она вращается на расстоянии почти вдвое дальше от центра системы, чем поначалу, поскольку Солнце утратило около 40 % прежней массы. Бесплодная, обледенелая планета бесконечно и бесцельно кружит вокруг темнеющего белого карлика – останков своей материнской звезды.

Так кончается биография в десять миллиардов лет длиной, жизненный путь одинокой звездочки, которой мы решили заинтересоваться. Однако горевать нам некогда, поскольку появилась масса похожих светил – и есть из чего выбрать следующий объект наблюдений. Пока мы наблюдали нашу любимицу во дни ее славы, на Млечном Пути родилось миллиардов десять таких же солнц.

* * *

Рождение Солнечной системы ознаменовалось бурной физико-химической активностью, но большинство реакций длилось не больше нескольких десятков миллионов лет. Затем последовали миллиарды лет довольно мирного реликтового существования на протяжении жизни одной скромной звездочки. Но с нашей, человеческой точки зрения это – вечность, наполненная хитросплетением взаимосвязанных действий и событий.

Живые существа существовали за миллиарды лет до нас, и мы мгновенно выпутываемся из сетей астрофизической, геофизической и молекулярной эволюции. На один миг я замираю на чилийской горе, чтобы задуматься о своем месте во Вселенной. Складки, борозды, весь расстилающийся передо мной пейзаж – следствие геофизической эпохи, когда земная кора пребывала в расплавленном состоянии, а корни этого пейзажа – радиоактивными элементами, выкованными массивными звездами в неведомо далеком и невообразимо древнем месте среди звезд, где зародилась наша Солнечная система.

Одна из важнейших составляющих этой истории – нашей истории – это извилистая тропа, которая ведет к этому мигу и углубляется дальше. Хотя законы, определяющие путь в космосе, очень просты, для нас с вами он полон загадочных поворотов. Это существенное обстоятельство, поскольку узнать о своем месте во Вселенной, в принципе, можно, если задаться вопросом: много ли дорог способны привести к возникновению жизни вроде нашей или, если уж на то пошло, вообще к возникновению жизни? Чтобы начертить эту карту, сделаем следующий шаг: зададимся вопросом об истории других планет, других миров, которые вращаются вокруг своих звезд и в нашей Галактике, и за ее пределами. Просто поразительно, сколько всего они могут нам рассказать!