Текст книги "Метеориты. Космические камни, создавшие наш мир"

Содержащиеся внутри Аллан Хиллс 81005 фрагменты веществ, составляющих terrae и maria, сформировались похожим образом. При ударе основная масса каменной породы нагревается все же недостаточно и не плавится, а раскалывается на куски – осколки, «шрапнель» размерами от здоровенных булыжников до мелкой пылевой взвеси. Эти обломки гигантской завесой выбрасывались в лунное небо и падали обратно на поверхность, покрывая ее хаотически распределенным покровом, иногда ложащимся за тысячи миль от родительского ударного кратера. Так и получилось, что вещества с разных участков поверхности Луны смешивались друг с другом – анортитовые фрагменты, характерные для terrae, оказывались на одних участках с базальтом «морей», а базальтовые фрагменты из «морей» оседали на terrae. Когда скальная порода испытывает столь сильный удар, она претерпевает так называемый «ударный метаморфизм», подвергаясь давлению, во много сотен тысяч раз превышающему атмосферное давление на поверхности Земли. За малые доли секунды структура минералов внутри камня меняется, тем самым «записывая» в себе информацию об испытанных гигантских давлениях. Вся поверхность Луны изрыта ударными кратерами, от гигантских до микроскопических; время от времени эти удары вышвыривали куски камня с поверхности Луны настолько далеко, что обратно они уже не возвращались. Один такой камень случайно попал на Землю и упал на Восточно-антарктический ледяной щит, где люди нашли его и назвали Аллан Хиллс 81005.

Между 1969 и 1972 годами астронавты проекта Apollo собрали на Луне и доставили на Землю более 350 килограммов камней; еще несколько сот граммов лунных пород в период с 1970 по 1976 год было уложено в контейнеры советских автоматических станций серии «Луна». Камни, доставленные прямо с поверхности Луны людьми и роботами, ценны для науки по двум основным причинам: во-первых, они не подвергались разрушительному воздействию земного выветривания, а во-вторых, мы точно знаем, в какой именно точке лунной поверхности они образовались.

А вот по тем кусочкам Луны, которые долетели до Земли в виде метеоритов, невозможно догадаться о точном месте их происхождения. Чтобы они смогли преодолеть притяжение гравитационного поля Луны, их должно было выбросить из кратера поперечником по меньшей мере в несколько километров. Сотни тысяч таких кратеров беспорядочно разбросаны по лунной поверхности, и любой из них мог быть местом рождения лунного метеорита.

На момент написания этого текста найдено чуть больше 400 лунных метеоритов. Один из них, названный Ямато 791197, вообще-то был найден в Антарктике за три года до Аллан Хиллс 81005, но то, что он прилетел с Луны, стало ясно только после установления лунного происхождения последнего.

Все известные сейчас лунные метеориты относятся к «находкам». Никто пока не наблюдал падающего с неба камня с Луны.

* * *

А космохимики только и ждут первого падения лунного камня. Так что теперь, глядя темной ночью на нашу сияющую на небе космическую соседку, будьте предельно внимательны – вдруг вы увидите, как кусочек ее несется к Земле в виде метеорита.

С поверхности астероидов каменные обломки выбрасываются таким же образом, как и с Луны: в результате ударов. У крошечных по сравнению с планетами и Луной астероидов гравитационное поле слабое, поэтому для того, чтобы выбросить вещество за его пределы, не требуется столкновение вселенских масштабов. И если эти выброшенные каменные фрагменты окажутся в «люке Кирквуда» или случайно выйдут на подходящую орбиту их путешествие в межпланетном пространстве может когда-нибудь окончиться на Земле.

Люди на астероидах пока не высаживались, но вместо них туда уже отправлялись автоматические космические миссии. На сегодняшний день состоялись их сближения с семнадцатью разными астероидами, от крохотного Итокава (-500 м в поперечнике – размером примерно с цепь из двадцати пяти двухэтажных автобусов) до самого крупного, Цереры (которую многие ученые считают «карликовой планетой»). На Землю переданы подробные фотоснимки поверхности этих астероидов.

Когда я пишу эту книгу, космические аппараты Hayabusa-2 и OSIRIS -REx, запущенные Агентством аэрокосмических исследований Японии (JAXA) и NASA соответственно, исследуют еще два астероида. На борту корабля Hayabusa-2 уже находится вещество с поверхности астероида Рюгу, которое будет доставлено на Землю в конце 2020 года[4]4
  5 декабря 2020 года зонд сбросил на Землю капсулу с образцами грунта с астероида Рюгу: миссия была выполнена успешно. – Прим, перев.


[Закрыть], a OSIRIS-REx принесет нам первичное вещество Солнечной системы с астероида Бенну в конце 2023-го. Обе миссии сфотографировали поверхности своих астероидов с близкого расстояния. Для астрономов XIX века астероиды были только движущимися по небу слабыми звездообразными световыми точками; не существовало никакого способа увидеть их вблизи. Эти ученые так и не узнали, насколько прекрасны объекты их исследования. Нам посчастливилось жить в историческую эпоху прямого изучения тел Солнечной системы, и мы увидели несколько малых планет во всей красе.

Астероиды могут быть самой разнообразной формы: почти круглые, похожие на орех, картофелину или смятый куб. Окраска их тоже неодинаковая: одни серого цвета и отражают солнечные лучи, как светлый песок на пляже, другие темные, как кусок угля. У одних поверхности однородные, без изменений яркости, у других угольно-черные области чередуются с ослепительно белыми, будто покрытыми свежевыпавшим снегом. Различия между астероидами огромны, их можно разделить на множество типов – они образуют целую палитру геологически разных миров. Но у всех астероидов есть одна общая черта: они покрыты ударными кратерами.

Как и лунные, кратеры на астероидах бывают самого разного размера: от циклопических до едва заметных. В 2012 году космический зонд NASA Dawn («Рассвет») сфотографировал на поверхности Весты, второго по величине астероида, гигантский ударный кратер Реясильвия, поперечником более 500 километров (около половины Великобритании) и глубиной примерно в двадцать километров. Образование Реясильвии почти полностью изменило облик поверхности Весты. В межпланетное пространство было выброшено около шести миллионов миллионов миллионов килограммов каменных пород. В центре Реясильвии на двадцать пять километров над дном кратера возвышается величайшая из известных гор Солнечной системы, образованная вспучиванием поверхности астероида в ответ на ударное воздействие – точно так же, как вспучивается поверхность воды в луже, когда на нее падает капля дождя.

Бесчисленное количество ударных кратеров, покрывающих астероиды, свидетельствует об огромном числе возможностей выброса вещества с их поверхностей в пространство. Ударное происхождение отразилось и на внутренней структуре самих метеоритов – как мы видим на примере Аллан Хиллс 81005, следы этих катастроф проявляются прежде всего в наличии вулканического стекла. Но хаотические деформации обнаруживаются и во внутренней структуре минералов: изначально идеально прекрасная форма кристаллов искажена разломами; кристаллическая структура нарушена на атомном уровне; сами кристаллы частично оплавлены. В некоторых случаях, когда колоссальное ударное давление перестраивало структуру атомов, минералы преобразовывались в новые экзотические версии самих себя. Так, в некоторых метеоритах, которые возникли при наиболее мощных ударах, находят алмазы, сформировавшиеся за время, меньшее продолжительности фотовспышки.

Космические секундомеры

Время, прошедшее с того момента, как метеорит был выброшен с поверхности своего родительского тела – астероида или Луны – до завершения его межпланетных странствий на Земле, можно измерить при помощи природного изотопного секундомера. Солнечную систему пронизывает постоянный поток высокоэнергетических атомных частиц, называемых «космическими лучами». Они возникают при взрывах, которыми заканчивается жизнь далеких звезд, и несутся в межзвездном пространстве со скоростями, близкими к скорости света. Если какая-то из этих частиц сталкивается с твердым объектом, например с астероидом, – ее существование заканчивается: пролетев сотни световых лет в Галактике, она входит в камень на глубину в один-два сантиметра и останавливается. Но и для камня это столкновение не проходит бесследно.

Большинство космических лучей – это единичные протоны. Несмотря на исчезающе малые размеры и ничтожную массу, благодаря невероятной скорости они могут, подобно микроскопическим кувалдам, наносить довольно сильные удары. При столкновении с атомами, входящими в состав камня, они возбуждают ядерные реакции, в результате которых определенные элементы образуют характерные изотопы, называемые «космогенными нуклидами». Чем дольше камень подвергается воздействию потока космических лучей, тем больше в нем образуется космогенных нуклидов. Они накапливаются в течение тысячелетий.

Большая часть скальных пород, составляющих астероид, лежит достаточно глубоко и надежно защищена от космических частиц, барабанящих по его поверхности, как осенний дождь по крыше. В этих породах космогенные нуклиды образоваться не могут. Но как только ударное событие вырывает кусок камня из недр родительского астероида и выбрасывает его в межпланетное пространство, камень теряет спасительную «крышу» – теперь он полностью открыт космическим лучам. Космогенные нуклиды начинают накапливаться внутри него, как песок в нижней части песочных часов. Отсчет начался. Теперь все время, пока камень странствует в космосе, он открыт потоку космических лучей и в нем откладываются космогенные нуклиды – и чем дольше это продолжается, тем больше их становится.

Упав на земную поверхность, метеорит снова обретает защиту от бомбардировки космическими лучами – плотная азотная атмосфера и мощное магнитное поле Земли, обусловленное процессами, происходящими в ядре планеты, задерживают большую часть космических лучей, не пропускают их к земной поверхности. Образование космогенных нуклидов в метеорите прекращается, и часы, измеряющие время его полета, перестают тикать.

Измерив интенсивность потока космических лучей, пронизывающего Солнечную систему, мы можем вычислить скорость, с которой космогенные нуклиды образуются в небесном камне во время его космических странствий; другими словами, мы можем определить скорость хода изотопного секундомера. А измеряя в лаборатории степень концентрации космогенных нуклидов в метеорите, можно сосчитать, сколько раз за время его полета совершила оборот стрелка космического секундомера. Теперь мы знаем, сколько времени прошло с тех пор, как метеорит покинул родительский астероид, до момента, когда он достиг Земли.

Метеориты не летают по прямой – они обращаются вокруг Солнца по своим орбитам, которые случайно могут пересекать орбиту Земли. А значит, чтобы попасть на Землю, им обычно требуется долгое время. Некоторые каменные метеориты добрались до Земли немногим быстрее, чем за 100 000 лет, но большая их часть летала в космосе от десяти до тридцати миллионов лет. Однако многие железные метеориты оказались еще неторопливее: они оставались на своих околосолнечных орбитах в двадцать раз дольше, чем большинство камней. Некоторые из них, прежде чем попасть на Землю, провели в межпланетном пространстве до 500 миллионов лет и более, из-за чего в них скопилось огромное количество космогенных нуклидов.

Точно неизвестно, почему между временем, проведенным в межпланетном пространстве каменными и железными метеоритами, такая большая разница. Это одна из многих загадок науки о метеоритах. Одно из возможных объяснений заключается в том, что железные метеориты попросту оказываются в космосе более живучими. Имея большую жесткость, куски металла меньше «изнашиваются», не превращаются в пыль, в то время как хрупкие каменные метеориты подвержены эрозии в результате микростолкновений. Они быстрее «ветшают». Вероятно, существует предельное время, в течение которого каменный метеорит может путешествовать в космическом пространстве после того, как он был выброшен из родительского астероида. Потому и выходит, что ни у одного каменного метеорита «космический секундомер» не показывает длительного времени его странствия.

* * *

Подобно Земле, Луне и другим планетам, астероиды во время своего образования были горячими телами. Но, поскольку они так и не объединились и не сформировали тело планетарного масштаба, в их составе среди скальных пород не появилось больших количеств радиоактивных изотопов – горючего, энергия которого разогревает планету. То крошечное, в сравнении с имеющимся у планет, количество радиоактивного топлива, которое астероидам все же досталось при их формировании, очень быстро (в геологической шкале времени практически мгновенно) распалось, предоставив им промерзать на космических сквозняках до самой сердцевины.

Законы природы повсюду одинаковы – что для чашки чая на нашем столе, что для астероида, несущегося по орбите вокруг Солнца между Марсом и Юпитером: малые тела остывают быстрее больших. Причина этого проста и изящна: все дело в отношении площади поверхности к объему. Планеты (да и астероиды) можно (приближенно) считать сферическими по форме; их объем пропорционален кубу радиуса, а площадь поверхности – квадрату.⁵ Получается, чем крупнее небесное тело, тем больше тепла оно содержит и тем менее эффективно отдает его окружающему пространству через свою малую по сравнению с объемом площадь поверхности. Короче, чем крупнее тело, тем дольше оно хранит тепло.

Крошечные по сравнению с планетами астероиды остыли невероятно быстро. Даже самые крупные из них спустя несколько миллионов лет после своего образования сделались холодными, как камень. По человеческим меркам это, может, и долго, но когда речь идет о метеоритах, мы должны придерживаться геологической шкалы времени. Если мы сожмем всю планетарную историю Земли до одних суток продолжительностью в двадцать четыре часа, то окажется, что астероиды остыли за первые полчаса или чуть больше и с тех пор оставались ледяными. А Земля, к примеру, в свои 4,6 миллиарда лет все еще производит достаточно тепла, чтобы каждый день извергать на поверхность реки жидкой, разогретой докрасна лавы.

Остынув так быстро, астероиды на протяжении всей своей истории оставались в геологическом смысле мертвыми мирами – скальные породы в их составе сохраняли свое первоначальное состояние, если не подвергались случайным ударным воздействиям. Поэтому такие породы – когда их образцы падают на Землю в виде метеоритов – могут рассказать нам о более далеком прошлом, чем любой земной камень.

А из всех историй, рассказываемых небесными камнями, наверное, самая грандиозная и поразительная – история о том, как постепенно складывался и воздвигался наш космический дом: Солнечная система.

3. Пыль из газа, миры из пыли

Каждый из нас проживает свою жизнь на Земле. Земля – космический дом человечества. Значение Земли для нас огромно. Ее планетарная история тесно переплетена с нашей, человеческой.

Глубокое волнение охватывает нас, когда мы видим фотографии нашей голубой планеты, снятые из космоса. Это наш дом. Такую же глубокую связь с Землей ощущали наши предки. Вопросы о том, как возникла наша планета и как появились на ней мы сами, впервые встали перед людьми в глубокой древности. Пытаясь ответить на них, все культуры и религии планеты создавали свой миф о сотворении мира. Насколько нам на сегодняшний день известно, Земля – единственное место во Вселенной, в котором состоящее из молекул вещество развилось до разумного состояния и способно задавать себе вопрос о своем происхождении. И насколько нам пока известно, мы, люди, – единственные элементы Вселенной, способные найти что-то похожее на ответ на этот вопрос. Раздумывать о том, откуда мы взялись, – неотъемлемая часть понятия «быть человеком». Этот вопрос живет в каждом из нас.

Человеческое тело состоит из примерно десяти октиллионов атомов: часть из них приходит из воздуха, которым мы дышим, из воды, которую мы пьем, из пищи, которую едим. А там они, в свою очередь, берутся из богатой кислородом земной атмосферы, из воды, текущей по земной поверхности и падающей дождем с неба, и, если говорить о пище, из растений, которые мы выращиваем в почве, а также из газов, присутствующих в воздухе. Когда мы едим, пьем и дышим, какое-то количество атомов, поступающих в наши тела извне, остается в них – эти атомы участвуют в создании новых клеток и, по крайней мере на время, становятся частью нашего внутреннего строения, нашего «я». Мы все в буквальном смысле являемся частью Земли, состоим из ее вещества. Вопросы о том, как образовалась Земля и откуда взялись мы сами, оказываются, если углубиться в прошлое достаточно далеко, одним и тем же вопросом.

Мы живем в такую эру человеческой истории, когда после двухсоттысячелетних раздумий нам наконец начинает открываться понимание истинной глубины наших планетарных и небесных корней. И в этом великом пробуждении метеориты играют ключевую роль.

Туманность

Астрономы давно заметили, что все в Солнечной системе, за немногими случайными исключениями, вращается одним и тем же образом. Все планеты, кометы и астероиды обращаются по орбитам вокруг Солнца в одном и том же направлении, как огромный часовой механизм; в том же направлении обращается вокруг своих материнских планет огромное большинство лун Солнечной системы; осевое вращение шести из восьми планет и почти всех их спутников направлено в ту же сторону.[5]5
  Венера, вторая планета от Солнца, составляет заметное исключение: она вращается в «неправильном» направлении. Почему ее осевое вращение направлено против вращения большинства планетарных тел Солнечной системы, остается загадкой. Уран, ледяной гигант, седьмая от Солнца планета, несется по своей орбите, лежа почти на боку, вероятно, из-за мощного столкновения, изменившего наклон его оси вращения на заре истории Солнечной системы.


[Закрыть] Даже Солнце, непрестанно бьющееся звездное сердце нашей планетной системы, в том же направлении совершает вокруг своей оси один оборот за двадцать пять земных дней. Как будто вся Солнечная система захвачена неким вечным и нескончаемым водоворотом.

К тому же Солнечная система невероятно плоская. Если рассматривать ее «с ребра», оказывается, что околосолнечные орбиты планет и главных лун сосредоточены в одном очень тонком плоском слое, будто концентрические бороздки на невидимой виниловой пластинке. Именно так и можно представить себе относительную толщину Солнечной системы, если мысленно сжать ее так, чтобы диаметр орбиты Нептуна – самой далекой от Солнца планеты – был бы равен двадцати сантиметрам. Только орбиты астероидов и комет, которые по сравнению с планетами выглядят мелкими обломками, могут заметно выходить за пределы толщины этой «пластинки»: наклоны орбит некоторых астероидов достигают сорока пяти градусов, а орбиты комет могут быть ориентированы к главной плоскости планетных орбит и под прямым углом.

Первую серьезную попытку объяснить природу «водоворота», в который вовлечено движение тел Солнечной системы, предпринял немецкий философ Иммануил Кант в своей вышедшей в 1755 году книге Allgemeine Naturgeschichte («Всеобщая естественная история»). Он выдвинул великолепную и тщательно продуманную гипотезу. Кант предположил, что непосредственно после акта сотворения мира Солнечная система представляла собой висящее в космическом пространстве гигантское облако, находящееся в состоянии бесформенного и безликого хаоса.

Согласно гипотезе Канта, это туманное облако медленно вращалось. Отдавая должное ньютоновским представлениям о всемирном тяготении, Кант предположил, что под действием своей собственной гравитации облако начало стягиваться в плотную массу. По мере того как этот процесс коллапса продолжался, гравитационное притяжение росло, и коллапс все более ускорялся. Изначальное вращательное движение тоже ускорялось по мере того, как центральный конденсат становился все более плотным, каким-то образом превратившись наконец в быстро вращающееся прото-Солнце. Дальше Кант описывал, как часть вещества облака не упала на Солнце, а была отброшена от него в радиальных направлениях, оказавшись на круговых околосолнечных орбитах, лежащих в одной уплощенной области пространства; в этом остаточном веществе, по Канту, образовались многочисленные уплотнения меньшего масштаба, которые, в свою очередь, стали расти и породили планеты.

В 1796 году знаменитый французский математик Пьер-Симон Лаплас тоже представил свои соображения о том, как из изначально бесформенной массы газа, медленно вращавшейся в пространстве, образовалась система планет – включая Землю – и комет, обращающихся по орбитам вокруг Солнца. Лаплас описал процесс сжатия – коллапса – вращающегося облака под действием всесокрушающей силы его собственного гравитационного поля. Вращение облака ускорялось по мере его сжатия; из него образовалась гигантская сфера плотного газа, которая, разогреваясь, дала начало Солнцу. От стремительно вращающегося Солнца отрывались большие волокна вещества; они выбрасывались в пространство в форме концентрических колец, каждое из которых занимало свою орбиту вокруг Солнца. Из кружащихся вокруг Солнца концентрических водоворотов, говорил Лаплас, образовывались вращающиеся планеты, которые сохраняют это состояние по сей день.

Наши современные взгляды на формирование Солнечной системы, как мне кажется, и более красочны, и более глубоки, чем любые мифы прошлого. Как мы еще убедимся, в них находят место и взрывы, в которых гибнут гигантские звезды, и звездные ветры, несущиеся сквозь межзвездное пространство, и гибель миров, и зарождение новых. Но хотя идеям Канта и Лапласа недоставало подробной разработки, они в сущности оказались верными.

* * *

Здесь стоит уделить минутку для того, чтобы сориентироваться и найти наше место на главной временной шкале мироздания. Вселенная – другими словами, совокупность всего существующего – возникла в результате Большого взрыва чуть меньше четырнадцати миллиардов лет назад. Наша Солнечная система сформировалась всего чуть больше четырех с половиной миллиардов лет назад – что составляет почти треть возраста Вселенной. Начало этой истории было поистине грандиозным.

Вспышка света

Поначалу Солнечная система была частью насквозь промерзшего бесформенного облака газа, скудно приправленного крошечными зернами каменной пыли. Это межзвездное облако состояло в основном из водорода и гелия и было невероятно разреженным: в сферическом объеме размером с Землю помещалось всего несколько килограммов вещества – вес новорожденного младенца! По сути, при такой плотности вещество почти не отличается от вакуума. Подобные облака мы наблюдаем на ночном небе и сегодня – и название дали им соответствующее: туманности. Их английское название тоже происходит от латинского «nebula», что значит «туман». Но, несмотря на то что в туманностях нет ничего, кроме тончайших газовых волокон и небольшого количества

пыли, в межзвездном пространстве они растянуты на огромные расстояния – от десятков до сотен световых лет[6]6
  Световой год – это расстояние, которое свет проходит за год; оно равно девяти с половиной триллионам километров.


[Закрыть].

На ночном небе туманности выделяются на фоне моря звезд своими бесформенными очертаниями и размытыми, незаметно сливающимися с чернотой неба краями: это слабые светлые пятна в черном пространстве. Некоторые туманности заметны невооруженным глазом даже в таких местах, где небо имеет оранжевый оттенок из-за засветки, создаваемой уличным освещением: к примеру, зимой в северном полушарии небо украшает туманность в созвездии Ориона (в области «меча» небесного охотника); заметно и слабое облачко, окутывающее звездное скопление Плеяд. Эти две туманности особенно легко разглядеть – они относятся к астрономическим чудесам, которые доступны взгляду обитателей городов даже при самом высоком уровне светового загрязнения.

Когда мы смотрим на туманности в мощные телескопы, они выглядят совсем по-другому. Волокна газа переплетаются друг с другом; плотные облачные массы высятся как трубы или колонны; длинные легкие эфирные пряди разлетаются в глубины космоса. А некоторые туманности не светлые, а черные как смоль. На небе они выглядят чернильными пятнами, сквозь которые не пробивается свет звезд. И все же большинство туманностей тускло светится красноватым цветом. Чтобы испускать свет самим, они слишком холодны, но их облучают соседние звезды, и газ начинает фосфоресцировать. Излучение газа, возникающее в результате малых энергетических переходов на субатомном уровне, суммируется по всему облаку, простирающемуся на огромные расстояния, и распространяется от туманности во все стороны, уходя в глубины космоса.

Звездные ветры от особенно горячих и излучающих больше всего энергии звезд гонят перед собой огромные слои туманности и «выдувают» в ее толще обширные области пустого пространства, одновременно уплотняя массы газа на ее периферии. Колоссальные взрывы, которыми заканчивается жизнь звезд во много раз массивнее нашего Солнца, порождают мощные ударные волны, распространяющиеся в межзвездном пространстве. Проходя сквозь толщу туманности, эти волны, в свою очередь, создают в ней «рябь» в виде газовых волокон высокой плотности. Массивные звезды своим сильным гравитационным притяжением привлекают к себе большие массы газа из туманности; действующие в окрестности таких звезд приливные силы концентрируют разреженный газ в облака густого тумана. Статичные и неизменные в человеческой шкале времени, межзвездные облака на деле полны динамики: когда счет идет на миллиарды лет, становится заметно, как они текут, вздуваются и опадают.

Внутри туманностей многое определяют газовые потоки и сильные магнитные поля, заставляющие газ медленно клубиться и завихряться. В областях туманности, где под воздействием звезд газ конденсируется в облака повышенной плотности, основная роль переходит к гравитации. В результате туманность начинает коллапсировать – сжиматься. Газ и пыль под действием гравитационного притяжения стягиваются внутрь, образуя уплотняющиеся узлы; в них запускается ускоряющийся процесс сжатия. Чем плотнее ядро такого узелка, тем сильнее его гравитационное воздействие на окружающую туманность, вследствие чего узелок стягивает к себе еще больше окружающего газа и пыли, а это, в свою очередь, ведет к еще большему его уплотнению. Когда туманность достигает этой стадии, повернуть процесс вспять уже невозможно. В ней могут появиться сотни плотных узелков-ядер, каждое из которых стягивает на себя газ и пыль. Сегодня мы видим процесс коллапса туманностей «в реальном времени» в мощные телескопы. Только в туманности Ориона каталогизировано более 200 коллапсирующих фрагментов, каждый из которых представляет собой узелок, непрерывно уплотняющийся под действием тяготения.

По всему небу зарегистрировано много тысяч таких объектов.

Наша Солнечная система когда-то тоже прошла эту стадию. Малая часть очень холодного облака, из которого она впоследствии образовалась, чуть более четырех с половиной миллиардов лет назад начала коллапсировать, создавая газово-пылевой узелок повышенной плотности протяженностью в миллиарды километров. Сначала внутри узелка было совершенно темно – свет звезд не мог проникнуть сквозь непрозрачную толщу газа и пыли. Ядро узелка стягивало на себя все больше окружающего газа, медленно становилось все плотнее и массивнее, а его температура постепенно начала расти. И наконец гравитация в растущем ядре усилилась настолько, что температура выросла сначала до тысяч, а потом и до миллионов градусов.

И тут в нем вспыхнул свет.

В ядре сжимающейся туманности начались инициированные огромными температурами и гигантским давлением ядерные реакции превращения водорода в гелий. Нарождающаяся Солнечная система впервые оказалась залитой звездным светом. Это и был момент рождения Солнца: в длинной истории Солнечной системы началась эра света.

Вспышка в центре продолжающей сжиматься туманности в первый раз осветила остатки газа и пыли вокруг центрального ядра. К этому времени вокруг новорожденного Солнца уже возник и вращался наподобие гигантской карусели плоский газовый диск поперечником в десятки миллиардов километров – так называемый «протопланетный диск».

Еще до наступления коллапса наша нарождающаяся туманность медленно вращалась. Это первоначальное вращение в ходе всего процесса стягивания к центральному ядру новых масс газа и пыли сохранялось и усиливалось благодаря фундаментальному физическому закону: закону сохранения углового момента. В своей простейшей форме он заключается в том, что вращающийся объект будет продолжать вращаться, пока на него не подействует внешняя сила. Так как вращательному движению туманности в процессе коллапса ничто не препятствует, она продолжает сжиматься к центру, и по мере ее сжатия вращение ускоряется. Точно так же балерина, крутящая пируэт, вращается быстрее, когда прижимает руки к телу[7]7
  Еще одну демонстрацию закона сохранения углового момента можно устроить при помощи обыкновенного крутящегося офисного кресла. Если вы, раскрутив его, растопырите в разные стороны руки и ноги, ваше вращение замедлится, а если, наоборот, прижмете их к себе, то станете опять крутиться быстрее.


[Закрыть]

В природе крутящиеся тела стремятся распластаться. До наступления коллапса частицы газа и крохотные пылинки были вовлечены в турбулентные движения; туманность в целом вращалась, но движения отдельных частиц были случайными. Но когда газ и пыль были стянуты к ядру силами гравитационного притяжения, их движения в вертикальном и горизонтальном направлениях взаимно скомпенсировались, что привело к образованию плоского газопылевого диска. Частицы диска, обращаясь по своим орбитам вокруг массивной центральной звезды, сохраняли свое вращательное движение в силу закона сохранения углового момента. И этот небесный пируэт не прекращается до сего дня.

Время собирать камни

Природа внесла строгий порядок в изначально бесформенное межзвездное облако. Солнце и протопланетный диск образовались из коллапсирующей туманности всего за несколько миллионов лет – в геологической шкале времени практически мгновенно. Если вернуться к нашему 24-часовому «геологическому дню», на это ушло чуть больше 90 секунд. Так что в этом временном масштабе формирование Солнечной системы практически закончилось за первые полторы минуты.

Пока в Солнечной системе шли процессы концентрации под действием силы тяготения и продолжалось ее уплощение, связанное с сохранением углового момента, вблизи нашей звезды формировались и другие звезды. Некоторые из них были гигантскими – массой в десять, пятьдесят, а то и в сто раз больше нашего Солнца. Они сжигали запасы своего «горючего» невероятно быстро: за время, в течение которого Солнце и его протопланетный диск едва успели сконденсироваться, эти звезды уже подходили к концу отпущенного им срока существования. Пока они расходовали последние остатки топлива, яростные звездные ветры неслись с их поверхностей, и потоки ядер тяжелых элементов, образовавшихся глубоко в их недрах в ходе термоядерных реакций, выбрасывались в окружающую туманность. Затем звезды гибли: не в состоянии больше уравновешивать силой газового давления колоссальную силу собственного гравитационного поля, они катастрофически сжимались, после чего тут же взрывались в виде сверхновой.

Химический коктейль из тяжелых элементов, приготовленный в невероятно горячих и плотных ядрах звезд, обогащал туманность новообразованными атомами. Некоторое количество этих недавно синтезированных элементов попало и в наш все уплощающийся протопланетный диск. А еще, когда окрестные сверхновые взрывались, подобно космическим петардам, распространяющиеся при этом ударные волны проходили свозь формирующуюся Солнечную систему, внося в нее возмущения.