Когда у Земли было две Луны. Планеты-каннибалы, ледяные гиганты, грязевые кометы и другие светила ночного неба - Эрик Асфог

Во времена Шекспира никто не мог представить существование еще одной планеты[65], точно так же как не мог вообразить себе восьмой день недели, поэтому Кеплер до конца дней был уверен в своей правоте. Спустя много лет после его смерти этой уверенности пришел конец в связи с открытием первой с античности новой планеты – Урана. В результате от «Тайны мироздания» и других теорий остались одни руины, а нам пришлось задуматься о числе дней недели – но зато законы Ньютона получили новое подтверждение.

И вот где мы оказались сегодня. Даже в своих самых смелых мечтах Кеплер не представлял носящий его имя телескоп, летающий в космосе вокруг Земли и открывающий тысячи вращающихся по разным орбитам больших и малых планет, часто потенциально пригодных для обитания и даже землеподобных. Он и подумать не мог, что каждая из этих планет будет подчиняться законам, которые он вывел в трактате «Гармония мира» (Harmonices Mundi, 1619). Интересно, в которую из своих идей Кеплер верил больше: в неверную из своей любимой «Тайны мироздания» или в ту, что стала основой для законов природы и значительной части современной науки?

* * *

Хотя она никогда не считала себя специалисткой по планетам, физик Мария Кюри, француженка польского происхождения, открыла атомную природу радиоактивности и тем самым запустила процесс, который в конце концов опрокинул все здание геологии XIX в. и привел к революции в представлениях о планетах и звездах. Она доказала, что радиоактивные атомы претерпевают целые цепочки распадов, в результате чего образуются стабильные дочерние элементы. За миллиарды лет два распространенных изотопа урана, 235U и 238U, превращаются в изотопы свинца (206Pb и 207Pb)[66]. Поскольку уран относительно часто встречается в горных породах, его распад с течением времени меняет соотношение изотопов свинца в кристаллах: таким образом, возраст камней можно определять с удивительной точностью.

До открытия свинца радиоактивного происхождения ученые оценивали возраст Земли и Солнца самое большее в десятки миллионов лет, основываясь на согласующихся между собой доказательствах, которые мы разберем чуть позднее. Высказывая позицию меньшинства, шотландский геолог Чарльз Лайель, близкий друг Чарльза Дарвина, разрабатывал количественные методы новой науки седиментологии и настаивал, что возраст Земли гораздо больше. Потребовались бы миллиарды лет, чтобы возникли все те напластования осадочных пород, которые он и его последователи начали интерпретировать как выведенные на поверхность отложения океанических бассейнов. Наука геохронология шла вперед благодаря спорам о возрасте Земли и формировании ее поверхности, а также благодаря идеям о биологической эволюции, впервые выдвинутым в монументальном труде Дарвина «О происхождении видов», где была высказана мысль, что для возникновения жизни потребовался гигантский промежуток времени.

Понимание атомной природы радиоактивности и связи урана со свинцом позволили ученым достоверно вычислить возраст Земли. К 1930-м гг. на основании простых графиков распространенности свинца стало известно, что некоторые горные породы Земли имеют возраст по крайней мере 2 млрд лет. Глубины геологического времени приоткрылись перед нами именно тогда, когда астрономы начали обнаруживать истинную глубину космического пространства.

Сделанный при помощи Большого атакамского миллиметрового комплекса (Atacama Large Millimeter Array, ALMA) снимок расположенной примерно в 450 световых годах от Земли молодой звезды HL Тельца и ее протопланетного диска. По оценкам, возраст этой звезды составляет всего 100 000 лет, тем не менее образование ее планет, кажется, идет полным ходом: мы видим, как формирующиеся гигантские планеты расчищают свои орбиты от газа и пыли.

ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); C. Brogan, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

В 1920-е гг. американский астроном Эдвин Хаббл пришел к выводу, которого наука придерживается и сегодня: мы живем в одной из бесконечного множества галактик, разбросанных по всему космосу. Также он доказал, что галактики отдаляются от нас во всех направлениях, причем чем дальше они находятся, тем быстрее. Из этого Хаббл заключил, что Вселенная расширяется изотропно, как точки на поверхности надуваемого воздушного шарика. Каждая точка считает себя центром расширения, но в действительности ни одна из них не является особенной.

Хаббл оценил возраст Вселенной, вычислив время, которое потребовалось бы галактикам, чтобы занять свое текущее положение, если они отправились в путь из некой теоретической критической точки, где начались пространство и время (полностью сдутый шарик). Этот промежуток времени (хотя мы и не понимаем, что он означает) также, как оказалось, измеряется миллиардами лет – как и возраст пластов осадочных пород, и отсчет ураново-свинцовых часов в минералах, и длительность биологической эволюции. Очень быстро стало предельно ясно, что сотворение мира произошло гораздо раньше, чем мы когда-либо себе представляли, и что его история простирается гораздо дальше в будущее, чем просуществует человеческий род.

* * *

Исаак Ньютон рос в середине XVII в., уже зная законы Кеплера. Одним из главных достижений великого английского ученого стало обобщение этих законов как зависимостей между массой, временем и пространством. Ньютон вывел закон всемирного тяготения, который гласит, что два объекта притягиваются друг к другу пропорционально их массам, деленным на квадрат расстояния между ними. С момента появления этот закон в целом неизменно доказывал свою справедливость, причем он настолько элегантен, что, кажется, существовал всегда, будучи встроенным в саму природу и просто дожидаясь, пока его откроют[67]. Но закон всемирного тяготения не идеально точен, и поэтому он ничего не дожидался, но обязан быть лишь человеческим изобретением, отражающим нашу приверженность к простым теориям. Окончательной не является и общая теория относительности Эйнштейна; это еще одно человеческое изобретение, модификация теории Ньютона, ведущая к более точным предсказаниям и иной реальности, скрывающейся за уравнениями. Точно так же произойдет и когда последующие теории – дальнейшие модификации, новые шаги вперед – потребуются для объяснения свежих данных и более точного знания. Но после Ньютона физические споры шли на языке математики с использованием явно определенных значений массы, времени и расстояния.