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

Пока в течение следующих нескольких миллионов лет разгорался космический рассвет, случайные неоднородности приводили к тому, что некоторые регионы становились более плотными, чем другие, и в «местном» масштабе их сила тяготения начинала действовать против энергии расширения, создавая триллионы первоначальных галактик, словно пену на волнах штормового моря. Расширение продолжалось, галактики развивались, а Вселенная успокаивалась. Одна за другой галактики поглощали друг друга – примерно так, как планеты сливались в гигантских столкновениях, – пока к сегодняшнему дню[83] их не осталось около 100 млрд[84].

Один из первых фактов, который вы узнаете при изучении астрофизики, – это то, что гравитация нестабильна. То, когда и как она нестабильна, определяет структуру, распределение и массы галактик, звезд, планет, спутников, комет и астероидов. Если бы гравитации было слишком много, что эквивалентно слишком большой массе, Вселенная сколлапсировала бы обратно в сингулярность как лопнувший мыльный пузырь. (Возможно, среди сделавших попытку зародиться мультивселенных это случается сплошь и рядом.) Если же гравитации не хватает, результат первоначального взрыва может расширяться непрерывно без какой-либо агрегации. (Возможно, такое тоже происходит очень часто, если вы верите в мультивселенные, а может, и независимо от вашей веры.) Вместо этого Вселенная (по крайней мере, наша вселенная) была создана с так точно сбалансированной гравитацией, что коллапсировать начали локально более плотные регионы, но не вся структура в целом, и этот процесс шел в целом каскаде самых различных масштабов, определявшихся напряжением в зарождавшемся мироздании.

Возвращаясь к планетообразованию, представим себе теоретически бесконечное облако молекул водорода и гелия, готовое к формированию звезд и планет. Его собственная гравитация заставляет его стремиться сколлапсировать, но температура и давление препятствуют этому. Возникает небольшое возмущение: плотность одного региона становится немного больше, чем у других; следовательно, там больше и масса, и гравитация. Это означает, что при остывании облако распадется на сгустки определенного размера, которые будут коллапсировать дальше, чтобы стать звездами[85]. Мы считаем, что в результате такого процесса появилось и наше Солнце – как часть зародышевого скопления из сотен звезд, которое рассеялось в ходе двух десятков совместных оборотов вокруг галактического центра, каждый из которых длился 250 млн лет[86]. С тех пор все они перемешались, как изюм в тесте, так что к этой группе могут относиться лишь несколько из ближайших к нам звезд.

Первоначально Вселенная состояла из водорода, гелия и следового количества лития, появившихся в результате слияния барионов сразу после Большого взрыва. Химический состав начал становиться значительно интереснее глубоко в недрах первых звезд. Как будто существовал некий план: немедленно приступить к изготовлению первой порции более тяжелых элементов вроде кислорода, кремния и магния, которые потребовались бы для землеподобных планет и, в конце концов, для зарождения жизни. Все это очень странно.

Первые звезды были огромными с самого своего появления, и в их ядрах в ходе термоядерного синтеза формировались более тяжелые элементы. Это те же самые реакции, которые происходят при взрыве водородной бомбы, но внутри звезды их причиной является постоянное воздействие немыслимого давления и температуры, достигающей десятков миллионов градусов. Термоядерный синтез идет и внутри Солнца, превращая в гелий 600 млн тонн водорода в секунду. За эту же самую секунду 4 млн тонн массы исчезают, превращаясь в энергию в соответствии с уравнением Эйнштейна E = mc2, где m – это масса, а c – скорость света. Согласно вызывающим доверие моделям, звезды солнечного типа могут поддерживать термоядерный синтез примерно в течение 10 млрд лет, так что у нас в запасе есть еще пять.

Более массивным звездам первого поколения повезло меньше. Они горели в сотни раз жарче и быстрее, а когда топливо кончалось, их ядра коллапсировали и взрывались. Миллиарды звезд лопались, как воздушная кукуруза, выбрасывая фонтаны звездной пыли, состоящей из углерода, азота, кислорода, кремния, магния, фосфора и железа, которые стали строительными материалами для горных пород, льда, планет, океанов и людей. Это необычайно масштабное, разрушительно радиоактивное событие схлопывания звезды называется сверхновой. Именно в расширяющейся оболочке этого гигантского попкорна происходит чудо формирования всех богатств космохимии. Но пока давайте сосредоточимся на звездах солнечного типа, которые могут создавать долгоживущие планетные системы.

Любой коллапсирующий протозвездный сгусток случайным образом движется в каком-то одном направлении быстрее, чем в других. Сжимаясь, он таким образом начинает закручиваться все быстрее по тем же причинам, которые лежат в основе законов Кеплера – сохраняя при уменьшении размеров момент импульса. Вещество около центра вращается быстрее всего, заставляя сгусток уплощаться в протопланетный диск, богатый льдом и пылью. Центральная область конденсируется во вращающуюся протозвезду, в которой вскоре начинается термоядерный синтез.

Оставшаяся часть истории касается того, как и когда исчезает туманность и как этот диск рассыпается на планеты под влиянием новорожденной звезды. Представьте в центре реки маленький водоворот, который захватывает листья, прутики и водяных пауков, то место в потоке, где отдыхают стрекозы. Аккреция планет начинается подобным же образом, в точке динамического равновесия, где момент импульса заставляет объекты разлетаться, а гравитация их удерживает.

Формирование планет – это история отпускания: момента импульса, газа, спутников. Это филигранная, почти магическая механика: Вселенная собирается в сеть галактик, чьи газовые и пылевые рукава агрегируют дальше в миллиарды сгустков, каждый из которых может стать одной или двумя сияющими звездами, дающими свет и тепло целой системе планет. Мы смогли выяснить подробности того, как это происходит, благодаря наблюдению за звездами вокруг нас с помощью телескопов. Многие из этих звезд похожи на Солнце по массе и составу, но находятся на разных стадиях своего развития. Это все равно что зайти в метро и увидеть там младенцев и стариков, праздных посетителей магазинов и спешащих на работу жителей пригородов – жизнь во всех ее проявлениях.