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

* * *

Идеи о вращающихся дисках, разбивающихся на отдельные вихри и подвихри, появились, когда в лучшие телескопы начала XVIII в. удалось разглядеть Млечный Путь как скопление отдельных звезд, которые были либо совсем крошечными по сравнению с другими, либо находились во много раз дальше. Звезды в соседних галактиках различить пока было невозможно, но некоторые астрономы уже высказывали предположения, что несколько неясных пятен в небесах – это отдаленные скопления звезд. Жители Европы никогда до того не видели расположенные в небе Южного полушария Магеллановы Облака[87], которые по своей фактуре напоминали Млечный Путь. Туманность Андромеды[88] и несколько других туманностей также имели отчасти «молочный» вид и, как казалось, спиральную структуру.

Немецкий философ Иммануил Кант выдвинул гипотезу, что это островные вселенные (теперь мы называем их галактиками), и утверждал, что система обращающихся вокруг Солнца планет первоначально сформировалась как одна из таких спиралей, с планетами, которые возникали как уплотнения в протопланетном диске[89]. Хотя детали ему и не дались, Кант был прав в том, что момент импульса сплющивает коллапсирующее газовое облако в протопланетный диск. Но идея, что Туманность Андромеды и другие туманности являются системами планет, оказалась слишком простой. Не думаю, что Кант мог даже подозревать, что каждая из них в действительности представляет собой сотни миллиардов планетных систем, каждая со своей пылающей звездой.

Одна из первых проблем с теорией конденсации туманностей состояла в том, что Солнце в конце концов должно было начать вращаться вокруг своей оси с периодом в несколько часов, совсем как сгруппировавшаяся фигуристка. Но у соседних звезд период вращения составляет от одного до десяти дней, а Солнце совершает всего один оборот за 25 дней. У в тысячу раз более легкого Юпитера момент импульса, заключенный в его орбитальном движении, в 20 раз больше. На самом деле, если вы каким-то образом вольете все планеты в состав Солнца, собрав их моменты импульса воедино, масса звезды изменится всего на 0,2 %, но она закрутится так, что будет совершать один оборот за день. Каким же образом Солнце потеряло свой момент импульса?

Возможно, ответ связан с мощными магнитными полями молодых звезд, которые вращаются вместе с ними так же, как магнитное поле Земли вращается вместе с нашей планетой. Когда такое магнитное поле звезды вращается, оно проносится через газово-пылевой протопланетный диск, который ионизирован[90] (электрически заряжен) под действием звездного излучения. Магнитное поле звезды взаимодействует с заряженными частицами пыли и плазмы, цепляясь за них, как гигантский дисковый тормоз. Это сцепление магнитного поля и заряженной материи приводит к турбулентному нагреву. Вращение внутреннего диска резко ускоряется, отбрасывая вещество прочь от Солнца, открывая внутреннюю щель и становясь причиной как бурного перемешивания, так и самых разных химических процессов. Поскольку каждому действию имеется равное ему противодействие, вращение звезды замедляется.

Еще одно противоречие в первоначальной модели привело к появлению теории гигантских столкновений, описывающей формирование не только Луны, но и любых планет[91]. К началу ХХ в. ученые уже понимали, что нельзя создать планету, равную по массе Земле, непосредственно из протопланетного диска, потому что воздействие Солнца сделает невозможным аккрецию такого относительно небольшого количества вещества. Те же математические уравнения, которые описывают, как остывающее молекулярное облако распадается на звезды, гласят, что протопланетный диск не может собираться в такие маленькие по массе сгустки, как Земля. На расстоянии 1 а.е. гравитационное воздействие Солнца будет дестабилизировать такие сгустки с той же скоростью, с какой они образуются.

Хотя модель формирования небесных тел из туманностей и пребывала некоторое время в забвении, вытесненная гипотезой звездных столкновений, она снова набрала силу в эпоху после завершения программы «Аполлон». Тогда же она была дополнена рядом все более сложных механизмов, которые очень важны, но не до конца нам понятны: конденсацией первых планетезималей внутри туманности, рассеиванием газа, слиянием планетезималей в разрастающиеся зародыши, а потом и олигархи (крупные предшественники планет), и, наконец, слиянием олигархов на поздней стадии гигантских столкновений.

* * *

XX в. принес в астрономию огромные географические и культурные изменения, а также те самые научные и экономические достижения индустриальной эпохи, которые сделали возможными полеты на Луну. Американский астроном Эдвин Хаббл, имевший неограниченный доступ к первому в мире 2,5-метровому телескопу в обсерватории Маунт-Вилсон неподалеку от Лос-Анджелеса, смог первым рассмотреть самые яркие звезды в тех далеких компактных пятнах, которые позднее стали называть галактиками. Благодаря вышедшей в 1908 г. статье другого американского астронома, Генриетты Ливитт, Хаббл смог оценить расстояние до этих звезд по их яркости.

На самом деле астрономами могли быть только мужчины. Ливитт была одной из ассистенток Гарвардской обсерватории; в ее задачи входило проведение длинных расчетов, а также каталогизация звезд на фотографических пластинах. Занимаясь Магеллановыми Облаками, она заинтересовалась цефеидами – яркими переменными звездами, которые через определенные промежутки времени разгораются то сильнее, то слабее. (Считается, что это происходит из-за слоя ионизированного гелия в их глубине, который становится то более, то менее прозрачным, и потому они то охлаждаются, то нагреваются.) Ливитт обнаружила, что цефеиды, чья яркость меняется с периодом в несколько месяцев, гораздо ярче, чем те, у которых изменения происходят каждую неделю. Она нанесла эту зависимость на график, и с тех пор все, что вам нужно, – это измерить период пульсации цефеиды. После этого вы будете с определенной точностью знать характерную для нее светимость и, таким образом, то, как далеко она находится. Ливитт открыла первые объекты стандартной светимости.