Вселенная. Емкие ответы на непостижимые вопросы - Брайан Грин

На этой стадии Солнце будет ослепительно ярким, и углерод из его атмосферы станет оседать на богатое углеродом ядро. Остатки гелия, горящие вместе со звездой, будут выброшены из внешних слоев звезды в окружающий космос и образуют планетарную туманность. Планетарные туманности преобразуют газ от множества обычных звезд в новое поколение звезд, когда в конце концов они сжимаются в молекулярные облака, которые под неизбежным воздействием гравитации вспыхивают новорожденными звездами.

Так же, как мы можем предсказать отдаленное будущее Солнца, мы можем сказать, что случится с жизнью на Земле. Простая логика говорит, что раз Солнце находится посередине своего пути, жизнь на Земле тоже прошла половину своего срока. Это представляется разумным предположением, но на самом деле, это совсем не так.

Фактически наиболее ранняя известная нам жизнь на Земле возрастом 3,4 миллиарда лет обнаружена в горной формации Стрелли-Пул в Западной Австралии. Исследователи нашли там микроокаменелости в 2007 году и опубликовали результаты в 2011 году. Обнаруженные в Стрелли-Пул примитивные бактерии питались серой и были найдены в песчанике, из которого несколько миллиардов лет назад был сформирован мелководный пляж или устье.

Теперь мы знаем, что Солнце – звезда переменной яркости и общий уровень его излучения со временем постоянно увеличивается. Недавние исследования показывают, что за куда более короткий срок, чем представляли раньше – за миллиард лет или даже 800 миллионов, излучение Солнца усилится до того, что океаны на Земле вскипят. На этой отметке жизнь на Земле завершится. Зная, что жизнь на Земле существует уже по крайней мере 3,4 миллиарда лет, можно сказать, что история жизни на Земле написана уже на 80 %. Мы находимся уже в завершающих главах приключений жизни на нашей планете.

Луна – прекрасное место для приложения страсти начинающего астронома-наблюдателя. С нашим единственным природным спутником связано и немало увлекательных научных историй. Планетологи лишь за последние десятилетие взялись за исследование рождения Луны. Убедительные доказательства появились после изучения лунного грунта, доставленного на Землю астронавтами «Аполлона». Поначалу ученые были поражены результатами анализов изотопов кислорода в крошечных кристаллах из лунного грунта, поскольку изотопы оказались идентичны тем, что находят во многих скальных породах на Земле. В 1980-х и 1990-х свидетельства, добытые «Аполлоном», стали наводить на радикальный вывод, названный «Гипотезой большого столкновения». Эта история рождения Луны сейчас считается общепринятой и предполагает, что 4,6 миллиарда лет назад две планеты находились на нынешней орбите Земли и Луны. Протоземля имела от 50 до 90 % своего нынешнего размера и массы, и существовала еще одна планета размерами с Марс, которую астрономы сейчас называют Тея (в греческой мифологии – это мать богини Луны Селены). Планетологи считают, что 4,53 миллиарда лет назад Тея столкнулась с Землей, создав недолго прожившее облако обломков, которое вскоре сгустилось и стало Луной. Большая часть массы Теи слилась с мантией Земли. Куда делась Тея? Вы на ней стоите.

Будет справедливым сказать, что планетологи крайне увлечены Марсом, и публика любит слушать про Красную Планету. Сейчас это холодная и сухая планета. Как же Марс стал холодным и сухим из теплого и влажного? Есть ли в истории Красной Планеты уроки, важные для обитателей планеты Земля? Механизм, благодаря которому Марс нагрелся, пока до конца непонятен. Полагают, что существенный разогрев за счет цикла с участием парниковых газов – двуокиси углерода и воды – произойти не мог, потому что в ранний период существования Солнечной системы Солнце было для этого слишком слабым и холодным. Но, возможно, на раннем этапе Солнце было более энергичным, чем думают планетологи. Или, возможно, иные парниковые газы вызвали ранний разогрев Марса. А может быть, теплые периоды на Марсе происходили эпизодически в течение длительного периода времени и/или были локальными или региональными, а не всепланетными.

Другая странная загадка относится к нашей кузине Венере, которая не должна была бы сильно отличаться от Земли. Венера и Земля примерно одного размера, и у Венеры сложная климатическая система, но на этом сходство кончается. Венера – адское место с температурами, достаточно высокими для плавления свинца. Поразительным образом оказалось, что на Венере почти нет кратеров от столкновений с метеоритами. Обширные потоки лавы на ее поверхности говорят, что эта поверхность очень молода – может быть, ей всего 750 миллионов лет. Эта планета геологически вывернула себя наизнанку; у нее практически полностью новая поверхность. Почему? Что вызвало такое радикальное, всепланетного масштаба явление, которое изменило свойства целого мира?

Планеты в нашей Галактике это одно, а структура самой Галактики – другое, и она представляет собой загадку, не менее интригующую, чем любая загадка из телевизора. Важный шаг в картографировании Млечного Пути был сделан в 2005 году, когда астрономы из университета Висконсина использовали космический телескоп им. Спитцера (Spitzer Space Telescope) для проведения обзора GLIMPSE (Galactic Legacy Infrared Midplane Extraordinaire — Экстраординарный обзор инфракрасного излучения галактической плоскости). Эта программа точного картографирования галактики позволила впервые сфотографировать и каталогизировать 30 миллионов источников. Дальнейшие наблюдения, проведенные в 2008 году, показали, что Млечный Путь – это спиральная галактика с выраженной центральной перемычкой, двумя выраженными спиральными рукавами и несколькими более мелкими ответвлениями. Только за последние несколько лет мы узнали истинную структуру нашей Галактики.

В том же 2008 году мы узнали судьбу нашей Галактики. Гарвардский астроном Авраам Лёв и его соавторы изучили динамику галактик в нашей Локальной группе, которая включает наш Млечный Путь и ближайшую к нам спиральную галактику Андромеда. На большом масштабе расширение вселенной удаляет галактики друг от друга, но на меньших масштабах они часто движутся навстречу друг другу под действием гравитации и локальных течений. Через 4–5 миллиардов лет Млечный Путь и Андромеда столкнутся и образуют гигантскую галактику в форме спутанного клубка, которую некоторые астрономы называют Млечномедой. Теперь судьба нашей Галактики ясна.

Однако многие вещи до сих пор остаются покрыты мраком. Еще в 1932 году для объяснения наблюдаемых орбитальных скоростей звезд в Млечном Пути голландский астроном Ян Оорт предположил, что в Галактике существует невидимое вещество. Годом позже швейцарский астроном Фриц Цвикки предложил ту же идею для объяснения «недостающей массы» галактик, обращающихся друг вокруг друга в скоплениях. Вскоре астрономы поняли, что во вселенной должна существовать так называемая темная материя.

Американский астроном Вера Рубин существенно продвинулась в исследовании темной материи, когда изучала вращательные скорости галактик в 1960-е и 1970-е. Мы до сих пор не знаем, что такое темная материя, но последние исследования в области наблюдательной космологии, выполненные со спутника Planck, и некоторые другие измерения говорят, что 26,8 % массы-энергии во вселенной существуют в форме темной материи.

Мало им было загадки темной материи, так в 1998 году астрономы, наблюдавшие далекие сверхновые звезды, полностью перевернули все представления о космологии. В тот год две группы исследователей, команда High-z Supernova Search Team («Поиск сверхновых на больших красных смещениях») и Supernova Cosmology Project («Космология с помощью сверхновых»), объединили усилия в наблюдении далеких сверхновых типа Ia. Взрывы таких звезд обладают характерной светимостью, величина которой известна. Наблюдения за ними принесли поразительные результаты. Было показано, что расширение вселенной само по себе со временем ускоряется. Это потрясающее открытие, удостоенное Нобелевской премии и определившее новый фокус космологических исследований, привело к осознанию, что расширение вселенной определяется темной энергией, природу которой нам еще предстоит понять.