Наука Плоского мира - Йен Стюарт

В начале ХХ века астрономы уже не могли смириться с недостатками теории Лапласа. Несколько их независимо друг от друга пришли к мысли, что солнечные системы появляются в результате близкого контакта двух звезд. Когда одна звезда пролетает неподалеку от другой, гравитационное воздействие первой вытягивает из второй сигарообразную «каплю» материи, которая затем трансформируется в планеты. Сигарообразная форма выбрана потому, что она утолщается в середине и утончается на концах, точно так же и планеты малы вблизи Солнца и на максимальном от него удалении, по направлению к Плутону, однако посередине, там, где находятся Юпитер и Сатурн, они велики. Вот только имейте в виду, что никто и никогда вам уже не объяснит, почему «капля» получилась именно сигарообразной…

Из этой теории следовал важный вывод: солнечные системы – достаточно редкое явление, поскольку звезды удалены друг от друга и редко сходятся, чтобы совместно выкурить сигару-другую. Короче, если вам нравится мысль быть одиноким во Вселенной, эта теория прямо-таки создана для вас: если планеты вообще редки, что же говорить об обитаемых? Если же вам греет душу надежда, что Земля и ее обитатели – отнюдь не уникальны, то «теория сигары» – сущий вред для гордого полета вашей фантазии.

К середине ХХ века стало очевидным, что и эта концепция примерно так же правдоподобна, как и теория Канта – Лапласа. Если извлечь горячий газ из атмосферы звезды, то он вовсе не превратится в планеты, а рассеется в бездонных глубинах межзвездного пространства, пропадет, словно капля чернил в бурном море. К тому времени астрономы уже немного лучше представляли происхождение звезд, и возникло понимание, что планеты могли появиться в результате сходных процессов. Солнечная система – это не Солнце, со временем обзаведшееся маленькими подружками-планетами, нет, она составляла единое целое с самого начала. И это единое целое было диском. Больше всего, по всей видимости, оно напоминало Плоский мир. Только этот диск возник как облако, а затем превратился во множество шаров (см. Третье правило Думминга).

До того как диск сформировался, Солнце и система окружающих его планет существовали в виде случайных клочков межзвездного газопылевого облака. Серия скачкообразных изменений спровоцировала коллапс пылевого облака, и все это устремилось в общем и целом в центральную точку; именно «в общем и целом», а не все вообще. Что необходимо для подобного сжатия, так это случайная концентрация в какой-либо области: ее гравитация начнет притягивать другую материю. Случайные колебания вполне могут вызвать что-нибудь такое, если вы дадите им немного времени. Но как только процесс пошел, он протекает на удивление быстро, занимая всего лишь какие-то десятки миллионов лет от начала до конца. Сперва сжимающееся облако имеет более-менее сферическую форму. Но поскольку оно вращается вместе со всей галактикой, его внешний (по отношению к центру галактики) край начинает двигаться медленнее, чем материя, расположенная внутри. Закон сохранения углового момента гласит, что с началом сжатия облако должно начать вращаться, и чем сильнее сжатие, тем выше скорость вращения. По мере роста скорости вращения облако все больше расплющивается, становясь похожим на блин.

Более детальные расчеты показывают, что приблизительно в центре этого «блина» формируется плотный комок, вбирающий в себя все большую часть материи. Это ядро уплотняется, гравитационная энергия преобразуется в тепловую, и его температура быстро растет. Когда она становится достаточно высокой, начинаются ядерные реакции, и наш комок становится звездой. Тем временем, как и предполагал Кант, материя остального диска подвергается случайным соударениям и соединяется, не слишком заботясь о порядке. Некоторые такие сгустки получают весьма замысловатые орбиты, а то и вовсе выталкиваются из облака. Большинство же ведут себя благонамеренно и становятся достойными всяческого уважения планетами. Демоверсия того же процесса позволяет им обзавестись спутниками.

С точки зрения химии тут все сходится. Планеты, оказавшиеся неподалеку от Солнца, разогреваются настолько, что на них не может существовать вода в твердом состоянии. Однако подальше (примерно на орбите Юпитера, если говорить о газопылевом облаке, подходящем для зарождения Солнца) вода уже вполне может существовать в виде льда. Эта разница очень важна для понимания химического состава планет. Картина становится ясной в общих чертах, если обратить внимание всего на три химических элемента: водород, кислород и кремний. Если не считать гелия, который все равно не вступает в химические реакции, водород и кислород – самые распространенные химические элементы во Вселенной. Кремний, конечно, не столь распространен, но тоже довольно обычен. Когда он соединяется с кислородом, получаются силикаты, то есть – камни. Но даже если кислород вступит в реакцию со всем имеющимся кремнием, все равно 96 % его останется свободным. И именно они и соединяются с водородом, образуя воду. Водорода в тысячи раз больше, чем кислорода, поэтому теоретически весь кислород, который не пошел на образование камней, окажается связанным в виде воды. Следовательно, наиболее распространенное химическое соединение нарождающегося диска – это вода.

Ближе к звезде вода будет находиться в жидком или даже газообразном состоянии, но начиная с орбиты Юпитера – в твердом. Если планета конденсируется в области, где имеется большое количество льда, планета может вобрать в себя много этого вещества. Поэтому планеты по мере удаления от Солнца становятся все крупнее и «ледянистее» (по крайней мере до какого-то расстояния). Чем ближе к звезде, тем планеты меньше и «каменистее». В свою очередь, «большие парни» начинают использовать преимущество в весе, постепенно становясь еще крупнее. Все, что по крайней мере в десять раз превышает массу Земли, притягивает и удерживает два самых распространенных химических элемента диска, то есть водород и гелий. Большие шары впитывают в себя дополнительную массу в виде этих двух газов, а также химические соединения типа метана и аммиака, существующие неподалеку от звезды в виде летучих газов.

В данной теории находят свое объяснение практически все особенности Солнечной системы, оставляя тем не менее место некоторым исключениям из правил. Она согласуется с наблюдениями конденсирующихся газовых облаков в отдаленных областях космоса. Может быть, она и не идеальна, и нужно бы еще поработать, чтобы объяснить кое-какие несообразности наподобие Плутона, однако самые главные параметры встали на свои места.

Кроме того, представляется вероятной возможность существования большого количества планет, не имеющих центральной звезды. В 2000 году исследовательская группа под руководставом Рафаэля Реболо обнаружила такие одиночные крупные планеты. Наблюдение за подобными объектами в кластере Сигма Ориона показывает, что чем они меньше по размеру, тем их больше. Если подобное соотношение верно и для объектов размера Земли (которые слишком малы, чтобы их можно было наблюдать существующими методами), то одиноких планет в Галактике полным-полно. Только в радиусе тридцати световых лет от Земли их могут быть сотни. Проблема в том, что если у них нет звезды, то и увидеть их мы не можем. Без мерцающего света звезды и тени, которую отбрасывает на нее планета, проходя мимо, сделать этого никак нельзя, а сами эти планеты светятся лишь отраженным светом далеких звезд, слишком слабым, чтобы его увидеть с Земли. Общепринятая теория образования планет, при которой звезда и ее планетная система появляются одновременно, к ним не применима, поскольку сравнительно небольшие газовые облака имеют недостаточную массу, чтобы коллапсировать под воздействием гравитации так, как нужно. Впрочем, кое-какие магнитные явления могут спровоцировать разрыв газового облака, коллапсирующего вокруг звезды. Но в этом случае облако рассеется до того, как сформируются планеты. А может быть, эти одинокие планеты появились самым обыкновенным путем, однако затем были «изгнаны» за что-то из родной солнечной системы.

Будущее нашей Солнечной системы не менее интересно, чем ее прошлое. В глазах Ньютона и его современников Солнечная система представляла собой что-то вроде небесного часового механизма, который, будучи единожды запущен, так и продолжает свой ход, подчиняясь простым математическим правилам. И будет весело тикать вечно. Были даже построены механические модели Солнечной системы, так называемые «оррерии», с великим множеством шестеренок, бронзовыми планетками и лунами из слоновой кости, запускавшиеся в движение поворотом рукоятки.

Теперь-то мы знаем, что и космические «часы» могут «сломаться». Это произойдет не скоро, но рано или поздно в Солнечной системе грядут большие перемены. Основная причина такого развития событий – хаос. В том смысле, в котором это слово применяется в теории хаоса со всеми ее причудливыми разноцветными фракталами, то есть некая быстроразвивающаяся область математики, проникающая во все другие науки. Согласно теории хаоса, простые правила не предполагают простого поведения (Думминг Тупс и другие волшебники вот-вот это поймут). В действительности же простые правила могут привести к такому поведению, которое во многих аспектах будет случайным. Поначалу хаотическая система ведет себя вполне предсказуемо, но стоит вам пересечь так называемый «горизонт предсказуемости» – и все ваши пророчества тут же перестают сбываться. Например, погода – хаотична, ее горизонт предсказуемости – около четырех дней. Солнечная система, как мы видим, тоже хаотична, только ее горизонт предсказуемости – десять миллионов лет. Например, мы не можем сказать, с какой стороны Солнца будет Плутон через сто миллионов лет. Он будет на той же орбите, что и теперь, но вот в какой именно точке – никому не известно.