Смерть в черной дыре и другие мелкие космические неприятности - Нил Тайсон

Сформировавшаяся молекула далеко не всегда ведет степенную жизнь. В областях, где рождаются очень горячие звезды, звездный свет содержит в себе очень много ультрафиолета. Ультрафиолет вреден молекулам, поскольку его высокая энергия разрушает связи между атомами, которые составляют молекулу. Именно поэтому ультрафиолет вреден и вам: лучше держаться подальше от всего, что разрушает молекулы твоего организма. Поэтому забудьте, что гигантское облако газа может быть настолько прохладным, что в нем формируются молекулы – если кругом все залито ультрафиолетом, молекулы в облаке превратятся в жаркое. И чем больше молекула, тем беззащитнее она перед таким агрессором.

Однако среди межзвездных облаков попадаются такие большие и плотные, что их внешние слои защищают внутренние. Доблестные молекулы-пограничники, отдающие жизнь за своих сестер внутри облака, останавливают ультрафиолет на входе и тем самым сохраняют сложный химический состав, которым так славятся прохладные облака.

Однако рано или поздно молекулярным гуляньям приходит конец. Как только центр газового облака или любой области газа становится достаточно плотным и достаточно холодным, энергия движущихся частиц уменьшается – и уже не может предохранять структуру от гравитационного коллапса. Спонтанное схлопывание под собственным весом снова подхлестывает температуру, и то, что только что было газовым облаком, превращается в очаг испепеляющего жара, где идет термоядерный синтез. И рождается еще одна звезда.

В этой жаркой печи неизбежно, неотвратимо, можно даже сказать – трагически распадаются все химические связи, в том числе и органические молекулы, которые облако так усердно создавало на своем пути к превращению в звезду. Однако относительно разреженные области газового облака беда обходит стороной. Еще есть газ, который находится от звезды на таком расстоянии, чтобы растущая сила притяжения звезды, с одной стороны, удерживала его, а с другой – все же не затягивала в саму звезду. Внутри такого кокона пыли и газа на безопасной орбите вокруг звезды скапливающееся вещество формирует толстые диски. А в пределах этих дисков сохраняются старые молекулы и в изобилии создаются новые.

И вот перед нами уже формирующаяся солнечная система, в которой вот-вот зародятся богатые молекулами планеты и кометы. А как только появится твердый строительный материал, воображение Вселенной разыгрывается просто фантастически. Молекулы могут расти и толстеть сколько угодно. Стоит в таких условиях спустить с поводка углерод, и можно получить самые сложные из известных науке химических соединений. Насколько сложные? Настолько, что и называться они будут иначе: биология.

Глава двадцать третья

Сказка о Златовласке и трех планетах

Жила-была солнечная система, и вот однажды – давным-давно, около четырех миллиардов лет назад, – она поняла, что уже почти сформировалась.

У самого-самого Солнца появилась Венера – и так близко была она к Солнцу, что энергия солнечных лучей испарила весь ее запас воды. А Марс был от Солнца далеко – и вся его вода замерзла. И только одна планета – Земля – оказалась от Солнца как раз на таком расстоянии – «в самый раз», – что вода на ней осталась жидкой, и поэтому на поверхности Земли смогла зародиться жизнь. Этот пояс вокруг Солнца стали называть обитаемой зоной.

Сказку про трех медведей рассказывают детям во многих странах, а в Англии ее героиню зовут Златовлаской. Она тоже любила, чтобы все было «в самый раз». В домике трех медведей одна миска с кашей была слишком горячая. Другая – слишком холодная. И только третья пришлась Златовласке «в самый раз». А еще в домике трех медведей было три кроватки, и одна была слишком жесткая, другая – слишком мягкая, а третья – «в самый раз», в ней Златовласка и уснула. Когда три медведя вернулись домой, то обнаружили не только пропажу каши из третьей миски, но и Златовласку, которая сладко спала в постели маленького медвежонка. Не помню, чем там все кончилось, но на месте трех медведей – всеядных хищников, находящихся на самом верху пищевой цепочки, – я бы Златовласку съел.

Златовласку, наверное, заинтересовала бы относительная пригодность Венеры, Земли и Марса для обитания, но на самом деле сюжет об этих планетах гораздо сложнее трех мисок с кашей. Четыре миллиарда лет назад поверхности планет еще вовсю бомбардировали богатые водой кометы и богатые минералами астероиды, пусть и гораздо реже, чем раньше. Во время этой партии в космический бильярд некоторые планеты мигрировали из родных мест поближе к Солнцу, а некоторых выбило на орбиты большего диаметра. А многие из десятков сформировавшихся планет оказались на нестабильных орбитах и упали на Солнце или на Юпитер. Еще несколько планет просто вышвырнуло из Солнечной системы. Оставшиеся в итоге единицы вращались именно на тех орбитах, которые оказались «в самый раз», чтобы пережить на них миллиарды лет.

Земля осела на орбите со средним расстоянием до Солнца примерно 150 миллионов километров. На этом расстоянии Земля перехватывает весьма скромную долю общей энергии, испускаемой Солнцем, – всего-то две миллиардные. Если предположить, что Земля впитывает всю эту энергию, то средняя температура нашей планеты составляет около 280 К, то есть 7 °C, – посередине между зимней и летней температурами. При нормальном атмосферном давлении вода замерзает при 273 К, а кипит при 373 К, так что, к вящей нашей радости, почти вся вода на Земле пребывает в жидком состоянии.

Однако не надо спешить. Иногда в науке получаешь верные ответы, исходя из неверных предпосылок. На самом деле Земля поглощает лишь две трети доходящей до нее солнечной энергии. Остальное земная поверхность (особенно океаны) и облачный покров отражают обратно в космос. Если добавить в формулу коэффициент отражения, то средняя температура Земли падает уже до 255 К, что куда как ниже точки замерзания воды. В наши дни должен действовать еще какой-то механизм, который удерживает среднюю температуру на более удобной отметке.

И снова не торопитесь. Все теории эволюции звезд говорят нам, что четыре миллиарда лет назад, когда из пресловутого первобытного бульона на Земле формировалась жизнь, Солнце было на треть тусклее, чем сегодня, значит, средняя температура Земли была ниже точки замерзания. Может быть, Земля в далеком прошлом была просто ближе к Солнцу? Однако после периода усиленных бомбардировок, который давно закончился, мы не знаем никаких механизмов, которые сдвигали бы стабильные орбиты в пределах Солнечной системы. Может быть, в прошлом парниковый эффект был сильнее? Наверняка мы не знаем. Зато знаем, что обитаемые зоны в первоначальном смысле этих слов имеют лишь отдаленное отношение к тому, может ли существовать жизнь на планетах, расположенных в границах этих зон.

Знаменитое уравнение Дрейка, на которое всегда ссылаются при поисках внеземного разума, позволяет дать приблизительную оценку того, сколько цивилизаций в принципе можно обнаружить в галактике Млечный Путь. Уравнение вывел в 60-е годы XX века американский астроном Фрэнк Дрейк, и в то время понятие обитаемой зоны было ограничено представлением о том, что планеты должны находиться от своей звезды на расстоянии, которое «в самый раз» подходит для существования жизни. Смысл одного из вариантов уравнения Дрейка примерно таков: начнем с числа звезд в галактике (сотни миллиардов). Умножим это огромное число на долю звезд, у которых есть планеты. Получившееся число умножим на долю планет, находящихся в обитаемой зоне. Теперь умножим результат на долю планет, на которых развилась жизнь. Результат умножим на долю планет, на которых развилась разумная жизнь. Результат умножим на долю планет, где технический прогресс дошел до такого этапа, что можно наладить межзвездную коммуникацию. Если теперь учесть темп формирования звезд и ожидаемую продолжительность жизни технологически развитой цивилизации, получится количество развитых цивилизаций, которые в эту самую минуту, вероятно, дожидаются нашего телефонного звонка.

Маленькие холодные звезды с низкой светимостью живут сотни миллиардов, а может быть, и триллионы лет, а значит, у их планет достаточно времени, чтобы вырастить на себе два-три вида живых организмов, однако их обитаемые зоны находятся от звезды слишком близко. Планета, которая сформировалась в этой зоне, быстро попадает в так называемый приливный захват звезды и вращается всегда одной стороной к ней, отчего в обогреве планеты возникает сильнейший перекос – вся вода на «лицевой» стороне планеты испарится, а вся вода на «обратной» замерзнет. Если бы Златовласка жила на такой планете, мы бы обнаружили, что кашу свою она ест, вертясь вокруг своей оси, словно цыпленок на гриле, – на самой границе между вечным солнцепеком и вечной тьмой. У обитаемых зон вокруг звезд-долгожителей есть и другой недостаток – они очень узкие, так что у планеты очень мало шансов случайно оказаться на орбите с радиусом, который «в самый раз».