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

Это, конечно, плохо. Рассмотрим такой пример. Задержка Земли на орбите, которая возникает из-за запуска одного-единственного космического аппарата, способна так повлиять на наше будущее, что примерно через 200 миллионов лет Земля сместится на орбите вокруг Солнца почти на 60 градусов. Если речь идет об отдаленном будущем, можно, в принципе, и не знать точно, в какой точке орбиты будет находиться Земля, это вполне невинное заблуждение. Однако, когда мы понимаем, что астероиды из одного семейства орбит могут хаотически мигрировать в другое семейство орбит, становится уже не по себе. Если астероиды способны мигрировать, а Земля окажется в какой-то точке орбиты, которую мы не в состоянии предсказать, значит, рассчитывать риск столкновения с крупным астероидом, которое может привести к гибели всего живого на планете, нам удастся лишь до некоторого предела.

Так что же, надо делать космические аппараты из более легких материалов? Или вовсе отказаться от космической программы? Надо ли волноваться из-за того, что Солнце теряет массу? Надо ли тревожиться, что поскольку Земля продирается через межпланетный мусор, на нее каждый день налипают тысячи тонн метеоритной пыли? Или всем нам нужно перебраться на одно полушарие и одновременно подпрыгнуть? Нет, всего этого нам не нужно. Отдаленные последствия мелких отклонений все равно потонут в море надвигающегося хаоса. В некоторых случаях незнание перед лицом хаоса идет лишь на пользу.

Возможно, скептик и решит, что непредсказуемость сложных динамических систем в долгосрочной перспективе на самом деле лишь результат накопления погрешностей при вычислениях либо какой-то особенности компьютерной микросхемы или программы. Однако, если бы такое предположение было верно, компьютерные системы предсказывали бы хаос и в системах из двух тел. Но этого не происходит. И если убрать из модели Солнечной системы Уран и повторить все те же вычисления для газовых гигантов, никакого хаоса не последует. Еще одна проверка модели – это моделирование динамики Плутона, у орбиты которого высокий эксцентриситет и поистине позорный крен. В сущности, поведение Плутона – это такой благовоспитанный хаос: маленькие «расстояния» между начальными условиями тоже приводят к непредсказуемому набору траекторий, однако сам по себе набор этот ограничен. Но главное в другом: разные исследователи на разных компьютерах при помощи разных методов вычислений вывели примерно одни и те же сроки зарождения хаоса в долгосрочной эволюции Солнечной системы.

Мы изучаем долгосрочное поведение Солнечной системы не только потому, что эгоистически стремимся избежать вымирания. Располагая всесторонней моделью эволюции, специалисты по динамике могут вернуться в прошлое и исследовать историю Солнечной системы, когда даже личный состав планет и тот, вероятно, был совсем не таким, как сегодня. Например, планеты, которые возникли при рождении Солнечной системы 5 миллиардов лет назад, вполне могли быть впоследствии выброшены за ее пределы. Более того, начинали мы с нескольких десятков планет, а не с восьми, и большинство из них оказались вышвырнуты в межзвездное пространство, словно чертик из коробочки.

В последние 400 лет мы проделали огромный путь – от полного непонимания закономерностей движения планет до уверенности, что мы не сможем предсказать эволюцию Солнечной системы в необозримом будущем. Это пиррова победа в нашей бесконечной борьбе за понимание устройства Вселенной.

Глава двадцать девятая

Гравитационные соблазны

Чтобы услышать страшные прогнозы о гибели всего сущего из-за столкновения с астероидами-убийцами, далеко ходить не приходится. И это хорошо, поскольку почти все, что вы видели, читали или слышали, – истинная правда.

Вероятность, что на моем или на вашем надгробии напишут «Погиб от попадания метеорита», примерно такая же, как и «Погиб в авиакатастрофе». Однако за последние 400 лет от падения метеоритов погибло человек двадцать, а за сравнительно краткую историю пассажирских авиаперевозок число жертв авиакатастроф составляет тысячи. Неужели в этой сравнительной статистике нет противоречия? Как такое может быть? Очень просто. Данные о падениях метеоритов говорят, что за период в 10 миллионов лет – именно за это время во всех авиакатастрофах погибнет миллиард человек (если считать, что в авиакатастрофах погибает в среднем 100 человек в год), – скорее всего, в Землю врежется астероид, у которого хватит энергии, чтобы убить миллиард человек. Правильно понимать эту статистику мешает то обстоятельство, что в авиакатастрофах погибает по несколько человек за раз, а астероид, вероятно, не убьет никого и за несколько миллионов лет. Зато уж когда он попадет в Землю, то унесет жизни нескольких сотен миллионов человек сразу и еще несколько сотен миллионов – в результате последующих глобальных климатических катастроф.

На ранних этапах существования Солнечной системы кометы и астероиды бомбардировали ее с устрашающей частотой. Теории и модели формирования планет показывают, что химически обогащенный газ конденсируется, создает молекулы, потом частички пыли, потом камни и лед. А потом начинается настоящая бомбежка. Столкновения помогают химическим и гравитационным силам связывать более мелкие объекты в более крупные. У тех объектов, которые по случайности набрали массу немного больше среднего, и гравитация немного больше, поэтому они еще сильнее притягивают другие объекты. Набор массы – ученые называют его аккрецией – продолжается, в конце концов гравитация превращает глыбы в шары, и рождаются планеты. У самых массивных планет гравитации хватает на то, чтобы сохранять газовую оболочку. Все планеты продолжают набирать массу до конца дней своих, просто темп аккреции со временем становится гораздо меньше, чем в период формирования.

И все же на самой периферии Солнечной системы – на расстоянии до тысячи раз большем, чем расстояние до Плутона – остаются миллиарды, а вероятно, даже триллионы комет, чувствительных к гравитационным толчкам от проходящих мимо звезд и межзвездных облаков, которые отправляют кометы в долгое путешествие вовнутрь системы, к Солнцу. Кроме того, в число строительного мусора после возникновения Солнечной системы входят и кометы с коротким периодом, несколько десятков которых, как мы знаем, пересекают орбиту Земли. И несколько тысяч астероидов, как известно, тоже.

Слово «аккреция» звучит не так весело, как «столкновение, в результате которого вымирают биологические виды и разрушаются экосистемы». Но с точки зрения истории Солнечной системы это одно и то же. Нельзя одновременно радоваться, что живешь на планете, радоваться, что твоя планета богата химическими соединениями, радоваться, что ты не динозавр, и при этом дуться из-за риска катастрофы всепланетного масштаба.

Энергия от падения на Землю метеоритов отчасти гасится в нашей атмосфере – уходит на трение и на ударную волну в воздухе. Грохот при переходе через звуковой барьер – это тоже ударная волна, но обычно его производят самолеты, летящие со скоростью от одной до трех скоростей звука. Самое страшное, что может сделать такая ударная волна, – это задребезжать посудой в буфете. Но когда скорость достигает 70 000 километров в час, то есть превышает скорость звука примерно в семьдесят раз, ударная волна от столкновения небольшого астероида с Землей может привести к страшным последствиям.

Если астероид или комета достаточно велики и их собственная ударная волна их не разрушит, то вся оставшаяся энергия окажется направлена на поверхность Земли – и произойдет взрыв, от которого почва расплавится и образуется кратер диаметром раз в двадцать больше самого астероида. Если на Землю упадет много астероидов с небольшими промежутками, то земная поверхность не успеет остыть в промежутке между ударами. Изучение древних кратеров на поверхности Луны – нашей ближайшей космической соседки – говорит нам, что примерно 4,6–4,0 миллиарда лет назад Земля пережила эпоху сильнейшей бомбардировки. А возраст древнейших ископаемых останков живых организмов на Земле – примерно 3,8 миллиардов лет. Незадолго до этого поверхность Земли подвергалась непрерывной стерилизации, что препятствовало возникновению сложных молекул, а следовательно, и жизни. Это, конечно, плохо, – но надо учесть, что при этом на Землю бесперебойно доставлялись необходимые ингредиенты.

Сколько времени требуется, чтобы зародилась жизнь? Обычно говорят, что 800 миллионов лет (4,6 миллиардов – 3,8 миллиарда = 800 миллионов). Однако, если по-честному принять во внимание данные органической химии, надо сначала вычесть все то время, на протяжении которого поверхность Земли была так раскалена, что ни о каких органических молекулах не было и речи. И тогда на то, чтобы из первобытного бульона, богатого химическими соединениями, возникла жизнь, останется всего 200 миллионов лет. А этот бульон, как полагается всякому нормальному бульону, был приготовлен на воде.