История всего

Глава 11 В эпоху юности миров

В своих попытках разузнать историю Вселенной мы неоднократно убеждались в том, что наиболее плотно укутанные завесой тайны этапы мироздания — это те, что относятся непосредственно к началу начал: к истокам самой Вселенной, ее наиболее крупных структур (галактик и галактических кластеров) и ее звезд, которые являются источником большей части света в космосе. Каждая из этих историй о происхождении играет определенную и жизненно важную роль — и не только в объяснении того, как предположительно бесформенный космос произвел на свет сложные объединения различных типов объектов, но и в определении того, как и почему через 14 миллиардов лет после Большого взрыва мы вообще живем на планете Земля и можем задаться этим вопросом: «Как же все это произошло?»

Не в последнюю очередь подобные загадки рождаются потому, что во время «темных веков» космической истории, когда вещество еще только начинало скапливаться в самодостаточные единицы, такие как звезды или галактики, большая часть всего этого вещества производила очень мало вообще не производила обнаружимого излучения.

То темное время оставило нам лишь минимум возможностей (все еще не до конца исследованных) того, чтобы каким-то образом узнать, как выглядело вещество на тех ранних стадиях организации. В свою очередь, это означает, что нам следует полагаться — в пугающе высокой степени — на свои собственные теории о том, как должно вести себя вещество, и что у нас не так уж много инстанций, в которых мы могли бы сопоставить свои теории со своими наблюдениями.

Стоит нам обратиться к происхождению планет, как загадки лишь множатся и усугубляются. У нас нет не только результатов наблюдений за ключевыми первоначальными стадиями формирования планет, но и успешных теорий о том, как же именно в свое время планеты сформировались. В качестве позитивной ремарки спешим отметить, что вопрос «Откуда появились планеты?» за последние годы стал рассматриваться гораздо шире. На протяжении большей части XX века в поисках ответа на него ученые акцентировали внимание только на планетах Солнечной системы. За прошедшее же десятилетие рядом с относительно близкими звездами было найдено более сотни экзопланет, которые подарили ученым существенно больше данных того, чтобы попробовать определить раннюю историю их рождения и существования — в первую очередь, как эти астрономически малые, темные и плотные объекты сформировались среди звезд, дающих им свет и жизнь.

Сегодня у астрофизиков, может быть, и имеется больше данных, чем раньше, но это не помогло им получить ответы на свои вопросы. Более того, обнаружение экзопланет, многие из которых движутся по орбитам, заметно отличающимся от орбит планет Солнечной системы, во многом даже усложнило задачу, не приблизив ученых к разгадке истории планетообразования. Мы можем утверждать, что у нас нет объяснения тому, как планеты начали образовываться из газа и пыли, хотя мы можем с легкостью объяснить, как уже запущенный процесс планетообразования был способен сделать из малых объектов большие и почему это заняло относительно немного времени.

Начало образования планет — тема на удивление неподатливая, вплоть до того, что один из главных мировых экспертов в этой области, Скотт Тримейн из Принстонского университета, позволил себе следующие высказывания, пусть и не до конца всерьез. Он сформулировал свод законов планетообразования, первый из которых утверждает, что «все теоретические предсказания о свойствах экзопланет неверны», а второй — что «самая надежная теория о том, как образовались планеты, — теория, говорящая, что это в принципе невозможно». Юмор Тримейна, однако, подчеркивает тот необъяснимый факт, что планеты все же существуют — при всем нашем неумении разрешить эту астрономическую головоломку.

Более двух веков назад, пытаясь объяснить формирование Солнца и его планет, Эммануил Кант высказал «небулярную гипотезу», согласно которой закрученная масса газа и пыли, окружающая нашу главную звезду в процессе ее формирования, распалась на более плотные отдельные объемы, из которых позднее сформировались планеты. В самом широком смысле гипотеза Канта и сегодня является основой для современных астрономических теорий о планетообразовании, одержав верх над другой концепцией, весьма популярной в первой половине XX века. Она заключалась в том, что планеты Солнечной системы образовались вследствие прохождения другой звезды мимо Солнца на пути по своим космическим делам. Такой сценарий подразумевает, что гравитационное воздействие обеих звезд должно было повыдергивать газовые облака из окружения друг друга, после чего какое-то количество такого газа впоследствии охладилось и сгруппировалось плотнее, в итоге образуя собой планеты. У этой гипотезы, продвигаемой известным британским астрофизиком Джеймсом Джинсом, был один дефект (или же изюминка, как предпочитают думать некоторые): исходя из нее, планетные системы должны быть очень редким явлением — ведь близкое общение звезд при личной, так сказать, встрече, скорее всего, состоялось буквально считаные разы за всю историю существования галактики. Как только астрономы смогли вычислить, что весь газ, выдернутый из околозвездного пространства, не сжался бы, а, наоборот, улетучился в разных направлениях, они отказались от гипотезы Джинса и вернулись к кантовской, согласно которой у большинства звезд, если не у всех вообще, орбиты должны быть украшены планетами.

Теперь у астрофизиков есть надежные доказательства того, что сами звезды формируются — и не по одной, а сразу тысячами и десятками тысяч — внутри огромных облаков газа и пыли, причем из одного такого облака в итоге может образоваться до миллиона отдельных звезд. В таких гигантских звездных яслях в свое время сформировалась туманность Ориона — ближайший к Солнечной системе регион активного звездообразования. Еще через несколько миллионов лет в этом регионе появятся сотни тысяч новых звезд, которые разгонят большую часть оставшегося в туманности газа и пыли в открытый космос; и астрономы сотни тысяч поколений спустя смогут наблюдать эти молодые звезды, которые не будут больше скрываться за остатками своих газово-пылевых коконов.

Сейчас астрофизики используют радиотелескопы для того, чтобы фиксировать распределение охлажденного газа и пыли в непосредственном окружении молодых звезд. Как правило, на таких картах распределения можно увидеть, что молодые звезды не плывут в космосе, лишенные какого-либо окружающего вещества. Наоборот — у звезд, как правило, есть вращающийся вокруг них газопылевой диск, похожий по размеру на Солнечную систему, но состоящий из водорода (и других газов, представленных гораздо менее широко) и чуть присыпанный частичками межзвездной пыли. В данном случае термин «пыль» описывает группы частиц, состоящих из нескольких миллионов атомов каждая и по размеру все равно недотягивающих даже до размера точки, которая стоит в конце этого предложения. Многие частицы такой пыли состоят в большей степени из атомов углерода, объединенных в вещество графит (основной ингредиент в стержнях карандашей). Другие твердые частицы состоят из сочетаний кремния и кислорода — по сути, это крошечные камешки, чьи каменистые сердца окутывает ледяная мантия.

Образование этих твердых частиц пыли в межзвездном пространстве уже само по себе загадочно и описано одновременно в множестве теорий, на которых мы можем здесь не останавливаться: достаточно запомнить, что пыль в космосе есть. Чтобы сформировать собой эту пыль, атомам приходится собираться бок о бок миллионами; если учесть, сколь мала плотность какого бы то ни было вещества в межзвездном пространстве, наиболее очевидным местом для формирования этой пыли кажутся внешние атмосферы прохладных звезд, которые понемногу отправляют свой отработанный материал в космос.

Частицы межзвездной пыли — первый шаг на пути к формированию планет. Это касается не только твердых планет вроде нашей с вами, но и огромных газовых гигантов, представленных в Солнечной системе Юпитером и Сатурном. Даже несмотря на то, что эти планеты состоят преимущественно из водорода и гелия, астрофизики, проанализировав внутренние структуры этих гигантов в сочетании с их подсчитанными массами, пришли к заключению, что их ядра все же твердые. Из всей суммарной массы Юпитера, в 318 раз превышающей массу Земли, его твердое ядро представлено массой в несколько дюжин земных масс. Сатурн, в 95 раз превышающий своей массой массу Земли, обладает твердым ядром в одну-две дюжины масс Земли. У Солнца есть еще две планеты из числа газовых гигантов поменьше — Уран и Нептун, и их твердые ядра пропорционально большего размера. Каждая из них превышает массой Землю в 15 и 17 раз соответственно, и вполне возможно, что ядро в них составляет не менее 50 % всей массы планеты.

Для каждой из этих четырех планет и, вероятно, для всех гигантских планет, недавно обнаруженных на орбитах других звезд, их планетные ядра сыграли ключевую роль в процессе формирования: сначала появилось ядро, а затем и газ, который привлекало к себе это самое ядро. Выходит, образования любой планеты просто необходимо, чтобы сначала образовался большой комок плотного вещества. У одной из планет Солнца, Юпитера, самое большое ядро, следом идет Сатурн, а затем Нептун, Уран и на пятом месте — Земля, которая также занимает пятое место среди всех планет по размеру. Истории формирования всех этих планет ставят перед нами ребром один фундаментальный вопрос: как смогла природа заставить вещество сгуститься и в итоге собраться в «комки», насчитывающие многие тысячи миль в диаметре?

Ответ на этот вопрос состоит из двух частей — одной известной и одной неизвестной; последняя, как нетрудно догадаться, лежит ближе к самому истоку. Как только вам удастся образовать объекты шириной примерно в полмили, которые астрономы называют планетезималями, каждому из них хватит своей собственной гравитации для того, чтобы успешно подтянуть к себе и другие объекты. Взаимное гравитационное воздействие планетезималей друг на друга довольно быстро порождает первые планетные ядра, а затем и сами планеты. Нужно всего несколько миллионов лет, чтобы пройти путь от некоторого количества «комков», размером с небольшой город каждый, до полноценных новых миров, дозревших до состояния, в котором они готовы либо приобрести тонкий слой атмосферного газа (что и произошло с Венерой, Землей и Марсом), либо укутаться в толстенный слой водорода и гелия (как в случае с четырьмя газовыми гигантами, которые вращаются вокруг Солнца на достаточном от него расстоянии, чтобы притянуть к себе огромные объемы этих двух легчайших в мире газов). Для астрофизиков переход от планетезималя шириной в полмили к полноценной планете сводится к ряду хорошо проработанных компьютерных моделей, которые описывают процесс во всех подробностях и почти всегда приводят к формированию маленьких, каменистых и плотных внутренних планет звездной системы в сочетании с крупными и (за исключением ядра) газовыми — даже разреженными — внешними планетами. В течение этого процесса многие планетезимали, как и некоторые объекты, которые они образуют, оказываются выкинутыми за пределы Солнечной системы в результате гравитационного взаимодействия с еще более крупными объектами.

Все это отлично работает на компьютере, но вот создание собственно планетезималей в полмили шириной пока остается за гранью понимания даже самых светлых умов современной астрофизики, которые все еще не в состоянии должным образом объединить свои познания о физике нашего мира с возможностями современных компьютеров. Гравитация не может создавать планетезимали, потому что скромной взаимной силы тяготения маленьких объектов не хватит на то, чтобы успешно удержать их друг рядом с другом. Для того чтобы получить планетезимали из межзвездной пыли, существуют две теоретические возможности — и ни одна из них не является особо удовлетворительной. Одна модель предлагает формирование планетезималей посредством аккреции, которая совершается в тот момент, когда твердые частицы пыли сталкиваются и остаются вместе. В принципе, аккреция — это вполне рабочая идея, так как большинство частиц пыли и вправду скрепляются друг с другом во время столкновения; вот почему под диваном могут образоваться целые хлопья пыли. Теперь остается лишь представить огромные хлопья межзвездной пыли, танцующие вокруг Солнца, и нужно еще всего одно небольшое умственное усилие для того, чтобы позволить им в своем воображении разрастись до размера стула, дома, городского квартала… и, наконец, планетезималя, уже готового к основательной гравитационной работе над собой и своим окружением.

К сожалению, в отличие от хлопьев поддиванной пыли, на взращивание целого планетезималя из хлопьев межзвездной пыли уходит слишком много времени. Датирование с помощью радиоизотопов нестабильных ядер, обнаруженных в самых древних метеоритах, показало, что на формирование Солнечной системы ушло всего лишь несколько десятков миллионов лет — а то и намного меньше. В сравнении с текущим возрастом наших планет, который составляет примерно 4,55 миллиарда лет, это словно капля воды в наполненном ею до краев ведре: всего 1 % (или даже меньше) от общей продолжительности существования Солнечной системы. Но на процесс аккреции, который помог бы сформировать из пыли первоначальные планетезимали, ушло бы существенно больше нескольких десятков миллионов лет, так что, если только астрофизики не упустили что-то очень важное в понимании того, как именно в процессе аккреции пыль собирается в крупные структуры, нам требуется иной механизм образования планетезималей, который более красиво впишется в имеющиеся у нас временные рамки.

Другой гипотетический механизм опирается на огромные воронки, в которые частицы межзвездной пыли улетают целыми тучами и очень стремительно прямо навстречу их счастливому объединению в более крупные структуры. Так как сжимающееся облако газа и пыли, которому в конце концов предстояло превратиться в Солнце и его планеты, в процессе трансформации приобрело вращающий момент, оно вскоре изменило свою общую форму со сферической на тарелкообразную, оставив формирующееся Солнце в виде относительно плотной сжимающейся сферы в своем центре и окружив его сильно сплющенным диском материала, вращающегося вокруг этой самой сферы. На сегодняшний день орбиты всех планет Солнца, которые движутся в одном и том же направлении и располагаются фактически в одной плоскости, служат доказательством в пользу теории о дискообразном распределении вещества и формировании из него планетезималей и планет. Внутри такого вращающегося диска астрофизики наблюдают появление «нестабильных участков», словно подернутых рябью, что отражает собой чередование регионов с большей и меньшей плотностью вещества. Более плотные регионы вбирают в себя как газ, так и пыль, парящую внутри этого газа. Через несколько тысяч лет такие нестабильные участки превратятся в закрученные воронки, которые смогут сгонять относительно большие партии пыли в одно место и сжимать их до относительно небольших и плотных объемов.

Эта модель воронкообразного формирования планетезималей выглядит многообещающе, хотя пока ей не удалось завоевать сердца тех, кто продолжает искать объяснение тому, как Солнечная система произвела на свет все необходимое для юных планет. После тщательного анализа становится ясно, что модель предлагает более удачную трактовку процессов формирования ядер Юпитера и Сатурна, чем Урана и Нептуна. Так как у астрономов нет возможности доказать, что те нестабильные участки, без которых модель становится голословной, действительно когда-то существовали, нам тоже следует воздержаться от каких-либо личных суждений. Существование бесчисленных малых астероидов и комет, которые своими размерами и составом весьма напоминают планетезимали, поддерживает идею о том, что миллиарды лет назад из миллионов планетезималей образовались многочисленные планеты. Так что давайте относиться к образованию планетезималей как к установленному, пусть и не до конца понятному, явлению, которое каким-то образом заполняет зияющий пробел в наших знаниях, и перейдем к следующему развлечению: рассмотрим, что происходит, когда планетезимали сталкиваются.

После того как из окружающих Солнце газа и пыли сформировалось несколько миллиардов планетезималей, все эти объекты принялись сталкиваться друг с другом, соединяться и создавать более крупные объекты, чтобы в конце концов образовать собой четыре внутренние планеты Солнечной системы и ядра ее четырех внешних планет-гигантов. Нельзя забывать и о лунах планет — более скромных в размере объектах, что вращаются вокруг каждой планеты Солнца за исключением самых близких к нему: Меркурия и Венеры. Самые крупные из этих лун, диаметры которых составляют от нескольких сотен до нескольких тысяч миль, вроде бы аккуратно вписываются в созданную нами модель: предположительно они образовались вследствие тех самых столкновений планетезималей. Образование лун завершилось тогда, когда в результате столкновений миры-спутники доросли до своих сегодняшних размеров, потому что (позволим себе предположить) к тому времени близлежащие планеты с их более сильной гравитацией присовокупили к себе большинство расположенных рядом планетезималей. В эту картину надо не забыть включить сотни тысяч астероидов, что вращаются вокруг Марса и Юпитера. Самые большие из них достигают в диаметре нескольких сотен миль, и они тоже наверняка выросли за счет столкновений планетезималей — правда, в какой-то момент обнаружили, что расти и дальше им уже не дает гравитационное вмешательство близлежащего гиганта Юпитера. Самые мелкие астероиды, менее километра в ширину, вполне могут представлять собой обнаженные планетезимали — объекты, образовавшиеся из пыли, но ни разу не столкнувшиеся с себе подобными — опять же благодаря влиянию Юпитера, — после того как они достаточно выросли, чтобы участвовать в гравитационном взаимодействии.

Для спутников гигантских планет такой сценарий вполне подходит. У всех четырех гигантских планет есть семейства спутников, размеры которых варьируются от огромных и невероятно огромных (вплоть до размеров Меркурия!) до маленьких и даже крошечных. Самые маленькие из таких лун, менее мили в диаметре, тоже могут оказаться обнаженными планетезималями, лишенными вследствие близости других объектов, которые уже успели вырасти в разы крупнее, каких-либо возможностей дальнейшего роста за счет столкновений. В каждом из этих четырех семейств спутников почти все наиболее крупные луны вращаются вокруг своих планет в одном и том же направлении и делают это практически в одной и той же плоскости. Трудно удержаться от того, чтобы не объяснить этот факт так же, как и в случае с планетами, которые вращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении и примерно в одной плоскости: вокруг каждой из этих планет вращалось когда-то облако газа и пыли, из которого потом сформировались «комки» вещества, позднее выросшие до размеров планетезималей, а затем и лун.

Во внутренней Солнечной системе только у нашей Земли есть луна значительного размера. У Меркурия и Венеры лун нет, а две картофелеобразные луны Марса — Фобос и Деймос — насчитывают всего несколько миль в ширину каждая, из чего следует, что они представляют собой более ранние стадии формирования более крупных объектов из имеющихся уже планетезималей. Некоторые теории приписывает происхождение этих лун астероидному поясу, а их сегодняшние орбиты — воздействию гравитации Марса, которому удалось с успехом подтянуть два этих бывших астероида к себе поближе.

Диаметр нашей Луны составляет более 2000 миль, и крупнее ее из всех лун Солнечной системы лишь Титан, Ганимед, Тритон и Каллисто; в целом по размеру наша Луна сравнима с Ио и Европой. Так является ли Луна продуктом столкновений планетезималей, как и четыре внутренние планеты нашей системы?

Пока человек не привез на Землю образцы лунных пород, эта теория казалась вполне состоятельной. Более 30 лет назад химический состав этих образцов., доставленных на Землю по итогам успешного возвращения из космоса «Аполлона», наложил сразу два ограничения на вероятное происхождение Луны. С одной стороны, состав лунного камня настолько сильно напоминает земные породы, что предположение о формировании Луны независимо от нашей планеты более не кажется приемлемым. С другой — состав лунного камня достаточно отличается от состава коры Земли, чтобы стало очевидным: спутник Земли не целиком образовался из того же земного материала, что и сама планета. Но если Луна сформировалась где-то рядом с Землей и при этом не из аналогичного источника материала, то как и откуда она тогда взялась?

Принятый сегодня ответ на этот непростой вопрос, на первый взгляд вызывающий изумление, строится на когда-то популярной гипотезе о том, что Луна сформировалась в самом начале истории Солнечной системы вследствие какого-то колоссального по силе внешнего воздействия, которое «вычерпнуло строительный материал» со дна Тихого океана и закинуло его в космос, где он сжался в единый объект и образовал нашу Луну. Согласно этой новой версии, которая уже обрела довольно широкое признание как наиболее качественное из доступных человеку объяснений, Луна действительно сформировалась после того, как о Землю ударился гигантский небесный объект, но его размер был настолько велик — практически размером с Марс, — что часть его собственного вещества естественным образом добавилась к веществу, отброшенному с Земли в космос. Большая часть материала, отбывшего в космос в результате этого происшествия, могла разлететься достаточно далеко, но все же материала осталось достаточно для того, чтобы образовать нашу Луну, сделанную из земного вещества с добавлением неземного. Все это произошло примерно 4,5 миллиарда лет назад, в первые 100 миллионов лет после того, как началось образование планет Солнечной системы.

Если предмет размером с Марс ударился о Землю в те незапамятные времена, то где же он сейчас? Удара вряд ли было бы достаточно того, чтобы расколоть этот предмет на столь крохотные останки, что мы не могли бы их увидеть: наши лучшие телескопы способны обнаружить во внутренних областях Солнечной системы объекты не крупнее планетезималей. Ответ на это возражение предлагает нам полноценную новую картину всей Солнечной системы — картину, которая подчеркивает ее жестокую и склонную к столкновениям природу. Сам факт, что планетезимали способны были соединиться в один объект размером с Марс, еще не является гарантией того, что этот объект просуществовал достаточно долго. Вероятно, он не только столкнулся с Землей, но и разбросал свои куски в результате столкновения во все стороны по всей Солнечной системе, где они продолжали время от времени сталкиваться с самой Землей и другими внутренними планетами, друг с другом и с той же Луной (когда она закончила формироваться). Другими словами, во внутренней Солнечной системе на протяжении первых нескольких сотен миллионов лет царила ужасная сутолока, и те куски, что прикрепились к планетам после столкновения с ними, становились частью этих планет. Встреча Земли с тем самым объектом размером с Марс — это не единственное, но всего лишь одно из самых крупных и мощных событий во время продолжительного дождя из падающих на Землю и ее соседей объектов и даже планетезималей самой разной величины, бомбардирующих всех и вся в эту эпоху разрушений.

Если взглянуть на все это под другим углом, такая смертельная бомбардировка лишь послужила очередной точкой отсчета, обозначая собой финальные стадии планетообразования. Кульминацией всего процесса стала Солнечная система — такая, какой мы видим ее сегодня, не слишком изменившаяся за последние четыре с лишним миллиарда лет. Одна обычная звезда, вокруг которой вращаются восемь планет (плюс льдистый Плутон, который все же больше сродни комете, нежели планете), сотни тысяч астероидов, миллиарды метеоритов (мелкие дозы вещества, которые ежедневно тысячами падают на Землю) и множество комет — грязноватых снежков, которые образовались на расстоянии от Солнца, в десятки раз превышающем расстояние от него до Земли. Не будем забывать о спутниках планет, которые стабильно движутся по своим орбитам (за весьма редким исключением) с самого своего рождения, состоявшегося около 4,6 миллиарда лет назад. Так давайте поближе познакомимся со всем тем материалом, что продолжает двигаться в космическом пространстве вокруг нашего Солнца, — материалом, способным как дарить жизнь, так и уничтожать ее в мирах, подобных нашему.

Глава 12 Межпланетные истории

Со стороны наша Солнечная система смотрится пусто. Если поместить ее в шар такого размера, чтобы в него вписалась орбита Нептуна, то само Солнце со всеми своими планетами и их лунами займет внутри этого шара чуть больше одной триллионной доли всего пространства. Это если предположить, что межпланетное пространство по сути своей пустое. Однако при более близком рассмотрении оказывается, что между планетами можно найти самые разные предметы — крупные камни, камешки и каменную крошку, ледяные снежки, пыль, потоки заряженных частиц и даже созданные человеком и отправленные им далеко-далеко исследовательские станции. Межпланетное пространство также наполнено невероятно мощным гравитационным воздействием и пронизано магнитными полями, невидимыми в буквальном смысле этого слова, но способными оказывать существенное влияние на объекты в своем окружении. Такие сравнительно малые объекты и космические силовые поля представляют собой серьезную угрозу для каждого, кто надумает перемещаться с места на место по нашей Солнечной системе. Самые крупные из этих объектов могут угрожать и непосредственно жизни на Земле, если им доведется столкнуться с нашей планетой — что они весьма редко, но все же делают — на скорости, насчитывающей множество миль в секунду.

Локальные регионы космоса настолько «непустые», что Земля, выполняя свое орбитальное путешествие вокруг Солнца со скоростью 30 км/с, вынуждена ежедневно прокладывать себе дорогу сквозь тонны самого разного межпланетного вещества, большая часть которого представлена частицами размером не более песчинки. Почти все это вещество сгорает в верхних слоях атмосферы Земли, врезаясь в воздух с такой силой, что его частицы просто испаряются на месте. Хрупкие земные биологические виды появились и эволюционировали под защитой этого чудесного воздушного одеяла. Предметы размером с мячик для гольфа — космический мусор покрупнее — нагреваются очень быстро, но неравномерно; они часто разлетаются на более мелкие куски, прежде чем испариться. Еще более крупные объекты, будучи опаленными снаружи, как минимум частично прокладывают-таки себе путь дальше — в направлении Земли. Казалось бы, к сегодняшнему дню, после 4,6 миллиарда оборотов вокруг Солнца, Земля должна была бы уже расправиться со всем возможным межпланетным веществом, что только могло встретиться у нее на пути за все эти годы. Не сомневайтесь: здесь налицо явный прогресс — ведь когда-то все было еще хуже. В течение первого полумиллиарда лет после образования Солнца и его планет на Землю непрестанно падало столько всякого мусора, что суммарной энергии этих столкновений хватило на то, чтобы хорошенько разогреть атмосферу нашей планеты и стерилизовать ее поверхность.

Один ломоть космического мусора оказался столь огромным, что столкновение с ним привело к образованию Луны. Неожиданная скудность железа и других элементов с высокой массой на Луне, обнаруженная благодаря анализу образцов лунного камня, доставленного астронавтами корабля «Аполлон» на Землю, показывает: Луна с большой вероятностью состоит из вещества, выплеснутого с поверхности Земли (в составе коры которой довольно мало железа) и частично зачерпнутого из ее мантии в результате косого столкновения нашей планеты со сбившейся с пути протопланетой размером с Марс. Некоторая часть отброшенных на орбиту обломков, оставшихся после этой космической аварии, сгруппировалась, чтобы образовать собой наш замечательный и не очень плотный спутник. Возможно, это наиболее достойное газетных передовиц происшествие из тех, что состоялись около 4,5 миллиарда лет назад. При этом в тот период основательной бомбардировки, который пришлось пережить Земле в годы своего младенчества, через подобное испытание прошли и все остальные планеты, а также другие крупные объекты нашей Солнечной системы. Всем им был нанесен ущерб; поверхности Луны и Меркурия, из-за отсутствия воздуха не подверженные естественной эрозии, все еще сохранили большинство особенностей рельефа, образовавшихся в те времена.

Вдобавок к беспорядку, оставшемуся в космосе после этой эпохи формирования, в межпланетном пространстве также имеются камни и обломки самых разных размеров, прилетевшие с Марса, Луны и, возможно, Земли в результате смещений вещества, вызванных воздействием интенсивной внешней нагрузки. Компьютерные симуляции метеоритных дождей приводят нас к заточению, что в таких случаях некоторые из камней, расположенные на поверхности объекта у самого эпицентра взрыва, в момент падения на него метеорита взмывают вверх со скоростью, достаточной для того, чтобы преодолеть силу притяжения. Изучив метеоритные дожди марсианского происхождения, выпадающие на Землю, мы можем заключить, что ежегодно на нашу планету в виде такого дождя прибывает примерно тысяча тонн каменных осадков с Марса. Возможно, примерно столько же вещества прилетает к нам и с Луны. Получается, было вовсе не обязательно летать на Луну, чтобы заполучить несколько кусков лунного камня — ведь десятки их сами прибыли к нам на Землю; правда, это сильно сузило бы наши возможности выбрать самый симпатичный камень исследований, да и в любом случае — во время реализации программы «Аполлон» мы об этом еще и не подозревали.

Существовала ли когда-нибудь жизнь на Марсе? Если да, то, скорее всего, это было очень давно — несколько миллиардов лет назад, когда по поверхности планеты еще свободно текли воды; тогда ничего не подозревающие бактерии, надежно упрятанные в полостях и трещинах (особенно трещинах) выброшенных с Марса камней, вполне могли добраться до нашей Земли «зайцами». Мы уже знаем, что определенные типы бактерий могут выживать в течение долгих периодов гибернации, а также способны переносить высокие дозы радиоактивного облучения, которое было бы неизбежно на пути от Марса к Земле. Космическая доставка бактерий с одной планеты на другую не является ни безумной идеей, ни выдумкой писателей-фантастов. У этого понятия даже есть очень важно звучащее название: панспермия. Если на Марсе жизнь образовалась раньше, чем на Земле, и если простейшие формы жизни проследовали с Марса на Землю, оседлав блудные марсианские камни, и оплодотворили ее, тогда все мы можем считать себя потомками марсиан. Кто-то может даже сказать: раз такое дело, то и не стоит больше волноваться за экологию планеты каждый раз, когда кто-нибудь из астронавтов случайно чихнет прямо на поверхность Марса, распространяя вокруг микробы и бактерии. Ну а если серьезно, то если все мы по происхождению марсиане — ученые многое отдали бы за то, чтобы отследить маршрут, которым жизнь прибыла с Марса на Землю. Так что и к чихающим астронавтам надо продолжать относиться строго.

Большинство астероидов Солнечной системы проживают и работают в «основном поясе» — относительно плоском регионе, окружающем Солнце где-то между орбитами Марса и Юпитера. По традиции открыватели астероидов могут называть их как им заблагорассудится. Художники нередко изображают пояс астероидов в виде захламленного каменистого региона в плоскости Солнечной системы, однако на самом деле каждый из них расположен в миллионах миль друг от друга и на самом разном расстоянии от Солнца; так или иначе, суммарная масса объектов астероидного пояса составляет менее 5 % массы Луны, которая, в свою очередь, с трудом переваливает за 1 % от массы Земли. На первый взгляд все это ничего не значит, однако астероиды тихо и ненавязчиво представляют собой настоящую космическую угрозу нашей планете в долгосрочной перспективе. Накапливающиеся смещения их орбит постоянно образуют опасные совокупности астероидов — возможно, из нескольких тысяч объектов, — чьи вытянутые по форме маршруты проходят достаточно близко к Солнцу для того, чтобы рано поздно они могли пересечься с земной орбитой, и тогда возникнет возможность столкновения. Ряд простейших подсчетов демонстрирует, что большая часть этих астероидов действительно упадет на Землю в ближайшие несколько сотен миллионов лет. Объекты крупнее мили от края до края обладают достаточной энергией для того, чтобы дестабилизировать экосистему Земли и отправить большую часть ее обитателей на грань вымирания. Как-то не очень хорошо получается.

В то же время астероиды — далеко не единственные космические объекты, которые представляют собой потенциальную угрозу Земле. Голландский астроном Ян Оорт первым догадался, что в холодной глубине межзвездного пространства, намного дальше от Солнца, чем любая из его планет, целые группы замороженных останков более ранних стадий формирования Солнечной системы все еще вращаются вокруг нашей звезды. Это облако Оорта, состоящее из мириад комет, простирается навстречу другим звездам, в тысячи раз превышая размеры планетной системы Солнца, — в некоторых местах его внешняя граница оказывается практически на полпути к ближайшим из этих звезд.

Современник Оорта, ученый голландско-американского происхождения Джерард Койпер, высказал предположение, что часть этих ледяных объектов когда-то входила в состав того диска вещества, из которого образовались планеты, и что теперь они вращаются вокруг Солнца на расстояниях, значительно превышающих расстояние от Солнца до Нептуна, но основательно не дотягивающих до исключительно далеких комет облака Оорта. Все вместе эти объекты образуют так называемый пояс Койпера. Он представляет собой широчайшую полосу, усыпанную кометами, которая начинается чуть далее внешней границы орбиты Нептуна, включает в себя Плутон и уходит еще дальше на расстояние, в несколько раз превышающее расстояние от Нептуна до Солнца. Самый удаленный из известных нам объектов пояса Койпера называется Седна (в честь эскимосского божества) и насчитывает в диаметре примерно две трети диаметра Плутона. Так как поблизости от них нет больших планет, которые оказывали бы на них какое-либо воздействие, большинство комет пояса Койпера будут сохранять свои орбиты на протяжении многих миллиардов лет. Как и в астероидном поясе, определенные группы объектов пояса Койпера движутся по довольно эксцентричным орбитам, перебегающим иногда дорогу другим планетам. Так, орбита Плутона, который следует воспринимать как исключительно крупную комету, а также орбиты его младших братьев и сестер, которые все вместе называются плутино, пересекаются с орбитой, совершаемой Нептуном вокруг Солнца. Другие объекты пояса Койпера, смещенные со своих привычно широких орбит, иногда ныряют в самую глубину Солнечной системы, с нескрываемым азартом пересекая орбиты других планет. В эту группу шалунов входит среди прочих и комета Галлея — самая известная из них.

Облако Оорта отвечает за содержание так называемых долго периодических комет — тех, что совершают свой полный оборот вокруг Солнца гораздо дольше, чем в среднем живет человек. В отличие от комет пояса Койпера кометы из облака Оорта могут проливаться ледяным дождем на внутренние области Солнечной системы под любым углом и в любом направлении. Самая яркая за последние 30 лет комета Хякутакэ в 1996 году прилетела из облака Оорта и пролетела высоко над плоскостью Солнечной системы. В ближайшее время она никоим образом не вернется в наши космические окрестности.

Если бы наши глаза могли видеть магнитные поля, Юпитер казался бы нам в десять раз крупнее полной Луны. Космические корабли, предназначенные посещений Юпитера, должны быть построены таким образом, чтобы достойно противостоять его мощному магнитному излучению. Как обнаружили в 1831 году английский химик и физик Майкл Фарадей, если провести проволокой внутри магнитного поля, вдоль всей ее длины образуется разница в напряжении тока. Именно поэтому быстро движущиеся космические исследовательские станции, сделанные из металла, способны генерировать электрический ток внутри самих себя. Эти электротоки взаимодействуют с локальным магнитным полем, заме, скорость движения станции. Этим наверняка можно объяснить таинственное замедление двух кораблей «Пионер» в момент покидания ими Солнечной системы. Запущенные в 1970-х годах корабли «Пионер-10» и «Пионер-11» ушли не так далеко в космос, как должны были согласно прогнозам наших динамических моделей их путешествий. Приняв в расчет и воздействие космической пыли, с которой они встретились на своем пути, и сбои в работе кораблей в связи с подтекающими топливными баками, концепцию магнитного взаимодействия в нашем случае со стороны Солнца все же сочли наилучшим объяснением замедления движения обоих «Пионеров».

Усовершенствованные методы обнаружения и космические зонды увеличили количество известных нам планетных лун так быстро, что подсчитывать луны во Вселенной стало практически немодным и бессмысленным: кажется, они множатся даже сейчас, пока мы с вами тут общаемся. Но что важнее всего сегодня, так это понять: есть ли среди них такие луны, которые было бы действительно интересно посетить и изучить. В чем-то луны Солнечной системы даже интереснее планет, вокруг которых они вращаются. Две луны Марса, Фобос и Деймос, встречаются, к примеру (правда, под другими именами), в классическом романе Джонатана Свифта «Путешествия Гулливера», написанном в 1726 году. Правда, эти две маленькие луны был впервые обнаружены более века спустя; если только он не обладал телепатическими способностями, Свифт, вероятно, решил взять некое промежуточное число лун между одной уже известной земной и четырьмя известными тогда лунами Юпитера.

Диаметр нашей Луны составляет примерно 1/400 диаметра Солнца, но и расстояние до нее от Земли равно примерно 1/400 расстояния от нас до Солнца; потому-то Луна и Солнце и выглядят в небе одинаковыми по размеру — такого совпадения у других планет и их лун в нашей Солнечной системе больше не встречается, а ведь в результате его земляне могут, помимо прочего, наслаждаться исключительно зрелищными полными солнечными затмениями. Земля также синхронизировала период вращения Луны, приравняв его к периоду одного полного оборота Луны вокруг самой Земли Это произошло вследствие гравитационного воздействия Земли на Луну: оно с большей силой воздействует на более плотные части недр Луны, заставляя ее все время оборачиваться ими в сторону Земли и нейтрализуя ее собственное вращение. Когда бы и где бы это ни происходило — а с четырьмя крупными лунами Юпитера дела обстоят именно таким образом, — синхронизированная луна всегда смотрит на свою планету-хозяйку одной и той же стороной.

Астрономы были потрясены системой лун Юпитера, когда им впервые довелось ее хорошенько рассмотреть. Ио, крупная луна, расположенная ближе всего к Юпитеру, подверглась приливной синхронизации и структурному стрессу вследствие своих гравитационных взаимодействий с Юпитером и другими крупными лунами; эти взаимодействия накачали Ио достаточным количеством энергии (по размеру она примерно соответствует нашей Луне), чтобы ее каменистое нутро частично расплавилось. Из-за этого она является сегодня самым вулканически активным объектом Солнечной системы. Вторая по размеру крупная луна Юпитера — Европа — содержит в своем составе достаточно H₂O, чтобы ее внутреннее тепло, рождающееся вследствие тех же взаимодействий, что оказывают влияние и на Ио, растопило ее приповерхностный слой льда: из-за этого ее поверхность представляет собой плотную ледяную корку, под которой плещется океан.

Масштабные изображения поверхности Миранды, одной из лун Урана, демонстрируют рваные и несимметричные узоры, словно эту несчастную луну в свое время разорвали на части, а потом наспех склеили обратно. Происхождение этих экзотических свойств луны покрыто тайной, хотя в целом оно может быть результатом чего-то довольно простого — например, неравномерного вздымания ледяных пластин.

Одинокая луна Плутона — Харон — настолько большая по сравнению с ним и настолько близко к нему расположена, что Плутон и Харон синхронизировали свои приливные силы друг с другом: это означает, что у обоих объектов период вращения равен периоду обращения вокруг их общего центра тяжести. Так уж сложилось, что астрономы дают названия лунам планет, выбирая их из числа персонажей древнегреческой мифологии, сыгравших важную роль в жизни того божества, в честь которого названа сама планета (хотя, если быть точными, планеты получают названия по имени древнеримского божества, аналогичного древнегреческому, — вспомним тех же Юпитера и Зевса). Боги классической мифологии вели сложную и многогранную общественную жизнь, поэтому персонажей для их лун всегда оказывается более чем достаточно: выбирай любого!

Сэр Уильям Гершель был первым человеком, обнаружившим планету за пределами тех, что можно разглядеть невооруженным глазом, и он был преисполнен готовности назвать ее в честь короля, который поддерживал его научную деятельность. Если бы сэру Уильяму повезло, список наших планет тогда выглядел бы так: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн и… Георг. К счастью, светлые умы смогли переубедить его, и еще через несколько лет новая планета получила свое классическое имя Уран. Однако оригинальное предложение Гершеля называть луны этой планеты в честь персонажей пьес Шекспира и поэмы Александра Поупа «Похищение локона» было принято — и этой традиции придерживаются и сегодня. Среди 17 лун Урана у нас уже есть Ариэль, Корделия, Дездемона, Джульетта, Офелия, Порция, Пак и Умбриэль, а еще две новые луны — Калибан и Сикоракса — были открыты относительно недавно — в 1997 году.

Солнце теряет материал со своей поверхности со скоростью около 200 миллионов тонн в секунду (что, так уж вышло, практически соответствует скорости, с которой вода пересекает Амазонский бассейн). Он покидает Солнце в форме солнечных ветров, которые состоят из высокоэнергичных заряженных частиц. Путешествуя со скоростью до 1000 миль в секунду[48], эти частицы текут сквозь межпланетное пространство, где многие из них постепенно отклоняются от курса под воздействием магнитных полей планет. Соответственно, такие частицы входят в штопор и устремляются к северному и южному магнитным полюсам планеты, сталкиваясь с молекулами атмосферного газа и вызывая красочное авроральное свечение (или, попросту говоря, полярное сияние). Космический телескоп Хаббла обнаружил такое свечение в районе полюсов Сатурна и Юпитера. На Земле северное и южное полярное сияние служат нам периодическим напоминанием о том, как это мило — иметь над головой защищающую тебя от самых разных бед атмосферу.

Технически говоря, атмосфера Земли простирается над ее поверхностью гораздо дальше, чем мы привыкли считать. Спутники на «низких околоземных орбитах» обычно передвигаются на высоте от 100 до 400 миль[49], завершая полноценный оборот вокруг Земли за 90 минут. Хотя дышать на такой высоте невозможно, какое-то количество молекул атмосферы там все же имеется — и его достаточно для того, чтобы медленно поглощать орбитальную энергию ничего не подозревающих спутников. Чтобы противостоять этой утечке энергии, спутники на низких орбитах задействуют системы периодического ускорения; в противном случае они просто упадут обратно на Землю и сгорят в ее атмосфере. Самый разумный способ определить «край» атмосферы — задаться вопросом о том, на каком расстоянии от Земли плотность атмосферных газов падает до уровня плотности молекул газа в разреженном межпланетном пространстве. Исходя из данного принципа получается, что атмосфера Земли простирается ввысь на многие тысячи На гораздо большей высоте — примерно на уровне 23 000 миль[50] над поверхностью Земли (это около одной десятой расстояния от нас до Луны) — вращаются телекоммуникационные спутники, обеспечивающие нас новостями и красивыми картинками «видов сверху». На этой особенной высоте ситнику не только нет дела до атмосферы Земли, но и оказывается, что за счет уменьшившегося земного притяжения его орбитальная скорость падает до уровня, когда ему нужно целых 24 часа того, чтобы завершить каждое вращение вокруг нашей планеты. Описывая орбиты, которые в точности соответствуют скорости вращения Земли, эти спутники, по сути, зависают в одной и той же точке над экватором, что делает их идеальными посредниками для передачи сигналов от одного к другому.

Закон всемирного тяготения Ньютона утверждает, что, несмотря на ослабевание силы притяжения конкретной планеты по мере удаления от нее, нет такого расстояния, на котором сила гравитационного воздействия упала бы до нуля и что объект с огромной массой способен оказывать гравитационное воздействие даже на очень больших расстояниях. Планета Юпитер со своим мощным гравитационным полем обезвреживает множество комет, которые в противном случае бушевали бы во внутренних регионах Солнечной системы, нанося ей материальный ущерб. Таким образом, Юпитер выступает в качестве гравитационного щита для нашей Земли, обеспечивая ей (и нам!) долгие периоды относительного мира и спокойствия (от 50 до 100 миллионов лет). Без защиты Юпитера сложным формам жизни вряд ли удалось бы заделаться такими уж сложными, ведь они постоянно рисковали бы быть уничтоженными каким-то разрушительным воздействием прямо из космоса.

Мы эксплуатируем гравитационные поля планет практически при каждом запуске в космос исследовательского зонда. Например, исследовательская станция «Кассини», отправленная в космос встречи с Сатурном ближе к концу 2004 года, была запущена с Земли 15 октября 1997 года и с тех пор испытала на себе вспомогательное влияние гравитации Венеры дважды, Земли — один раз (на обратном пути) и Юпитера (тоже один раз). Словно бильярдный удар с попаданием сразу в несколько лунок, построение траекторий объектов от одной планеты до другой с использованием таких гравитационных рогаток распространено довольно сильно. В противном случае нашим крошечным и храбрым космическим зондам не хватало бы скорости и энергии того, чтобы добраться до своего пункта назначения.

Один из нас теперь в ответе за кусочек межпланетного вещества нашей Солнечной системы. В ноябре 2000 года астероид 1994KA из основного пояса; обнаруженный Дэвидом Леви и Кэролайн Шумейкер, получил название 13 123 Тайсон. Это, конечно, довольно приятно, но особых причин зазнаваться все же нет; как-никак, огромное количество астероидов зовутся Джоди, Хэрриет Томас. Есть и такие астероиды, которые называются Мерлин, Джеймс Бонд и даже Санта. Переваливая уже за 20 000 штук, список астероидов с устоявшимися орбитами (за что они и получают свои номера и имена) скоро основательно затруднит нам процесс их именования. Дойдет до такого когда-нибудь или нет, неясно, но почему-то особенно приятно знать, что чей-то персональный объект космического хлама не одинок там, наверху, — ведь он изящно захламляет пространство между планетами в компании огромного количества других подобных объектов, получивших свои названия в честь реальных и вымышленных персонажей.

Насколько известно на данный момент, 13 123 Тайсон направляется совсем не в нашу сторону, так что нельзя винить его в том, что он был началом станет концом всей жизни на Земле.

Глава 13 Сложение Вселенной из миров. Планеты за пределами Солнечной системы

Почти пять веков назад Николай Коперник возродил гипотезу, впервые предложенную еще древнегреческим астрономом Аристархом. Отнюдь не являясь центром Вселенной, заявил тогда Коперник, Земля — лишь одна из планет, что вращаются вокруг Солнца.

Правда, многим еще только предстоит признать это, ибо они до сих пор свято верят в то, что именно небеса вращаются вокруг нашей неподвижной Земли. Однако астрономы уже давно не скрывают ни от кого убедительных доказательств тому, что Коперник был тогда совершенно прав насчет нашего родного космического дома. Заключение о том, что Земля лишь одна из планет Солнца, позволяет немедленно предположить, что другие планеты очень похожи на нее и что на них вполне могут жить обитатели, обремененные, как и мы с вами, своими планами и мечтами, работой, играми и фантазиями.

На протяжении многих веков астрономам, которые пользовались телескопами наблюдения за сотнями тысяч отдельных звезд, не хватало навыков и возможностей, чтобы определить, есть ли у этих звезд свои собственные планеты. Их наблюдения позволяли утверждать, что наше Солнце вполне себе среднестатистическая звезда и что ее братья и сестры, почти идентичные ей, в огромном множестве рассыпаны по галактике Млечный Путь. Если у Солнца есть свое семейство планет, то почему бы ему не быть и у других звезд? Получается, что такие планеты тоже вполне могли бы создавать условия жизни самых разных существ. Джордано Бруно, к сожалению, выразил свою солидарность с этой мыслью в оскорбительной манере, подрывающей авторитет церкви, за что и угодил в 1600 году на костер. Сегодня любой турист, одолев толпы людей и столики уличных кафе на римской площади Кампо ди Фиори, может оказаться у подножия памятника Бруно и, возможно, поразмышлять немного о том, как сила его мыслей и идей (пусть и не его личная сила) одержала блестящий триумф над теми силами, что пытались подавить его.

Как наглядно демонстрирует судьба Джордано Бруно, сама идея жизни в других мирах — одна из самых сильных мыслей, на которую способен человеческий разум. Если бы это было не так, Бруно дожил бы до более зрелых лет, а NASA не на что было бы просить финансирование. Все эти разговоры о жизни в других мирах на протяжении всей истории — а NASA. увлекается ими и сегодня — вертелись вокруг планет Солнечной системы. Однако в поисках внеземной жизни мы столкнулись с определенной проблемой: ни один из миров нашей Солнечной системы, за исключением Земли, не подходит жизни.

Хотя этот вывод совершенно не отдает должное самому факту, что жизнь в принципе может зародиться и поддерживать себя миллионами возможных способов, все же доказательства налицо: наши первоначальные исследования Марса и Венеры, а также Юпитера и его наиболее крупных лун не смогли обнаружить на них сколько-нибудь убедительных признаков жизни. Скорее, наоборот: мы обнаружили множество аргументов в защиту утверждений о том, что на этих планетах и лунах условия категорически неблагоприятны для жизни в привычном для нас виде. Нам предстоит продолжать свои исследования еще очень долго, и, к счастью (в том числе для тех, кто любит обо всем этом поразмышлять), мы не прекращаем их ни на секунду — особенно в погоне за признаками жизни на Марсе. Тем не менее вероятность того, что финальный вердикт по наличию внеземной жизни в пределах Солнечной системы будет отрицательным, настолько велика, что многие умы уже переключились на поиски этой жизни за ее пределами, избрав своей целью те многочисленные миры, что вращаются не рядом с нашим Солнцем, но вокруг других звезд.

До 1995 года гипотезы о планетах на орбитах других звезд выдвигались практически вне контекста каких-либо признанных фактов. За исключением ряда объектов размером примерно с Землю, вращающихся вокруг останков взорвавшихся звезд, которые почти наверняка образовались только после взрыва сверхновой и едва ли могут считаться планетами, астрофизикам ни разу не удалось наткнуться на экзосолнечную планету, просто экзопланету, — мир, вращающийся вокруг какой-то другой звезды. В конце 1995 года было сделано заявление о первом открытии подобного рода, несколько месяцев спустя было обнаружено еще четыре экзопланеты. И тогда словно прорвало плотину — обнаружение новых миров было практически поставлено на конвейер. Сегодня нам известно о более чем сотне экзопланет, вращающихся вокруг других звезд. В ближайшие годы это число непременно будет только расти.

Прежде чем описать эти обнаруженные миры-новинки и проанализировать их роль в наших поисках внеземной жизни, нам придется столкнуться с фактом, поверить в который на первый взгляд трудно. Астрофизики утверждают, что не только знают достоверно, что эти планеты существуют, но и способы оценить их массу, удаленность от центральной звезды, период обращения и даже форму их орбит… Но никто никогда не видел и не сфотографировал ни одной из этих экзопланет.

Как такое возможно — знать так много о планете, которую никогда не видел? Предоставим ответить тем, кто занимается изучением звездного света. Разложив свет на все цвета его спектра (спектральные линии) и сравнивая их со спектрами тысяч звезд, профессионалы своего дела могут отличать друг от друга разные типы звезд исключительно по интенсивности отдельных цветов, составляющих собой звездный спектр. Давным-давно этим астрофизикам приходилось фотографировать спектры звезд, но сегодня у них есть в разы более чувствительные приборы, которые регистрируют на цифровой носитель данные о том, сколько звездного света каждого конкретного цвета достигает Земли. Хотя звезды находятся от нас в миллиардах миль, их фундаментальная природа уже давно для нас словно открытая книга. Теперь астрофизики могут с легкостью определять, просто измеряя спектр звездного света, какие из этих звезд больше всего напоминают Солнце, какие более горячие и яркие, а какие более прохладные и заметно бледнее.

Но они могут не только это. Ознакомившись как следует с распределением цветов в спектре разных типов звезд, астрофизики теперь могут быстро идентифицировать знакомые закономерности в интересующем их спектре конкретной звезды: как правило, в спектре мало или совсем нет определенных оттенков. Характерное соцветие спектра узнается часто, но ученые обнаруживают, что все составляющие его цвета были немного смещены в сторону красного фиолетового сегмента спектра и потому все привычные ориентиры приобрели более красный фиолетовый оттенок, чем считается нормальным.

Ученые характеризуют эти цвета по длине волн, которая отражает расстояние между двумя вершинами («гребнями») вибрирующей световой волны. Так как они соответствуют цветам, которые могут воспринимать наши глаза и мозг, назвать конкретную длину волны — это то же самое, что и назвать определенный цвет, только еще более точно. Когда астрофизики обнаруживают знакомую интенсивность света, разложенную на тысячи разных оттенков, но замечают, что все волны на этом участке (к примеру) на 1 % длиннее, чем обычно, они заключают, что спектр звездного света изменился вследствие эффекта Доплера, который описывает, что именно происходит, когда мы наблюдаем приближающийся к нам или удаляющийся от нас объект. Если, например, объект движется к нам навстречу (или мы сами движемся ему навстречу), мы получим более короткие волны, чем если бы аналогичный объект не двигался относительно нас в пространстве. Если объект от нас удаляется — или мы удаляемся от него, — волны его излучения будут длиннее, чем волны излучения такого же статичного относительно нас объекта. Разница в длине волны в обоих случаях зависит от относительной скорости отдаления сближения источника света и стороннего наблюдателя. Для скоростей, существенно недотягивающих до скорости света (186 000 миль в секунду), фракционное изменение длин всех световых волн, которое называется доплеровским смещением, равняется отношению скорости приближения удаления к скорости света.

В течение 1990-х годов две команды астрономов, одна в США и другая в Швейцарии, посвятили себя тому, чтобы научиться еще более точно измерять воздействие эффекта Доплера на звездный свет. Они занялись этим не только потому, что ученые в принципе любят производить как можно более точные измерения, но и потому, что у них была весьма конкретная цель: обнаружить планеты с помощью изучения света звезд.

Зачем же идти столь откровенно в обход на пути к обнаружению экзопланет? На самом деле это единственный эффективный способ их обнаружить. Судя по Солнечной системе, расстояния от звезд до вращающихся вокруг них планет можно назвать совершенно незначительными по сравнению с тем, как далеко друг от друга расположены сами звезды. Ближайшие звезды-соседки Солнца находятся примерно в полмиллиона раз дальше от нас, чем самая внутренняя планета Солнечной системы Меркурий — от Солнца. Даже расстояние между Плутоном и Солнцем составляет менее одной пятитысячной доли расстояния от нас до Альфы Центавра, ближайшей к нам звездной системы. Эти астрономически ничтожные расстояния между звездами и их планетами в сочетании с бледностью света, который исходит от планет (будучи, соответственно, отраженным светом от ее звезды), делают почти невозможным увидеть воочию одну из планет за пределами Солнечной системы. Представьте себе, допустим, одного астрофизика на планете, вращающейся вокруг одной из звезд Альфы Центавра. Этот астрофизик направляет свой телескоп в сторону Солнца и пытается разглядеть в него самую крупную планету — Юпитер. Расстояние от Солнца до Юпитера составит всего лишь одну пятидесятитысячную долю расстояния от астрофизика до Солнца, при этом звезда будет сиять в миллиард раз ярче, чем ее планета. Астрофизики любят проводить аналогию с тем, как трудно разглядеть светлячка в свете мощного фонарика. Когда-нибудь, возможно, нам это и удастся, но пока крестовый поход за экзопланетами сводится лишь к изучению спектра звездного излучения; нам пока не хватает технических возможностей делать что-то еще.

Эффект Доплера предлагает альтернативный способ, доступный нам уже сегодня. Изучив звезду подробно, мы можем тщательно замерить любые изменения в доплеровском смещении излучения этой звезды Они могут появляться вследствие изменения скорости, с которой звезда к нам приближается от нас удаляется. Если изменения оказываются циклическими, то есть скорость с определенной регулярностью демонстрирует максимальное значение, затем минимальное, затем снова максимальное и т. д., тогда мы можем совершенно справедливо утверждать, что эта звезда перемещается по определенной орбите, которая заставляет ее водить хороводы в космосе вокруг одной конкретной точки.

Что может заставить звезду исполнять такой танец? Только гравитационное воздействие других объектов. Нет никаких сомнений в том, что планеты по определению обладают массами, существенно меньшими, чем звезды, поэтому их гравитационное влияние весьма скромно. Когда они тянут к себе близлежащую звезду, чья масса в разы превышает их собственную, они навязывают ей лишь незначительные изменения в скорости движения. Юпитер, к примеру, меняет скорость Солнца примерно на 40 футов[52] в секунду, что, конечно, побольше скорости самого первоклассного бегуна на короткие расстояния. В то время как Юпитер совершает свое обращение вокруг Солнца на протяжении 12 лет, сторонний наблюдатель, расположившийся где-то вдоль плоскости его орбиты, может измерить величину доплеровского смещения в излучении Солнца. Полученные им результаты покажут, что в определенный момент времени скорость Солнца относительно самого наблюдателя окажется на 40 футов в секунду выше своего среднего значения. Шесть лет спустя тот же наблюдатель обнаружит, что скорость Солнца упала на 40 футов ниже средней скорости его движения. В течение этого шестилетнего промежутка относительная скорость будет плавно проходить переменный путь от одного экстремального значения к другому. Пронаблюдав за этим однообразным циклом несколько десятков лет, наблюдатель будет вправе заявить, что у Солнца есть планета, описывающая вокруг него один оборот за 12 лет и являющаяся причиной изменений в скорости самой звезды, которые, в свою очередь, рождаются в результате этого движения. Размер орбиты Солнца, в сравнении с орбитой Юпитера, равен обратному отношению масс двух объектов. Так как масса Солнца в тысячу раз больше массы Юпитера, орбита Юпитера вокруг их общего центра тяжести оказывается в тысячу раз больше орбиты Солнца. Это лишнее доказательство тому, что сдвинуть с места Солнце в тысячу раз труднее, чем Юпитер.

Конечно, у Солнца есть не одна, а несколько планет, каждая из которых одновременно тянет его к себе с помощью своей гравитации. Суммарная динамика движений Солнца, таким образом, представляет собой наложение подобных орбитальных танцев, у каждого из которых разный период повторения. Так как Юпитер — самая крупная и массивная планета Солнца — оказывает на него наибольшее гравитационное воздействие, следы танцевальных уроков Юпитера преобладают в сложном комплексе движений и колебаний Солнца в космосе.

Когда астрофизики решили заняться поиском экзопланет, наблюдая за колебаниями звезд, они поняли: чтобы найти сравнимую с Юпитером планету, расположенную на расстоянии от своей звезды, сопоставимом с расстоянием от Юпитера до Солнца, им понадобится измерить доплеровские смещения с точностью, достаточной того, чтобы затем отследить изменения в относительной скорости изучаемого объекта, составляющие примерно 40 футов в секунду. В земных условиях это весьма немалая скорость (около 27 миль в час[53]), но с точки зрения астрономии она не составляет даже одной миллионной доли скорости света, а также равняется примерно одной тысячной доле той скорости, с которой звезды, как правило, движутся в нашем направлении от нас. Таким образом, чтобы обнаружить вызванное изменением скорости источника излучения доплеровское смещение, чей размер составляет не более одной миллионной доли скорости света, астрофизикам нужно измерять разницу в длинах волн, то есть в палитре звездного света, составляющую одну часть на миллион.

Такая точность дала научному миру не просто возможность обнаруживать планеты. Так как подобная схема обнаружения основана на анализе и выявлении цикличных повторений в изменении скорости движения звезды, продолжительность каждого из этих циклов напрямую отражает период обращения планеты, которая является причиной этих изменений. Если звезда танцует согласно определенным образом повторяющемуся циклу, значит, планета танцует с идентичным периодом кругового движения, только на гораздо более широкой орбите. Этот период обращения, в свою очередь, позволяет оценить расстояние от этой планеты до ее звезды. Исаак Ньютон давно доказал, что объект, вращающийся вокруг звезды, тем быстрее будет завершать одно полное вокруг нее обращение, чем ближе он к этой звезде расположен и тем медленнее, чем он дальше. Каждый период обращения соответствует конкретному значению величины среднего расстояния между звездой и объектом на ее орбите. Так, в Солнечной системе однолетний период обращения подразумевает, что такой объект находится на том же расстоянии от Солнца, что и Земля, а период обращения 12 лет означает, что этот объект находится на расстоянии в 5,2 раза больше расстояния от Солнца до Земли — как Юпитер, соответственно. Поэтому исследователи смогли объявить, что не только обнаружили планету как таковую, но и вычислили ее период обращения и то среднее расстояние, что отделяет ее от своей звезды.

Но о планете можно узнать еще больше. Двигаясь на определенном расстоянии от своей звезды, планета, точнее, ее гравитация притягивает к себе звезду с силой, которая зависит от ее массы. Более массивные планеты оказывают большее воздействие, из-за чего и звезда «танцует» быстрее. Вычислив расстояние от звезды до планеты, команда ученых смогла определить и массу такой планеты, добавив ее в список характеристик, полученных ранее методом тщательных наблюдений и вычислений.

Надо признать, что вычисление массы планеты с помощью наблюдений за перемещениями ее звезды в определенной мере слагает с нас ответственность. Астрономы не могут знать наверняка, изучают ли они такую танцующую звезду с луча зрения, полностью совпадающего с плоскостью, в которой лежит орбита планеты, или с луча зрения выше плоскости орбиты (в таком случае им нужно измерять нулевую скорость звезды), с луча зрения, идущего и не вдоль плоскости, и не перпендикулярно ей (наверняка это почти всегда именно так). Плоскость, где лежит орбита интересующей нас планеты, которую та описывает вокруг звезды, накладывается на плоскость движения звезды в ответ на гравитационное воздействие планеты. Получается, что мы наблюдаем полные орбитальные скорости только в том случае, если наш луч зрения при взгляде на звезду полностью совпадает с плоскостью орбиты этой планеты вокруг своей звезды. Попробуем вообразить аналогичную ситуацию в более понятных декорациях: вы на бейсбольном матче и можете измерить скорость мяча, брошенного питчером, в тот момент, когда он летит прямо на вас или от вас, но не скорость, с которой такой мяч пересекает ваше поле зрения. Если вы приехали на поиски талантливых спортсменов, лучше всего садитесь сразу за основной базой, где стоит игрок с битой — на одной линии с траекторией полета бейсбольного мяча. Но если вы будете смотреть игру с первой или третьей базовой линии, тогда брошенный питчером мяч по большей части не полетит ни на вас, ни от вас и измеренная вами скорость движения мяча по вашему лучу зрения будет практически равна нулю.

Из-за того что эффект Доплера измеряет только ту скорость, с которой звезда приближается к нам или удаляется от нас, но не ту скорость, с которой звезда пересекает наш луч зрения, как правило, мы не можем определить, насколько наш луч зрения в сторону звезды совпадает с плоскостью звездной орбиты. Это говорит о том, что те значения, которые были получены нами с помощью этой методики для масс экзопланет, являются минимальными: они окажутся в полном соответствии с реальной массой этих планет только в том случае, если мы действительно все это время смотрели на их звезды вдоль плоскости их орбит. В среднем фактическая масса экзопланеты в два раза больше полученной путем наблюдений за ее звездой минимальной величины, но нам неоткуда знать, какие из уже обнаруженных нами экзопланет окажутся по факту крупнее более чем в два раза, а какие — менее.

Астрофизики способны не только определять орбитальный период и размер орбиты планеты, а также ее минимальную массу. Астрофизики, изучающие «танцы» звезд с помощью эффекта Доплера, достигли еще одного успеха: они умеют определять форму орбиты планеты. Для некоторых орбит, как в случае с Венерой и Нептуном относительно Солнца, характерна почти совершенная круглая форма. Но другие орбиты — Меркурия, Марса и Плутона — существенно вытянуты по форме, из-за чего в какие-то периоды времени такие планеты проходят гораздо ближе к Солнцу, чем в остальное время. Так как планета всегда движется быстрее, когда находится ближе к своей звезде, скорость самой звезды в такие периоды более тесного контакта тоже изменяется заметнее. Если астрономы наблюдают за звездой, скорость которой меняется с постоянной интенсивностью на протяжении всего ее цикла вращения, они делают вывод, что эти изменения скорости вызывает планета, вращающаяся вокруг этой звезды по округлой орбите.

Если же, наоборот, они видят, что скорость звезды изменяется то быстрее, то медленнее, ученые могут утверждать, что являются свидетелями воздействия на звезду планеты с вытянутой орбитой. Более того, они даже могут вычислить степень этого растяжения — то, насколько форма орбиты отходит от идеального круга, — измерив разницу в темпе, с которым скорость звезды меняется на протяжении всего ее орбитального цикла.

Итак, демонстрируя настоящее торжество точности наблюдений в сочетании с точностью вычислений над тайнами Вселенной, изучающие экзопланеты астрофизики могут предоставить данные о четырех ключевых характеристиках любой обнаруженной планеты: период обращения, среднее расстояние до своей звезды, минимальную массу и степень вытянутости орбиты по форме. И все это астрофизикам удается благодаря исследованию всей палитры света звезд, которые лежат в сотнях миллиардов миль от Солнечной системы, и умению измерять крошечные изменения в характеристиках этой палитры цветов с точностью до одной миллионной доли и даже еще точнее. Что это, если не новая и значительнейшая покоренная вершина знаний об устройстве Вселенной в поисках родных и двоюродных братцев и сестриц Земли?

Остается только одна проблема. Многие из обнаруженных за последнее десятилетие экзопланет вращаются вокруг своих звезд на расстояниях, гораздо меньших, чем расстояние от Солнца до какой-либо из его планет. Проблема эта немаленькая, потому что все на данный момент обнаруженные экзопланеты обладают массой, сравнимой с массой Юпитера — гигантской планеты, которая вращается вокруг Солнца на расстоянии, в пять с лишним раз превышающем расстояние от него до Земли. Давайте еще раз пройдемся по всем фактам, прежде чем выразить восхищение тем, как ловко астрофизики объясняют, как так вышло, что эти крупные планеты занимают орбиты в разы меньше тех, что мы привыкли наблюдать в своей Солнечной системе.

Каждый раз, когда мы прибегаем к методике «звездных танцев», чтобы искать и находить планеты, вращающиеся вокруг других звезд, мы не должны забывать о заложенных в нее погрешностях. Во-первых, чем ближе расположены планеты к своей звезде, тем меньше времени им нужно на то, чтобы совершить вокруг нее полное обращение. Так как у астрофизиков есть лишь ограниченное количество времени на то, чтобы наблюдать Вселенную, они, безусловно, в первую очередь будут обнаруживать планеты, скажем, с шестимесячным периодом обращения, а не те, которым требуется 10–12 лет на то, чтобы совершить один оборот. В обоих случаях, однако, астрофизикам так иначе нужно выжидать как минимум пару полноценных орбитальных циклов, чтобы убедиться в том, что они обнаружили повторяющееся поведение скорости звезды. Получается, что на обнаружение планеты с периодом обращения, сравнимым с юпитерианскими 12 годами, может уйти большая часть чьей-то карьеры.

Во-вторых, планеты оказывают тем большее гравитационное воздействие на свои звезды, чем ближе к ним они вращаются. Такое повышенное воздействие заставляет звезды «танцевать» быстрее, результатом чего становится более ощутимое доплеровское смещение в спектре их излучения. Так как обнаружить явное смещение проще, чем незначительное, более близкие к своим звездам планеты привлекают больше внимания — и делают это быстрее, чем более удаленные от звезды планеты. Однако на каком бы расстоянии от звезды она ни находилась, любая экзопланета должна примерно соответствовать по массе Юпитеру (а это в 318 раз больше массы Земли), чтобы ее можно было обнаружить с помощью доплеровского смещения. Планеты с гораздо меньшей массой не в состоянии заставить свои звезды «танцевать» достаточно заметно для того, чтобы современные технологии позволили нам запечатлеть их танцевальные па.

Таким образом, нет ничего удивительного в том, что из первых обнаруженных экзопланет все обладают массой, сравнимой с массой Юпитера, и все вращаются близко к своим звездам. Удивительно то, насколько близко к своим звездам подобрались эти планеты. Так близко, что им не требуется нескольких месяцев и тем более лет того, чтобы завершить каждый полный оборот вокруг своей звезды, что характерно планет Солнца, им хватает… всего нескольких дней.

На сегодняшний день астрофизики нашли уже более дюжины планет, которые совершают полное обращение вокруг своей звезды менее чем за неделю, а одна рекордсменка проделывает это всего за два с половиной дня! Эта планета, вращающаяся вокруг солнцеобразной звезды под названием HD73 256, обладает массой, превышающей массу Юпитера не менее чем в 1,9 раза, и движется по слегка вытянутой орбите на среднем расстоянии от своей звезды, составляющем всего 3,7 % расстояния, разделяющего Солнце и Землю. Другими словами, эта гигантская планета обладает массой, более чем в 600 раз превышающей массу Земли, и при этом находится на расстоянии от своей звезды, составляющем менее одной десятой расстояния от Солнца до Меркурия.

Меркурий состоит из камня и металла, запеченных при температуре во много сотен градусов с повернутой к Солнцу стороны. В отличие от него Юпитер и другие гигантские планеты Солнечной системы (Сатурн, Уран и Нептун) представляют собой огромные газовые шары, внутри которых находятся твердые ядра, составляющие лишь несколько процентов от общей массы каждой из планет. Согласно всем теориям планетообразования, планета с массой, сопоставимой с массой Юпитера, не может быть твердой, как Меркурий, Венера и Земля, поскольку в первичном облаке, из которого все планеты сформировались, было слишком мало вещества, которое могло бы собраться в твердый комок, превратившийся потом в планету, масса которой более чем в несколько десятков раз превышает земную. Из этого следует заключение — и оно приближает нас еще на один шаг к разгадке фантастически увлекательного детектива об экзопланетах, — что все обнаруженные на сегодня экзопланеты (так как они сопоставимы по массе с Юпитером) должны также представлять собой огромные газовые шары.

Сразу хочется задать два вопроса. Первый: как могут эти гигантские планеты, подобные Юпитеру, вращаться так близко от звезд? Второй: раз они вращаются так близко, почему их газовая оболочка не испарилась под воздействием мощной тепловой энергии звезды? На второй вопрос можно ответить относительно просто: огромная масса планет способна удерживать рядом с собой даже самые легкие газы, нагретые до сотен градусов, так как гравитация планет способна преодолеть склонность атомов и молекул газа отбиваться от своего стада и уплывать в космос. В самых экстремальных условиях, правда, в этом поединке гравитация ведет лишь с минимальным перевесом, а планеты в таких случаях вращаются буквально на границе с самыми внутренними областями звездной системы, окажись они внутри их, действительно растеряли бы свой газ в процессе испарения под влиянием тепла звезды.

Первый же вопрос о том, как могут такие громадные планеты вращаться так близко к солнцеобразным звездам, приводит нас к фундаментальной особенности самого планетообразования. Как мы уже установили в главе 11, теоретики приложили много усилий к тому, чтобы хоть что-нибудь понять о процессах образования планет в нашей Солнечной системе. Они пришли к заключению, что планеты Солнца формировались постепенно, из маленьких комков вещества, разрастаясь все больше и больше, и все это происходило внутри блинообразного облака газа и пыли. Внутри этой плоской вращающейся массы вещества, окружавшей Солнце, начали формироваться отдельные скопления материала — сначала в произвольном порядке, а затем уже на основе этих самых первичных формирований, которые за счет своей плотности же обладали большей суммарной гравитацией по сравнению с другими разбросанными по облаку независимыми частицами. На финальных стадиях этого процесса Земля и другие планеты пережили активную бомбардировку оставшимися не у дел крупными кусками материала.

Пока разворачивался этот процесс всеобщего объединения, начало сиять Солнце, испаряя самые легкие элементы, такие как водород и гелий, в своем ближайшем окружении и оставляя в составе четырех своих ближайших планет (Меркурия, Венеры, Земли и Марса) практически сплошь тяжелые элементы: углерод, кислород, алюминий и железо. В то же время все сгустки вещества, которые сформировались на расстоянии от Солнца, многократно превышающем расстояние от него до Земли — от 5 до 30 раз, — оставались в относительной прохладе, что позволило им сохранить основательные запасы водорода и гелия в своем окружении. Так как два этих самых легких химических элемента еще и самые распространенные во Вселенной, в итоге в этих регионах Солнечной системы образовались четыре гигантские планеты, во много раз превышающие по массе Землю каждая.

Плутон не принадлежит ни к классу каменистых внутренних планет, ни к категории внешних газовых гигантов. Вместо этого он, все еще не изученный ни одним земным космическим кораблем, напоминает огромную комету, сделанную из камня и льда. Кометы обычно насчитывают в диаметре от 5 до 50 миль[54], в то время как в Плутоне все 2000 миль[55] от края до края. Кометы считаются одними из первых «существенных» с точки зрения размера объектов, сформировавшихся в ранние эпохи становления Солнечной системы. По возрасту тягаться с ними могут разве что самые старые метеориты — осколки камня, металла сплавов камня и металла, которые когда-то падали на поверхность Земли и были рассекречены теми, кто умеет отличать космический метеорит от обычного садового булыжника.

Таким образом, планеты образовались из вещества, как и кометы с метеоритами, причем газовые гиганты воспользовались своими твердыми ядрами для того, чтобы притянуть и удержать около себя этот самый газ. Датирование радиоизотопами содержащихся в метеоритах минералов показало, что наиболее старым из них может быть до 4,55 миллиарда лет — а это гораздо больше, чем самым древним камням из найденных на Луне (4,2 миллиарда лет) на Земле (чуть меньше 4 миллиардов лет). Рождение Солнечной системы, которое состоялось примерно за 4,55 миллиарда лет до н. э., в самом буквальном смысле привело к сегрегации планетных миров на две группы: относительно малых и твердых внутренних планет и гораздо более крупных и по большей части газовых планет-гигантов. Четыре внутренние планеты вращаются вокруг Солнца на расстоянии, составляющем от 0,37 до 1,52 астрономической единицы, в то время как четыре гиганта расположились на гораздо более серьезных расстояниях от нашей звезды: оно составляет от 5,2 до 30 астрономических единиц. Именно это и позволило им разрастись до своих гигантских размеров.

Это описание того, как образовались планеты Солнечной системы, выглядит довольно стройным — впору испытать раздражение от того, что нам удалось обнаружить столько примеров объектов, по массе сопоставимых с Юпитером и при этом расположенных намного ближе к своим звездам, чем расстояние от Меркурия до Солнца. Действительно, из-за того, что все наиболее рано обнаруженные экзопланеты оказались на столь малых расстояниях от своих звезд, какое-то время принято было считать, что наша Солнечная система скорее исключение из вселенских правил, чем образцовый пример планетообразования, как предполагали теоретики в те далекие дни, когда у них не на чем больше было основывать свои догадки и теории. Осознав погрешность, заложенную в той относительной легкости, с которой им удавалось обнаруживать расположенные близко к звездам планеты, они ободрились и в скором времени нашли (с немалой точностью) еще ряд газовых гигантов на гораздо больших расстояниях от их звезд.

Сегодня список из более сотни экзопланет, систематизированных в порядке возрастания их расстояний от своих звезд, начинается с уже упомянутой выше планеты — той, у которой уходит всего 2,5 дня на то, чтобы совершить вокруг своей звезды полный оборот; завершается этот список звездой 55 Рака (55 Cancri) — вокруг нее вращается планета, по массе своей не менее чем в четыре раза превышающая Юпитер, и одно обращение вокруг своей звезды у нее занимает 13,7 года. Исходя из периода обращения этой планеты, астрофизики могут определить, что она находится от своей звезды на расстоянии, в 5,9 раза превышающем расстояние от Земли до Солнца или в 1,14 — расстояние от Солнца до Юпитера. Это первая планета в списке всех обнаруженных экзопланет, что расположена от своей звезды на большем расстоянии, чем Юпитер от Солнца, за счет чего она производит впечатление планетарной системы, в широком смысле сопоставимой с нашей собственной Солнечной, по крайней мере с точки зрения тандема «звезда плюс ее самая крупная планета».

Однако это все же не совсем так. Планета, вращающаяся вокруг звезды 55 Рака в 5,9 раза дальше, чем расстояние от Земли до Солнца, является не первой, но третьей из обнаруженных на орбите этой звезды. На сегодняшний момент астрономы собрали уже достаточно данных и обрели столь внушительную сноровку по интерпретации доплеровских смещений, что им удается распутывать сложную хореографию звезд, образованную при гравитационном воздействии на них двух более планет. Каждая из стремится задать «Танцу» свой собственный ритм с периодом повтора, равным охвату орбиты планеты, описываемой ею вокруг звезды. Наблюдая за звездой в течение достаточно продолжительного времени и подключая к работе компьютерные программы, которые не боятся никаких вычислений и расчетов, охотники за планетами способны выделить из замысловатых танцев отдельные шаги, которые задают звезде отдельные планеты. В случае с 55 Рака, скромной звездой из созвездия Краба, сначала были обнаружены две другие более близкие к ней звезды с периодами обращения в 42 и 89 дней и минимальными массами в размере 0,84 и 0,21 массы Юпитера соответственно. Планета с минимальной массой, равной «всего» 0,21 массы Юпитера (это как 67 планет Земля), входит в число экзопланет с наименьшими массами из обнаруженных на сегодня. Рекорд пока принадлежит одной экзопланете, чья масса составляет 35 масс Земли, — и это все еще настолько крупнее нашей голубой планеты, что есть некоторая вероятность, что скорее тот самый рак на горе свистнет, чем астрономы смогут найти в нашей Галактике хотя бы одного двойника Земли.

Можно ходить вокруг да около, но проблема от этого не исчезнет. Изучив, помимо прочего, планеты, вращающиеся вокруг звезды 55 Рака, нам все еще необходимо объяснить, как могут экзопланеты с массами, сопоставимыми с Юпитером, вращаться столь близко от своих звезд? Сколько таких планет вообще? Любой эксперт скажет вам, что планета, сравнимая по массе с Юпитером, не может сформироваться на расстоянии от солнцеобразной звезды, которое было бы меньше, чем три-четыре расстояния от Земли до Солнца. Если допустить, что экзопланеты подчиняются этому правилу, то остается только предположить, что они переместились существенно ближе к своим звездам уже после того, как закончили формироваться. Подобное заключение, если принять его как приемлемое, приводит к трем новым вопросам.

1. Что заставило эти планеты разменять свои орбиты на более скромные после того, как они сформировались?

2. Что помешало им приблизиться к своим звездам вплотную и в итоге погибнуть, упав прямо на звезду?

3. Почему это произошло в множестве других планетных систем, но не в нашей Солнечной системе?

На эти вопросы у нас есть ответы, предоставленные теми светлыми умами, для которых обнаружение экзопланет послужило отличным стимулом к дальнейшим исследованиям. Можем подытожить самую популярную на сегодня версию экспертов ниже.

1. Планетная миграция произошла потому, что существенный объем материалов, оставшихся после процессов формирования планет, продолжал вращаться вокруг звезды в рамках орбит новообразованных планет-гигантов. Этот материал систематически отбрасывается гравитацией большой планеты на более далекие орбиты, что, в свою очередь, заставляет саму большую планету подбираться все ближе к звезде.

2. Когда планеты приблизились к своим звездам гораздо ближе, чем они были в начале своего пути, приливные силы звезды синхронизировали их и зафиксировали на новых местах. Эти силы, сопоставимые с приливными силами Солнца и Луны, способными поднимать воды земных океанов, синхронизировали периоды вращения планет с их периодами обращения, что и произошло с Луной под влиянием приливных сил Земли. Это также не дало планетам приблизиться к своим звездам еще ближе — по вполне обоснованным причинам, на которых мы тут не будем задерживаться.

3. Предположительно, это совершенно произвольная удача, что одни планетные системы образовались с большим количеством материала, что впоследствии сделало возможной планетную миграцию, а другие — как наша с вами — оказались относительно скудны на космические останки, и потому их планеты остались на тех же расстояниях от своей звезды, где они когда-то и сформировались. В случае с планетами вокруг 55 Рака вполне возможно, что все три ушли очень далеко «вперед» (то есть приблизились к звезде), и тогда самая удаленная планета вполне могла сформироваться на расстоянии от звезды в несколько раз большем, чем сейчас. А может быть и такое, что вследствие распространения материала в окружении этих трех планет первые две основательно переместились поближе к звезде, в то время как третья так и осталась где была.

Астрофизикам, мягко говоря, предстоит еще очень много работы, прежде чем они смогут с полной уверенностью заявить, что поняли досконально, как вокруг звезд образуются планетные системы. Пока охотники за экзопланетами продолжают работу в надежде когда-нибудь найти двойника Земли — планету, похожую на Землю размером, массой и расстоянием от своей звезды, на котором вращается эта планета. Когда и если они такую планету найдут, они будут стремиться изучить ее — даже с расстояния десятков световых лет — как можно точнее, чтобы определить, есть ли на такой планете атмосфера и океаны, подобные земным, и существует ли на ней жизнь, как на нашей планете.

Следуя за этой мечтой, астрофизики знают, что им понадобятся измерительные инструменты, которые будут расположены над нашей атмосферой, искажающей получаемые картинки и не дающей делать исключительно точных замеров и вычислений. В рамках одного эксперимента NASA под названием «миссия Кеплера» ученые планируют изучить сотни тысяч близлежащих звезд в поисках самых крошечных неровностей в звездном излучении (где-то с одну сотую одного процента), причиной которых была бы планета размером с Землю, расположенная на нашем луче зрения к звезде. Такой подход актуален только в ничтожно малом количестве ситуации, в которых наш обзор почти полностью соответствует плоскости орбиты планеты. Но именно в таких случаях промежуток между прохождениями планеты равен ее периоду обращения, что, в свою очередь, указывает на расстояние от этой планеты до ее звезды, и, соответственно, степень ослабления звездного излучения также указывает на размер этой планеты.

Однако, если мы хотим знать не только базовые физические характеристики планеты, нам следует изучать ее с помощью методов прямого изображения и анализа спектра света, который планета отражает в окружающий ее космос. NASA и ESA[56] разрабатывают программы, которые позволят достигнуть таких результатов в ближайшие 20 лет. Планета земного типа, обнаруженная даже просто в качестве бледно-голубой точки[57] рядом с гораздо более яркой звездой, сможет вдохновить еще целое поколение поэтов, физиков и политиков. Если удастся проанализировать отражаемый ею свет и таким образом определить, есть ли в атмосфере этой планеты кислород (что с большой вероятностью указывает на признаки жизни) сочетание кислорода с метаном (что почти напрямую указывает на них), это станет достижением, достойным быть воспетым бардами всего мира. Человечество, возведенное в герои, останется лицом к лицу (как писал Ф. Скотт Фитцджеральд в своем «Великом Гэтсби») с чем-то соразмерным своей человеческой любознательности. Что ж, приглашаем всех, кто мечтает обнаружить жизнь в других уголках Вселенной, перейти к последней части этой книги.