Знание-сила

Знание-сила научно-популярный журнал

Вход Вход
iiene     
Он-лайн ТВ Знание - Сила РФ Проекты Фотогалереи Лекторий ЗС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Горячая новость:
Подписаться на журнал "ЗНАНИЕ-СИЛА" стало проще
 

 





СВЕЖИЙ НОМЕР

Главная тема:

Тексты и История


Органические молекулы в космосе
 
 
  Проекты  
«Проекты ЗС» - это своего рода исследования, которые предпринимает журнал в отношении комплексов проблем, связанных с развитием науки, культуры и общества. Для рассмотрения этих проблем мы привлекаем специалистов из разных областей науки, философов, журналистов. Каждый проект – это их заочный диалог. Здесь мы выкладываем связанные с этим материалы: статьи, интервью, дискуссии.
Жизнь Солнечной системы

Нам выпало наблюдать Солнечную систему на протяжении лишь краткого мига из её долгой истории. Однако это не означает, что прошлое и будущее наших ближайших окрестностей сокрыты от нас. Мы можем узнать прошлое, изучая сохранившиеся вокруг нас реликты эпохи рождения Солнечной системы, и заглянуть в будущее, используя научное предвидение. В лекции будут рассмотрены основные этапы формирования Солнечной системы и возможные варианты завершения её истории.
Об этом и многом другом рассказал Дмитрий Вибе, профессор РАН, доктор физико-математических наук, заведующий отделом физики и эволюции звезд Института астрономии РАН.
Лекция состоялась 29 сентября 2016 года

Давайте начнем наш разговор. Что такое жизнь Солнечной системы, о чем я постараюсь сегодня говорить? Дело в том, что практически все процессы, которые происходят в космосе, происходят очень долго. В подавляющем большинстве случаев у нас нет возможности наблюдать эти процессы в развитии. И когда мы смотрим хоть на Солнечную систему, хоть на звездное небо, нам может показаться, что все застыло, никаких изменений нет, текущий порядок сохраняется на протяжении вечности, но на самом деле это не так. Используя разные косвенные сведения, мы можем даже по этому мгновенному снимку определить в интересующем нас объекте, какие события происходили в прошлом, какие события будут в нем происходить в будущем. И из всех многочисленнейших объектов ближнего и дальнего космоса, естественно, особый интерес вызывает у нас Солнечная система. Почему Солнечная система? Во-первых, мы тут живем. Это наш дом, это ближайшее наше окружение. И нам, конечно, интересно знать, как появилось это окружение, и, конечно, нам интересно знать, что с ним случится в дальнейшем.

Теперь мы знаем, что планетных систем во Вселенной великое множество, и наша Солнечная система далеко не единственная среди этих планетных систем. Нас может заинтересовать, как живут и другие планетные системы. Но и здесь, естественно, Солнечная система занимает приоритетное положение, поскольку это единственная планетная система, где мы можем проводить детальные исследования, где мы можем детально исследовать теперешнее положение планет, малых тел Солнечной системы, где мы можем проводить непосредственный химический анализ. И поэтому, несмотря на то, что количество известных планетных систем сейчас измеряется уже тысячами, несмотря на все это, Солнечная система изучена неизмеримо лучше, чем все остальные планетные системы. Это совершенно не означает, что Солнечная система типична, но, естественно, в первую очередь мы исследуем те объекты, о которых у нас есть очень много данных.

Прежде чем я начну говорить о жизни Солнечной системы, давайте несколько слов скажем о том, как Солнечная система выглядит в настоящий момент, как выглядит тот мгновенный снимок, от которого нам надо отталкиваться, отправляясь мысленно в далекое прошлое или далекое будущее.

Солнечная система получила свое название от Солнца, от ближайшей к нам звезды, от самого массивного тела в Солнечной системе, главного нашего источника тепла, света, вообще энергии. Солнце — довольно-таки средненькая звезда, но по меркам нашей Вселенной она далеко не самая типичная. Иногда говорят, что Солнце — это типичная звезда, но это не так. Типичная звезда нашей Вселенной — это так называемый красный карлик, звезда очень тусклая, маленькая и холодная по сравнению с Солнцем. Но и Солнце по массе и светимости ничего выдающегося из себя не представляет. Солнце имеет массу порядка 2 на 10 в 33 степени граммов, вращается с периодом 27 суток, по химическому составу Солнце состоит практически исключительно из водорода и гелия. Водорода по массе 73%, гелия 25%, на долю всех остальных элементов таблицы Менделеева приходится 2%, а то и меньше. Возраст Солнца не так давно был определен независимыми методами и равен он 4,7 миллиарда лет. Это означает, что Солнце прошло примерно половину своего жизненного пути, поскольку звезды с такой массой живут примерно 10 миллиардов лет.f

Вокруг Солнца вращаются 8 планет. До 2006 года их было 9, теперь их 8, это не значит, что одна планета куда-то улетела, просто Плутон в 2006 году решением Международного астрономического союза был лишен планетного статуса. Итак, 8 планет, которые вращаются вокруг Солнца почти по круговым орбитам. Во-первых, как мы знаем со времен Кеплера, орбиты планет являются эллипсами, то есть они вытянуты, и поэтому имеет смысл говорить не о радиусе планетной орбиты, а о большой полуоси (это половина вот этого большого измерения эллипса). Но по вытянутости планетные орбиты очень мало от окружности отличаются. Вот здесь указаны эксцентриситеты орбит: они варьируются от почти 0 у Венеры до величины порядка 0,2 у Меркурия. Вот здесь показан эллипс с эксцентриситетом примерно Меркурианской орбиты 0,2. И, в общем, я думаю, что если бы вам одну эту картинку показали, вы бы не очень сильно вытянутость этой орбиты заметили. Орбиты становятся заметно вытянутыми уже при значениях эксцентриситета порядка 0,3, 0,4 и больше.

Еще одна важная характеристика планетных орбит – это их наклонение к плоскости земной орбиты, плоскости эклиптики. Углы между орбитами других планет и Земной орбитой очень маленькие. Они варьируются от 0 (это земная орбита) до примерно 7 градусов (это наклонение орбиты Меркурия). Обратите внимание, что у Меркурия самый большой эксцентриситет 0,2 и самое большое значение наклонения. Меркурий маленький, его любой может обидеть, и планеты его движение существенно возмущают, поэтому он и по наклоненной орбите вращается, и по самой вытянутой.

По своим физическим характеристикам планеты отличаются друг от друга гораздо сильнее. Внутри Солнечной системы находятся планеты с высокой плотностью. Это каменистые планеты, так называемые планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля и Марс). На больших расстояниях от Солнца вращаются планеты-гиганты, в том числе самая большая планета Солнечной системы Юпитер. Планеты-гиганты отличаются от планет земной группы существенно меньшей плотностью. Плотность Сатурна (самая маленькая плотность планеты Солнечной системы) 0,7 грамма на кубический сантиметр, меньше плотности воды. В популярных книгах любят писать, что если бы Сатурн опустили в воду, он бы плавал. Как себе это представляют авторы, я сказать затрудняюсь.

Еще одно важное отличие планет земной группы и планет-гигантов — это наличие или отсутствие спутников. У планет земной группы спутников либо нет вообще, либо их очень мало. У планет-гигантов количество спутников, даже количество известных спутников исчисляется десятками, и, кроме того, у всех планет-гигантов есть кольца. Самые заметные кольца у Сатурна, но, тем не менее, кольца есть и у других планет-гигантов. На этой картинке показано, как соотносятся между собой массы планет земной группы и планет-гигантов. Планеты-гиганты существенно более массивны, чем планеты земной группы. Интересно, что на границах между планетами земной группы и планетами-гигантами и с внешней стороны планет-гигантов располагаются вот такие тела очень маленькой массы, о которых у нас разговор пойдет дальше.

Планеты земной группы, хотя и формируют единое семейство, на самом деле очень сильно друг от друга отличаются. У каждой из планет земной группы есть какая-то своя фишка. У Меркурия это очень высокая плотность, которая говорит о том, что у него очень мощное железное ядро, то есть он в значительной степени состоит из железного ядра с относительно тонкой внешней корой. Фишка Венеры — это ее чудовищная атмосфера, которая окутывает ее очень толстой пеленой, из-за чего на поверхности очень высокая температура, порядка 700 градусов Кельвина, и очень высокое давление. Из всех планет именно Венера является самым горячим телом, а вовсе не Меркурий, который ближе к Солнцу и, казалось бы, должен быть более теплым.

Можно подумать самонадеянно, что фишка Земли — это мы, но с точки зрения астрономии на самом деле фишка Земли — это Луна. Это очень необычный спутник, спутник, масса и размер которого сопоставимы с массой самой планеты. Других таких спутников в Солнечной системе нет, и, в общем, до сих пор не очень понятно, откуда Луна у Земли появилась. И, наконец, Марс. Его особенность, во-первых, состоит в том, что когда-то на Марсе была вода, а потом она куда-то подевалась. Еще одна особенность Марса состоит в том, что у него очень разнообразный рельеф северного и южного полушарий. Северное полушарие Марса очень гладкое и лишено какого-то значительного рельефа, южное полушарие Марса обладает существенно более гористым рельефом и существенно большим количеством кратеров. Тоже это какую-то информацию о прошлом Марса несет.

К сожалению, у нас есть возможность детально исследовать химический состав только одного небесного тела из числа планет Солнечной системы, да и в этом небесном теле нам доступна для исследования только самая внешняя оболочка — это Земля и земная кора. В земной коре самым распространенным элементом является кислород, на его долю приходится половина массы земной коры, дальше идут кремний и алюминий. Это, в общем, самые распространенные на Земле оксиды. Оксид кремния — это кварц, оксид алюминия — это глина. Вот это основные составляющие земной коры. Вглубь нам проникнуть достаточно сложно, поэтому общий химический состав Земли — это уже плод некоторых выводов. А согласно этим выводам самый распространенный в целом по массе элемент в составе Земли — это железо. Из-за этого у нас есть мощное железное ядро, обеспечивающее нам наличие магнитного поля. Ну и дальше идут все те же кислород, кремний; алюминий, правда, тут уезжает существенно вниз.

У нас нет возможности определять в деталях химический состав других планет, поэтому мы предполагаем, что он в целом не отличается концептуально от химического состава Земли, но, возможно, с некоторыми нюансами. Я уже говорил, что, возможно, существенно более богат железом в целом Меркурий. Несколько более богата серой, чем другие планеты, Венера. Но в целом это должен быть тот же химический состав, что и у Земли: кислород, железо, кремний, алюминий.

Планеты-гиганты тоже, в общем-то, несмотря на принадлежность к одной группе довольно сильно отличаются друг от друга, они разделяются на две заметные группы. Это Юпитер и Сатурн — реально большие планеты. И существенно поменьше — это Уран и Нептун. Вероятно, это отличие в массах и размерах проявляется и в отличии внутренней структуры. Основным составным элементом Юпитера и Сатурна являются их газовые оболочки, и эти газовые оболочки уже по своему химическому составу ближе к Солнцу, чем к планетам земной группы. Основными составными элементами планет-гигантов являются водород и гелий. Помимо водорода и гелия в их состав входят другие газы, в Сатурне и Юпитере преимущественно в газообразном состоянии, у Урана и Нептуна преимущественно в замерзшем состоянии. Но это газы тоже простые и понятные, это молекулы аммиака, вода, метан, ну и возможны некоторые другие.

Между планетами земной группы и планетами-гигантами располагается пояс астероидов. Собрание тел разного размера, которое в свое время считалось остатками еще одной планеты Солнечной системы, которая существовала, но потом по причинам разной степени фантастичности распалась. Однако, если мы посчитаем полную массу всех астероидов, а их известно сейчас более 700 тысяч, то мы получим, что если даже мы соберем вместе все астероиды, то мы все равно не получим полноценную планету. Их суммарная масса равна всего 0,0006 массы Земли. И треть этой массы и так собрана в одно тело, в самый крупный астероид главного пояса Цереру.

Вот так выглядят орбиты астероидов. Вот это орбита Марса, это орбита Юпитера, в основном астероиды сосредоточены ме6жду орбитами Марса и Юпитера, но есть некоторое количество астероидов внутри марсианской орбиты. Есть вот такие две интересные группы астероидов: греки и троянцы, которые обращаются вокруг Солнца по той же орбите, что и Юпитер. В общем, вот этой вот мелочевки достаточно много везде в Солнечной системе, но основная масса сосредоточена в Главном поясе астероидов.

Это большие полуоси орбит, сосредоточены они в основном между двумя и тремя астрономическими единицами. Астрономическая единица — это среднее расстояние от Солнца до Земли. Астероиды в среднем в 2-3 раза дальше от Солнца, чем Земля. Эксцентриситеты. Тут, к сожалению, из-за нерезкости почти ничего не видно, вам придется мне верить на слово, что эксцентриситеты заключены в диапазоне 0,1-0,2. Это означает, что орбиты астероидов вытянуты, но не слишком. Они тоже не очень сильно отличаются от окружностей. Наклонения орбит в основном у астероидов не превышают 10 градусов. То есть астероиды главного пояса обращаются вокруг Солнца примерно по тем же орбитам, что и большие планеты.

Интересный для ученого, но, наверное, скучноватый на вид график распределения астероидов по размерам. Здесь отложено количество астероидов, здесь их размер. Подавляющее количество астероидов — это тела размером 1 километр и меньше. Мы, естественно, преимущественно наблюдаем крупные астероиды, но большая часть по количеству астероидов — это километровые тела.

Здесь есть очень интересный элемент этого распределения — наклон этой линии меняется в районе размера около 100 километров. То есть астероиды размером больше 100 километров и с размером меньше 100 километров по размерам распределены немного по-разному. С точки зрения эволюции это означает, что вот это распределение и вот это распределение являются следствиями различных процессов. И предполагается, что вот это распределение осталось от тех времен, когда формировалась Солнечная система, в том числе формировались астероиды. А вот это вот чуть более пологое распределение — уже результат последующих столкновений между астероидами. Астероиды сталкивались и продолжают сталкиваться друг с другом, дробятся, и в результате возникает вот это вот уже их распределение по размерам.

По химическому составу астероиды делятся на несколько классов, из которых наиболее крупные классы это класс С — астероиды со значительным содержанием углерода, астероиды Sкласса (здесь S можно расшифровывать как первую букву латинского обозначения кремния, а можно расшифровывать как первую букву слова «stone» — камень, то есть каменный астероид). В общем, это тоже каменные астероиды, но уже с преобладанием соединений кремния. И еще астероиды М класса. Это астероиды металлические, не просто металлические, железные астероиды.

Почему возникает такое разделение. Оно могло возникнуть в результате того, что самые крупные астероиды на заре формирования Солнечной системы испытывали дифференциацию. Что означает дифференциация? Это означает, что у самых крупных астероидов, размером 500 километров и больше, выделяется железное ядро как у больших планет и каменистая оболочка. Чтобы происходил такой процесс, астероид на раннем этапе своей эволюции должен был нагреваться до высокой температуры, до температуры плавления железа. Источником этого нагрева, скорее всего, был распад радиоактивного изотопа алюминия. Алюминия-26. Почему? Потому что сейчас мы видим в этих телах избыток продуктов распада алюминия-26, магния-26. Откуда в астероидах появился алюминий-26, я скажу чуть позже, но сейчас важно запомнить, что он обеспечил крупным телам первичный разогрев, из-за чего их недра плавились, тяжелое железо опускалось к центру астероида (формировало там железное ядро), а вокруг образовывалась каменистая оболочка. Последующие столкновения этих астероидов приводили к их разрушению, и их осколки разного химического состава разлетались по всей Солнечной системе.

За орбитой Нептуна (самой последней планетой Солнечной системы) располагается еще один пояс астероидов, который называется пояс Койпера. Он был открыт в 1992 году, и именно это открытие послужило поводом в конечном итоге к лишению Плутона планетного статуса. Но окончательным поводом для этого события стало открытие вот этого вот транснептунового астероида, который называется Эрида. Эрида по своим размерам либо равна Плутону, либо даже его превосходит. И когда в 2003 году этот астероид был открыт, стало ясно, что если мы называем планетой Плутон, мы должны и Эриду называть планетой, а может быть, потом мы будем открывать и дополнительные тела такого же размера, и количество планет в Солнечной системе может очень сильно увеличиться. И вот чтобы этого не произошло, Международный астрономический союз на самом деле не принимал решение о том, что Плутон лишается планетного статуса с лишением всех привилегий и ломанием сабли над головой. Международный астрономический союз принял формальное определение того, что такое планета. И Плутон этому определению не удовлетворяет.

Почему это было сделано — потому что к этому времени стало ясно, что Плутон — это не настоящая планета Солнечной системы, это может быть самый крупный астероид пояса Койпера, может быть один из самых крупных астероидов пояса Койпера, но он один из многих. И поэтому присваивать ему планетный статус, в общем, не очень разумно.

Пояс Койпера делится на 3 основные группы. Это классический пояс Койпера (вот здесь он показан синим цветом). Так выглядели бы орбиты пояса Койпера, если бы мы смотрели на Солнечную систему сверху. Классический пояс Койпера обращается вокруг Солнца также по примерно круговым орбитам и также по орбитам с небольшими наклонениями. То есть это как бы продолжение основного распределения вещества в Солнечной системе. Классический пояс Койпреа довольно резко заканчивается на 50 астрономических единицах, и это, вероятно, граница того вещества, из которого некогда сформировалась Солнечная система. То есть, то вещество, из которого сформировалась Солнечная система, почему-то резко заканчивалось на 50 астрономических единицах.

Рассеянный и резонансный пояса Койпера сформированы телами, которые обращаются вокруг Солнца уже по существенно более вытянутым орбитам и с большими наклонениями, которые на самом деле могут достигать и 90 градусов. Сейчас предполагается, что это те же тела, которые в свое время входили в классический пояс Койпера, но потом испытали возмущающее действие планет-гигантов, в первую очередь, ближайшего к ним Нептуна, и вот это взаимодействие выбросило их на другие орбиты.

В начале двухтысячных годов стало ясно, что поясом Койпера Солнечная система не заканчивается. Был открыт сначала астероид Седна. Потом было открыто еще несколько похожих тел. Седна даже в перигелии, то есть в ближайшей к Солнцу точке орбиты не приближается к центру Солнечной системы ближе, чем на 76 астрономических единиц. Это слишком далеко, чтобы она могла когда-то испытать гравитационное воздействие Нептуна. Она на эту орбиту (вот это орбита Плутона розовеньким показана, а это орбита Седны) должна была попасть по каким-то другим причинам. Что это за причины, вопрос тоже пока открытый.

И, наконец, потенциально самые далекие тела Солнечной системы — это кометы. Вообще кометы делятся на две большие группы. Это кометы короткопериодические и кометы долгопериодические. Короткопериодические кометы — это тела фактически внутренней части Солнечной системы. Они вращаются по орбитам с периодами, иногда не превышающими нескольких лет, а вот долгопериодические кометы — это особая песня. Это тела, которые обращаются вокруг Солнца по очень вытянутым орбитам, по орбитам, самые далекие точки которых — афелии — находятся от Солнца на расстоянии в десятки тысяч астрономических единиц. То есть за время жизни человеческой у нас фактически была однократная возможность наблюдения таких комет. Они один раз пролетели мимо Солнца на нашей памяти, потом улетели в какие-то свои далекие бездны уже почти межзвездного пространства. Должны вернуться через несколько десятков тысяч лет. Но жить в эту пору прекрасную уж не придется ни мне, ни тебе.

Откуда они прилетают? Нидерландский астроном Ян Оорт предположил, что на огромных расстояниях Солнечная система окружена гигантским облаком, состоящим из кометных ядер. Кометы вращаются вокруг Солнца по орбитам с большими полуосями порядка десятков тысяч астрономических единиц. Время от времени по каким-то причинам некоторые из этих тел уходят со своих орбит, круговых орбит, на сильно вытянутые орбиты, и направляются в центр Солнечной системы, и там мы их начинаем наблюдать. Облако Оорта (как называется это предполагаемое кометное облако) является чисто гипотетическим объектом, никто его никогда не видел, но откуда-то кометы к нам действительно прилетают. Может быть каким-то реликтом облака Орта является Седна. Может быть, она откуда-то оттуда к нам прилетела.

Таковы основные особенности строения Солнечной системы, и если мы начинаем говорить о ее жизни, начинаем мы, естественно, с рождения. Описывая рождение Солнечной системы, мы должны получить каким-то образом вот такую вот ее сегодняшнюю структуру. Основное свойство Солнечной системы, которое всегда обращало на себя внимание исследователей (точнее таких свойств два). Первое свойство — это схожесть Солнца и планет. Схожесть заключается в том, что и Солнце, и планеты вращаются в одну и ту же сторону и примерно в одной и той же плоскости. Различия между положениями осей Солнца и планет не превышают нескольких градусов. Это как будто бы указывает на единство процессов образования Солнца и Солнечной системы.

Однако между Солнцем и планетами существует важное отличие. Это отличие в моменте импульса. Или как его часто в астрономии принято называть — угловом моменте. Угловой момент — это, как мы все знаем из школьного курса физики, произведение массы тела на скорость его вращения и на радиус вращения. Так вот если масса Солнечной системы вся сосредоточена в Солнце, то момент импульса Солнечной системы весь сосредоточен в планетах. Солнце и планеты вращаются с существенно разными скоростями. Солнце вращается существенно медленнее, чем планеты. И это очень долгое время казалось указанием на то, что Солнце и планеты имеют разное происхождение.

Разное происхождение Солнца и планет с XVIIIвека и до двадцатых годов XXвека было принято объяснять в рамках, так называемой, приливной гипотезы. Согласно этой гипотезе, Солнце образовалось сначала, никакой планетной системы у него не было. Но потом Солнце испытало катастрофическое взаимодействие с каким-то другим телом, например, с пролетавшей мимо звездой, и эта звезда вытянула Солнце, и вот эта вытянутость от Солнца оторвалась, разбилась на отдельные фрагменты, и из этих фрагментов сформировались далее планеты.

Как я уже сказал, до двадцатых годов ХХ века эта гипотеза рассматривалась. Но потом появились модели внутреннего строения Солнца. Стало ясно, что Солнце внутри очень горячее, и даже если бы мимо Солнца пролетела какая-то звезда и вырвала из него какое-то количество вещества, это вещество бы имело колоссальную температуру в десятки тысяч, а может быть и в миллионы градусов, конечно, никакой конденсации не было бы. Это раскаленное вещество просто разлетелось бы по окружающему пространству, и никакая планетная система не была бы сформирована.

Поэтому сейчас рассматривается только альтернативная гипотеза, высказанная, впервые тоже в XVIII веке. Это так называемая гипотеза Канта-Лапласа, согласно которой Солнце и планеты имеют единое общее происхождение, и родились они в некогда существовавшем, возникшем по каким-то причинам газопылевом диске. Эта модель была детально разработана нашим соотечественником Виктором Сергеевичем Сафроновым, который считается сейчас в мире основоположником или одним из основоположников наших современных представлений о формировании планетных систем вообще и Солнечной системы в частности.

Итак, что в чем заключается гипотеза Сафронова. Она заключается в том, что изначально мы имели диск, который вращался вокруг формирующегося Солнца и состоял преимущественно из газа с небольшой примесью пыли. Пылинки сталкивались между собой, слипались, увеличивались в размерах, увеличивались в массе. Сначала это были маленькие агрегаты, потом постепенно они выросли до километровых размеров. Если раньше они слипались благодаря физическому взаимодействию друг с другом, то, когда они выросли до километровых размеров, их начала соединять уже гравитация, и в конечном итоге все твердое вещество во внутренней части Солнечной системы собралось в четыре планеты земной группы. Почему только твердое вещество — потому что вблизи Солнца температура была достаточно высока (Солнце нагревало газ и выметало его своим увеличивающимся давлением излучения на периферию Солнечной системы). Поэтому внутренние планеты Солнечной системы — это планеты исключительно каменные. На больших расстояниях от Солнца газ сохранялся, и поэтому на первоначально сформировавшиеся каменные ядра гравитация притягивала также и газ — мы получили там планеты-гиганты. Исследование химического состава Земли и других планет показывало, что Земля сформировалась за период менее 100 миллионов лет, Марс сформировался гораздо быстрее — порядка 5 миллионов лет. О причинах этого мы тоже поговорим чуть позже.

Ну и вот такая получилась общая картинка формирования Солнечной системы. Мы начинаем с межзвездного облака, под действием гравитации оно начинает сжиматься, раскручивается, превращается в протопланетный диск, твердое вещество превращается в планеты земной группы, летучее вещество, газы и льды превращаются в планеты-гиганты. Остатки вещества, не вошедшего в планеты земной группы, мы наблюдаем как астероиды. Остатки вещества, не вошедшего в планеты-гиганты, мы наблюдаем как кометы, кометные ядра.

Все было очень хорошо, пока в середине 90-х годов не начались наблюдения других планетных систем и, что особенно важно, не начались наблюдения других газопылевых дисков, в которых образование других планет либо еще вообще не началось, либо находится на самой ранней стадии. И вот тут оказалось, что в картине, которую рисовал Сафронов и другие ученые, есть как минимум два крупных вопроса, оставшиеся без ответа.

Первый из этих вопросов оказался связан с предполагаемым временем формирования планет. Когда начались массовые исследования протопланетных дисков, были найдены у звезд звездных скоплений, а звездные скопления интересны тем, что мы для них умеем определять возраст. И поэтому мы можем смотреть на звездные скопления разных возрастов и смотреть, сколько дисков наблюдается в звездных скоплениях разных возрастов. И картинка оказалась такая довольно неожиданная. Оказалось, что если мы смотрим на звездные скопления с возрастом порядка миллиона лет, то в них практически все звезды окружены протопланетными дисками. Если мы начинаем смотреть на звездные скопления с возрастами порядка 5 миллионов лет и больше, в них протопланетных дисков практически нет. То есть, по каким-то причинам протопланетные диски живут не больше нескольких миллионов лет. И вот тех 30 миллионов лет для образования Земли у нас, может быть, и нет. Мы должны успеть это сделать гораздо быстрее.

Еще в большей степени эта проблема стоит с точки зрения образования планет-гигантов. Это маленькую Землю надо собрать 30 миллионов лет, а сколько же времени вам нужно собрать Юпитер, который по массе в 300 с лишним раз Землю превосходит. Это была одна проблема. Вторая проблема была связана с обнаружением планетных систем у других звезд, о которых я уже говорил. Среди этих планетных систем оказалось очень много планет, которые получили название горячих юпитеров. Это планеты-гиганты. Вот здесь на этой картинке они показаны. Это масса в массах Юпитера, а это большая полуось орбиты. Вот эта линия отмечает положение Меркурия. Открыто огромное количество планет, которые вращаются вокруг своих звезд ближе, чем Меркурий вращается к Солнцу в Солнечной системе. И среди этих планет огромное количество планет-гигантов. У себя в Солнечной системе мы очень хорошо и красиво объяснили, почему у нас газовые гиганты образуются далеко от Солнца. Как нам объяснить образование газовых гигантов чуть ли не вплотную к звездам? Объяснить это не удается, поэтому сейчас высказываются предположения, что планеты в планетных системах могут со своих первоначальных позиций съезжать. Это явление называется миграция, и оно, как правило, состоит в том, что планета со своей первоначальной орбиты съезжает в центральную часть своей планетной системы из-за гравитационного взаимодействия с остатками протопланетного диска.

Иными словами, исследование других протопланетных дисков и планетных систем говорит нам о том, что, во-первых, планеты должны формироваться быстро, во-вторых, они необязательно формируются в тех местах, где мы их теперь наблюдаем. Это означает, что что-то подобное могло происходить и в Солнечной системе.

Каков эволюционный сценарий для Солнечной системы по современным представлениям? Звезды рождаются в плотных межзвездных облаках в результате действия гравитации, то есть начинается все с плотных межзвездных облаков. На этой карте, полученной при помощи телескопа Гершель, показано, как в межзвездной среде (это участок неба в созвездии Персея) распределено межзвездное вещество. Глазом мы это видеть не можем, это наблюдения, которые были получены в дальнем инфракрасном диапазоне, на длинах волн порядка 100 микрон.

Начинается все с межзвездного облака, в этом облаке по каким-то причинам обособляются отдельные плотные сгустки. Эти сгустки под действием собственной гравитации начинают сжиматься, разогреваться. В центре такого сгустка образуется звезда, в которой загораются термоядерные реакции, а из остатков вещества, которое не вошло в состав звезды образуется сначала газопылевой диск, а потом в этом газопылевом диске образуется планетная система.

Место рождения Солнечной системы, возможно, было не совсем обычным. Дело в том, что те протопланетные диски, которые мы наблюдаем, как правило, имеют довольно большие размеры, порядка сотен астрономических единиц. Солнечная система, как я уже говорил, имела резкий внешний край на 50 астрономических единицах. То есть вот этот резкий край и небольшой радиус говорят о том, что Солнечная система, возможно, на самом раннем этапе своего существования испытывала существенное деструктивное воздействие окрестных звезд. Можем ли мы где-то это видеть? Можем. Мы на самом деле в созвездии Ориона вблизи так называемого скопления Трапеция, которое состоит из очень ярких массивных звезд, видим вот такие вот разрушающиеся протопланетные диски. Которые изначально были большими, но потом их излучение окрестных звезд обрезало примерно до тех размеров, которые, как мы предполагаем, имела и Солнечная система. Так что, возможно, место рождения Солнечной системы выглядело примерно так, как сейчас выглядит Большая Туманность Ориона, очень известная область в зимнем созвездии Ориона.

Вспоминаем про алюминий-26. Его содержание в Солнечной системе почему-то было аномально высоким, мы это знаем по сегодняшним наблюдениям магния-26, мы это знаем, потому что астероиды дифференцировались. Откуда мог взяться в Солнечной системе избыток алюминия-26? Уже очень давно, в 1970-е годы было высказано предположение, что вскоре после образования протосолнечного диска рядом взорвалась сверхновая, выброс которой и радиоактивные элементы, которые были при этой вспышке синтезированы, Солнечную систему загрязнили. После того как было высказано это предположение, некоторые ученые пошли дальше и начали предполагать, что может быть вспышка сверхновой и стимулировала образование протосолнечной системы. Но на самом деле теперь мы знаем, что такие стимулы не нужны, планетные системы в изобилии образуются без всяких внешних воздействий. Но, тем не менее, вот такое событие на самом раннем этапе существования нашего протопланетного диска произошло.

Итак, Солнце молодая звезда, окруженная газопылевым диском. Звезды такого типа называются звездами Т-тельца по названию самого известного своего представителя. Что было дальше? И, самое главное, можем ли мы получить какую-то информацию о том, что происходило после этого в Солнечной системе и насколько это согласуется, например, с гипотезой Сафронова? У нас есть такая возможность. Природа оказалась к нам благосклонна, и остатки вещества от самых ранних эпох формирования Солнечной системы не просто сохранились в Солнечной системе, они еще и к нашему всеобщему удовольствию время от времени падают на Землю, и чтобы их изучать, нам не нужно никуда далеко лететь, они прилетают к нам сами. Это метеориты. Правда, среди метеоритов есть определенное количество тел, которые прилетели к нам с Луны или с Марса, но по большей части это очень старое вещество, которое сохранилось с исходной эпохи существования Солнечной системы.

Самые старые метеориты — это так называемые хондриты, которые получили свое название вот по этим вот горошинкам размера от сантиметра и меньше, которые в них вкраплены. Хондриты на самом деле имеют довольно сложное строение. Помимо, собственно, хондр, вот этих вот шариков, в них входит очень небольшое количество, буквально штучное количество пылинок, которые остались о досолнечной эпохи, которые прилетели к нам из межзвездного вещества. Кроме того, в их состав входят так называемые кальций-алюминиевые включения. Здесь не очень хорошо видно, вот такие белые крапинки на срезе метеорита — это кальций-алюминиевые включения. Здесь перечислены минералы, которые их формируют, совершенно обычные земные минералы.

По методу радиоактивной датировки удается определить возраст этих крупинок. Возраст их с очень высокой точностью равен 4 миллиардам 567 миллионов лет. Это самое старое вещество в Солнечной системе, и от эпохи формирования этих включений ведется хронология жизни Солнечной системы. То есть, когда говорится, что возраст Солнечной системы был равен трем миллионам лет, имеется в виду время с момента образования кальциево-алюминиевых включений. Они образовались при температуре выше 1300 градусов, это означает, что они формировались очень близко к молодому Солнцу.

Сами хондры, давшие имя хондритам и метеоритам, имеют больший разброс возрастов. Первые хондры образовались примерно одновременно с кальций-алюминиевыми включениями, но период их образования длился примерно 3 миллиона лет. И, поскольку конденсировались они при меньшей температуре (меньше 1000 градусов), эти крупинки формировались в большем диапазоне расстояний от Солнца. И вот эти крупинки, кальций-алюминиевые включения и хондры, вероятно, являются реликтами самого первого процесса слипания пылинок, с которого начался процесс образования планет.

Помимо хондритов, к самому старому веществу Солнечной системы относятся также и так называемые дифференцированные метеориты. Это метеориты, которые возникли в результате разрушения дифференцированных астероидов. Естественно, это железные метеориты, которые несут в себе вещество ядер дифференцированных астероидов. И каменные метеориты, которые остались от разрушения оболочек дифференцированных астероидов. Они имеют примерно тот же возраст, что и хондриты, это также указывает на то, что первичный разогрев происходил в самые первые миллионы лет существования Солнечной системы, а потом прекратился.

Что происходило дальше? Дальше, казалось бы, если уж мы видим хондры, размером 1 сантиметр, это говорит о том, что рост пылинок начался в первые миллионы лет существования Солнечной системы, и он должен был дальше продолжиться и закончиться образованием уже планет. Здесь есть, к сожалению, не решенные до сих пор крупные проблемы. Нам численно удается объяснить, как происходило укрупнение пылинок до примерно сантиметрового размера. Численные модели в принципе позволяют объяснить рост пылинок до размера порядка 1 метра. Почему пылинки продолжали расти дальше, до сих пор непонятно. Дело в том, что когда они вырастают до таких размеров, если не случается какого-то чуда, то их последующие столкновения приводят не к слипанию их, а к разрушению. То есть мы понимаем, как рассматриваемые нами процессы приводят к появлению метровых частиц. Но дальше рост должен прекращаться. Есть несколько процессов, которые останавливают рост, они в совокупности получили название метрового барьера. Природа, очевидно, этот метровый барьер как-то перепрыгнула, потому что планеты существуют. Но как это произошло, мы пока не знаем.

Одна из самых популярных на сегодняшний день гипотез заключается в том, что в протопланетном диске существовала турбулентность, существовали завихрения, и завихрения собирали в кучу отдельные сантиметровые и метровые пылинки. И собиралось их в этих завихрения (знаете, как мусор собирается иногда в реках) такое количество, что они начинали уже собственной гравитацией притягиваться друг к другу. И поэтому рост происходил не от метровых до двухметровых тел, а от метровых сразу в километровые. Это такая модель аккреции гальки.

Если нам удалось перепрыгнуть метровый барьер, особенно если мы прыгнули сразу к стокилометровым телам, дальше никаких проблем нет. Дальше начинает работать гравитация, которая собирает все вещество в несколько крупных фрагментов, из которых уже формируются сегодняшние планеты. К сожалению, и здесь возникает важная проблема. Проблема эта связана с тем, что если вы возьмете такую модель формирования планет, то вы будете получать планеты, массы которых растут с удалением от Солнца. И оно вроде бы все хорошо. Меркурий имеет малую массу, Венера имеет массу больше, Земля имеет массу еще больше, а потом вдруг оказывается маленький Марс. Маленький Марс в модели получить практически не удается. И здесь мы еще вспоминаем, что данные измерения возрастов горных пород показывают, что Марс сформировался на протяжении 5 миллионов лет, а не 30 миллионов лет, как Земля. То есть был какой-то процесс, который остановил формирование Марса.

И вот не так давно, всего несколько лет назад была предложена модель, которая по-английски называется GrandTack, ну и я ее сам перевел как Большой Оверштаг. Такого устоявшегося русскоязычного перевода нет, но оверштаг — это поворот парусного судна на 180 градусов. Вот согласно этой модели, примерно такую же штуку в ранней Солнечной системе учинил Юпитер. Почему? Да потому что в Солнечной системе работала миграция. Та самая миграция, которая приводит к формированию горячих юпитеров.

Особенность Солнечной системы заключалась в том, что у нас есть Юпитер и Сатурн. И они мигрировали к центру Солнечной системы одновременно. Сначала Юпитер своим гравитационным воздействием тормозился внешней частью своего протопланетного диска, терял энергию и приближался к центру Солнечной системы, попутно выметая оттуда все вещество. К тому моменту, когда он приблизился на расстояние примерно полутора астрономических единиц к Солнцу и своим тяготением разбросал там все вещество, и остановил рост Марса, в этот самый момент Сатурн своим притяжением расчистил вещество, которое тормозило Юпитер. И после этого Юпитер начал взаимодействовать уже с остатками протопланетного диска существенно ближе к Солнцу, и оно стало его разгонять, и Юпитер начал двигаться обратно. Вот такая вот сложная конфигурация, которая позволяет объяснить формирование маленького Марса и дополнительно, в частности, бонусом мы получаем еще один эффект. Мы получаем выпадение на Землю большого количества астероидов, с которыми, как сейчас предполагается, мы получили воду. Вообще на Земле воды-то быть не должно. Земля находится близко к Солнцу, и рождалась близко к Солнцу, там, где больших запасов летучих соединений, в частности, воды, на ней быть вообще-то не должно. Но вот такой маневр в Солнечной системе произошел, и он Землю обогатил астероидами, а астероиды водой как раз богаты.

Большой Оверштаг случился примерно через несколько миллионов лет после начала формирования Солнечной системы. Но на этом катаклизмы в Солнечной системе не закончились. О том, что в Солнечной системе произошло еще некое событие примерно через 700 миллионов лет после ее образования, было выяснено по изучению лунных кратеров. Когда появилась возможность измерять породы в лунных кратерах, когда американскими экспедициями пробы грунта были привезены, оказалось, что подавляющее большинство лунных кратеров сформировалось в период от 4,1 до 3,8 миллиардов лет назад. То есть в ту эпоху в Солнечной системе происходила какая-то мегаметеоритная бомбардировка. Сначала предполагали, что это связано только с Луной, поэтому это явление называлось «лунный катаклизм». Потом стало ясно, что аналогичную бомбардировку испытывали и другие тела Солнечной системы, поэтому и название стало более общим — поздняя тяжелая бомбардировка. Что-то в Солнечной системе произошло через 700 миллионов лет после ее образования.

Чтобы объяснить это событие, в начале 2000-х годов была предложена, так называемая, модель из Ниццы, поскольку она была разработана в обсерватории угадайте сами какого французского города. Какие проблемы решает модель из Ниццы? Изначально она создавалась для того, чтобы объяснить позднюю тяжелую бомбардировку. Попутно оказалось, что она позволяет решить еще несколько проблем.

В чем состоит сущность модели из Ниццы? Сущность ее состоит в том, что планеты-гиганты сформировались существенно ближе к Солнцу, чем их теперешнее положение. Это позволяет решить проблему времен образования планет-гигантов. Если они сформировались ближе к Солнцу, там, где вещества в протопланетном диске было больше, они могли сформироваться быстрее, чем на тех местах, где они находятся сейчас.

Итак, мы начинаем с существенно более компактной конфигурации, чем современная. Опять же, существенно медленнее, чем в случае Большого Оверштага, все-таки продолжается гравитационное взаимодействие планет-гигантов с остатками протопланетного вещества уже в поясе Койпера. Из-за этого взаимодействия медленно-медленно, существенно медленнее, чем в Большом Оверштаге, на протяжении сотен миллионов лет планеты-гиганты начинают менять свое расположение. Сатурн, Уран и Нептун начинают двигаться наружу Солнечной системы, а Юпитер снова начинает движение к центру Солнечной системы. И тут случается очень важное событие: Юпитер и Сатурн попадают в резонанс. Резонанс 2 к 1. То есть они оказываются на орбитах, на которых Сатурн совершает один оборот ровно за 2 оборота Юпитера. И вот этот резонанс приводит к тому, что в Солнечной системе начинается полный «расколбас».

Вот это их складывающееся воздействие, во-первых, очень сильно отодвигает от центра Солнечной системы Уран и Нептун. Больше того, в некоторых расчетах они меняются местами. Здесь Нептун сначала находится ближе к Солнцу, Уран находится дальше от Солнца. Вот это вот момент, когда Юпитер и Сатурн попадают в резонанс, и Уран с Нептуном улетают далеко, причем Нептун оказывается на более далекой орбите. Попутно разрушается большая часть пояса Койпера, вещество из него выбрасывается на дальнюю периферию Солнечной системы, мы получаем облако Оорта. Попутно часть улетающих фрагментов захватывается планетами-гигантами, мы получаем огромное количество спутников планет-гигантов. Эти те самые десятки известных спутников, на самом деле их, конечно, гораздо больше. Эта модель сейчас весьма популярна, потому что она на несколько важных вопросов дает ответ. Согласно этой модели и всему тому, что я рассказал до этого, вот такая первая стадия жизни Солнечной системы закончилась примерно 3,8 миллиардов лет назад. И дальше начинается уже следующая стадия, в которой, собственно говоря, мы сейчас и обитаем.

Я говорил о том, что современная стадия выглядит довольно-таки спокойной, однако это не означает, что после этого события, после поздней тяжелой бомбардировки, ничего больше у нас не происходило и происходить не может. Однако здесь мы уже можем думать о том, не воздействует ли на Солнечную систему что-то извне. О том, могут ли какие-нибудь события продолжать происходить у нас по внутренним причинам, я скажу чуть позже, а сейчас я скажу несколько слов о том, каких воздействий мы можем ожидать не из Солнечной системы.

Солнечная система не изолирована от окружающих небесных тел. Вот здесь показано теперешнее распределение звезд вокруг Солнечной системы. Вот это наше Солнышко, это ближайшие звезды. Самая близкая к нам звезда Проксима находится на расстоянии 1,3 парсека, 4,2 светового года. Это слишком далеко для того, чтобы она могла какое-то воздействие оказывать на тела Солнечной системы. К тому же Проксима, как можно было бы ожидать и статистически, относится к красным карликам, к звездам очень малой массы.

Однако это расположение звезд не является фиксированным. Все звезды движутся, и Солнце движется, поэтому относительное расположение звезд постоянно меняется. Про близкие звезды к нам мы знаем сейчас достаточно много, в том числе мы знаем, куда и с какими скоростями они летят. И мы можем посчитать эти орбиты, звездные траектории, и посмотреть, не было ли каких-нибудь звезд в окрестностях Солнечной системы в прошлом, не ожидают ли нас какие-то тесные сближения в будущем. Почему это может оказать какое-то воздействие на Солнечную систему — потому что тяготение звезд может внести какие-то новые, совершенно не нужные нам возмущения гравитационные. Как минимум, привести к дестабилизации того же облака Орта, и устроить нам очередную мощную бомбардировку.

Наиболее близкой звездой, которая когда-либо в обозримом прошлом оказывалась вблизи Солнечной системы, является так называемая звезда Шольца. Сейчас она находится на расстоянии примерно 20 световых лет от нас, но если посчитать ее прошлую траекторию, то окажется, что примерно 70000 лет назад она пролетела через внешнюю часть облака Орта и, в принципе, могла внести какие-то возмущения в движения кометных ядер. Здесь, правда, возникает такой вопрос: почему не было 70 тысяч лет назад мощной метеоритной бомбардировки, если она прямо по облаку Орта чиркнула? Но это процесс небыстрый, может быть праздник нас еще и ожидает. Всегда есть надежда на это.

Другим рекордсменом считалась вот эта вот другая звезда с таким неинтересным именем, которая согласно расчетам, примерно через несколько сотен миллионов лет должна была пролететь еще ближе к Солнцу, чем звезда Шольца. Однако потом оказалось, что координаты этой звезды измерены с очень большой ошибкой, поэтому ее сейчас выкинули.

Есть несколько других кандидатов на расстоянии примерно одного светового года от нас через 1,5 миллиона лет пролетит звезда Gliese710. 7 миллионов лет назад в непосредственной близости от нас была звезда Алголь из созвездия Персея. Это конечно большое расстояние, но и звезда немаленькая, она в 6 раз более массивна, чем Солнце. В среднем, в пределах 1 парсека 3 световых лет от Солнца каждый миллион лет проходит примерно 10 звезд.

Можем ли мы увидеть какие-то следы прохождения этих звезд и связанных с ними катаклизмов? К сожалению или к счастью, ну не знаю, наверное, к сожалению, все-таки, те кратеры, которые образуются на поверхности Земли, долго не живут. Их замывает эрозия, их замывают геологические процессы, поэтому восстановить историю метеоритной бомбардировки Земли мы можем только на довольно-таки небольшом промежутке времени. Мы знаем, что бомбардировка такая идет, существуют на поверхности Земли кратеры. Вот это самый большой кратер на территории России — Попигайский метеоритный кратер. Это кратер Чиксулуб у побережья Мексики, который, как некоторые предполагают, убил динозавров. Вот это известные кратеры на территории России. Можем ли мы утверждать, что в этой метеоритной бомбардировке есть какие-то периоды, когда метеоритов на землю падало гораздо больше? Не можем, к сожалению, потому что очень мало нам известно кратеров, для которых удается определить возраст. Многие люди пытались найти вот эти периоды интенсивной метеоритной бомбардировки, но никаких достоверных результатов ими получено не было.

Это не единственная неприятность, которая может возникнуть при сближении со звездами. Звезда может не просто пролететь мимо Солнечной системы, она может, так вот нам улыбнется удача, в этот момент взорваться. Конечно, от этого взрыва нам очень сильно не поздоровится, правда, здесь есть такое утешающее соображение. Взрывы сверхновых бывают двух типов. Один из этих типов — это так называемые сверхновые с коллапсом ядра. Это финальный взрыв очень массивной звезды. Таких звезд в нашей Галактике просто очень мало. И шансов на то, что одна из этих звезд окажется рядом с Солнечной системой тоже очень мало. Шансов на то, что именно в этот момент она взорвется — их вообще практически нет.

Но тем не менее время от времени проводятся расчеты, а вот если все-таки нам так капитально не повезет, что случится? При вспышке сверхновой выделяется колоссальное количество электромагнитного излучения, и помимо этого, звезда сбрасывает свою внешнюю оболочку, и та разлетается в окружающее пространство, и начальная скорость определяется многими тысячами километров в секунду. Если мы окажемся на пути всего этого безобразия, нам, конечно, не поздоровится. Потому что излучение, ионизующее излучение приведет к вполне ожидаемым процессам в земной атмосфере. Например, молекула азота, которая является основным составным элементом земной атмосферы, начнет превращаться в оксид азота, это приведет к появлению кислотных дождей. Выброс вещества сверхновой может открыть, расчистить путь к центру Солнечной системы для межзвездного вещества. Могут начать на нас нападать межзвездные пылинки, на нашу атмосферу, что, в общем, тоже ничего хорошего не сулит, начиная от излишней конденсации облаков, и заканчивая эффектами типа ядерной зимы, ну в общем, ничего неожиданного. Взрыв это плохо. И единственное, чем мы можем себя утешать, что в обозримом будущем не видно ни одной звезды, которая могла бы нам так угрожать.

Правда, когда мы начинаем анализировать химический состав земных горных пород, в породах с возрастом порядка нескольких миллионов лет, около 3 миллионов лет, находят избыточное количество радиоактивного железа-60. И это тоже некоторыми учеными рассматривается как свидетельство того, что 3 миллиона лет назад где-то в безопасной, но все-таки близости от Земли вспышка сверхновой произошла. Где это произошло, мы сказать не можем. Ближайшее к нам скопление звезд, массивных звезд, которые могли бы взорваться как сверхновые, находится на расстоянии примерно 300 световых лет от Солнечной системы. И никакая вспышка оттуда загрязнить нас радиоактивным железом не могла бы. Правда существует одна звезда, которая с большой вероятностью может в обозримом будущем взорваться как сверхновая с коллапсом ядра — это звезда Бетельгейзе. Но звезда Бетельгейзе еще дальше находится от нас, на расстоянии примерно 600 световых лет. Мы конечно увидим эту вспышку, она будет очень зрелищным событием, но единственный вред, который она нанесет Земле, она нарушит столь любимую многими фигуру Ориона. Орион лишится своего плеча. Что, наверное, кого-то очень сильно расстроит.

Существует еще один вид сверхновых, более коварный в этом отношении. Это термоядерные сверхновые, которые возникают в результате слияния очень тусклых звезд, так называемых, белых карликов. Заметить предшественника такой сверхновой нам гораздо сложнее, но, тем не менее, некий кандидат есть. Это звезда IK Пегаса — двойная звезда в созвездии Пегас, которая примерно через 1,5 миллиона лет пойдет на расстоянии около сотни световых лет около Земли. Если она в этот момент взорвется, это будет событие, конечно, серьезнее, чем взрыв Бетельгейзе, но, скорее всего, тоже никакого вреда это нам не причинит. Вред начинается в тех случаях, если сверхновая взрывается ближе примерно 30 световых лет от Солнечной системы.

Наконец, еще один элемент, который может нам как-то повредить — это межзвездное вещество. Помимо звезд в галактике существует межзвездное вещество, и мы можем влететь в какую-нибудь межзвездную конденсацию, наподобие той, из которой сами некогда сформировались. Опять же здесь ситуация достаточно спокойная, поскольку плотное вещество в Галактике распределено очень неравномерно. В нашей Галактике нам это трудно наблюдать, но мы это хорошо видим в других галактиках. Вот это галактика М33 в созвездии Треугольника, и вот эти вот синенькие волокна — это те места, где плотность межзвездного вещества высокая. По большей части, межзвездное вещество состоит из дыр. И, в общем, неудивительно, что в одной из таких дыр мы и в нашей Галактике сейчас находимся. Но это на самом деле не дыра, это полость в межзвездном веществе. Называется она местный пузырь. Пузырь заполнен очень горячим, очень разреженным веществом. Несколько миллионов лет уже мы через него летим, и еще несколько миллионов лет мы будем в безопасности находиться. Если когда-нибудь на нашем пути окажется плотное межзвездное облако, мы об этом узнаем очень сильно заблаговременно, за несколько миллионов лет до того, как случится это событие. Может это случиться? Вообще говоря, может. Потому что Солнце движется по Галактике, обстоятельства, окружающие нас, постоянно меняются, и вокруг центра Галактики вращаемся, и относительно плоскости Галактики так немножечко туда-сюда шарашимся. То есть обстоятельства и окружающая среда будут со временем меняться, но еще раз успокою, что обо всех неприятных грозящих нам событиях мы будем узнавать очень заблаговременно.

Ну и наконец, финальная часть моего рассказа. Я уже почти близок к концу. Это очень старый вопрос относительно того, а не может ли Солнечная система распасться сама по себе. Без каких бы то ни было воздействий. Если мы знаем, что в нашем прошлом существовали такие вот катаклизмы, Большой Оверштаг, расчеты модели из Ниццы, не может ли что-то такое произойти и в будущем?

Проблема долговременной устойчивости Солнечной системы относится к одной из самых старых механических проблем. И ею занимались такие великие умы, как Лаплас, Лагранж. Вопрос очень простой. Если мы имеем только Солнце и одну планету, это движение будет устойчивым. Ничего и никогда с этой системой не случится. Но если мы начинаем добавлять в планетную систему другие планеты, мы из так называемой задачи двух тел переходим в задачу Nтел: 3-х, 4-х, 5-ти и так далее. И вот эта задача, как показано многочисленными поколениями ученых, устойчивого решения не имеет. Какой-то хаос, какой-то бардак в системе будет присутствовать всегда, и вопрос в том, насколько он может оказаться сильным.

Мы знаем, что где-то в Солнечной системе хаос обязательно присутствует. Он обязательно присутствует в орбитах астероидов. Вот я уже похожую картинку показывал с большими полуосями астероидов. Здесь она несколько больше растянута по оси х. И тут видно, что есть астероиды с большими полуосями 2,1 до примерно 2,5. А вот на 2,5 астрономических единиц астероидов почти нет. Есть еще один провал, еще один провал, еще один провал. Они называются люками Кирквуда, в честь ученого, который их обнаружил. И предполагается сейчас, что возникновение этих провалов связано с резонансами. Это резонансные орбиты, орбиты, периоды которых как целые числа соотносятся с периодом Юпитера. Юпитер — самая массивная планета Солнечной системы в очень значительной степени дирижирует процессами, которые в Солнечной системе происходят. И она своим резонансным воздействием из этих участков Солнечной системы все тела выбрасывает и сейчас так же, как она это делала в далеком прошлом. То есть, по крайней мере, движение астероидов Юпитер может дестабилизировать очень капитально.

Возникает вопрос, может ли Юпитер что-то такое сделать с большими планетами Солнечной системы? Ответ на этот вопрос затрудняется тем, что эта задача жутко сложно решается. Казалось бы, ерунда. Мы очень хорошо знаем теперешнее положение планет, мы знаем, что они связаны силами взаимного тяготения. Напиши простенькую программку, нажми кнопку Enterи смотри, как у тебя планеты дальше вокруг Солнца вращаются. Так вот оказывается, что эта задача, ее решение не обладает свойством устойчивости. В качестве примера того, какие могут возникать при этом проблемы, один из ученых, которые занимаются решением таких задач, приводит следующий пример. Мы не учитываем в расчетах движение Земли при запуске ракет. Мы говорим: ракета полетела в космос. Но на самом деле ракета оттолкнулась от Земли, она полетела в одну сторону, Земля полетела в другую сторону. Можно себе представить, насколько ничтожен этот сдвиг. Огромная Земля и малюсенькая ракета. Так вот, неучет этого факта не позволяет нам рассчитывать орбиту Земли на времена больше нескольких миллионов лет. Мы не можем, из-за того, что мы запускаем ракеты, сказать, где на своей орбите Земля окажется через 5 миллионов лет. Вообще не можем. Но при этом у нас пока есть уверенность, что сама орбита останется такой, какая она есть. Мы просто не знаем, где Земля будет находиться. Но это 5 миллионов лет, а дальше? А если мы начнем считать на времена порядка миллиардов лет? В конце концов, еще миллиардов 5 нам крутиться вокруг Солнца.

И вот здесь оказывается, что если вы эту задачу начинаете честно считать, то возможны некоторые очень неприятные для нас варианты. Очень подробный расчет был несколько лет назад опубликован. Жак Ласкар — ученый, который очень много лет занимается проблемами разнообразных неустойчивостей в Солнечной системе, и связанных с вращением Земли, и связанных с необычным вращением Венеры. Ну и естественно его заинтересовал вопрос долговременной устойчивости Солнечной системы. Значит, что они сделали. Из-за того, что мы имеем очень большое количество неопределенностей, в подобных решениях, нельзя ответить на этот вопрос, посчитав одну модель. Но можно посчитать очень много моделей, немножко варьируя начальные условия, и просто посмотреть, какие возможны варианты. Конечно, каждый из этих вариантов осуществим только с какой-то небольшой вероятностью, поэтому по результатам этих расчетов мы можем только бегло представить себе, что нас ожидает.

Вот они посчитали 2,5 тысячи моделей и, подчеркиваю, все, что отличалось в этих моделях, было начальное положение Меркурия. Вот они посчитали 2,5 тысячи моделей, в которых начальное положение Меркурия на 1 метр различалось. То есть вот взяли метр, разбили его на 2,5 тысячи интервалов и с разными положениями Меркурия считали дальнейшие расчеты на 5 миллиардов лет. И вот так у них эволюционирует в этой модели, например, эксцентриситет Меркурия. Вот его теперешнее значение, я говорил, 0,2. Маленький бедненький Меркурий начинает испытывать на таких глобальных временах резонанс с Юпитером. И из-за этого резонанса орбита Меркурия может иногда очень сильно вытягиваться. И вытягиваться она может до такой степени, что в самой дальней точке этой своей орбиты он пересекает орбиту Венеры. Значит, он может либо дестабилизировать Венеру, либо вообще с ней столкнуться. Дальнейшее развитие событий оказывается для Солнечной системы уже совершенно непредсказуемым. Для внутренней части Солнечной системы. С планетами-гигантами — все расчеты показывают — сделать сейчас уже ничего нельзя. Все, их не сдвинуть. А вот мелочевка типа планет земной группы, она в этом отношении более ранима. Хорошо. Они посчитали вот эти 2,5 тысячи орбит, получили из них некоторые, которые приводят к столкновению планет из земной группы, взяли самый плохой вариант и рассчитали еще пару сотен моделей.

Самый плохой вариант — это вариант, в котором Земля столкнулась с Марсом. Очень неприятное для нас событие. И в этих двух сотнях орбит они варьировали начальное положение Марса в пределах трех сантиметров. И вот в зависимости от того, где в этом интервальчике 3-х сантиметровом оказывался Марс, в 5 моделях Марс полностью улетал из Солнечной системы, и еще 196 моделей закончились столкновениями. Много кто с кем сталкивался, Меркурий с Землей сталкивался, Венера с Землей сталкивалась 18 раз, Земля с Марсом – 29 раз.

Опубликована эта работа, и возникает вопрос: и что? Ну хорошо, какие-то очень умные люди запустили компьютерную программу, и эта программа показала, что, может быть, дальше все будет очень плохо. Но, в общем, не очень понятно… Беда этих расчетов состоит в том, что чтобы их проверить, надо понаблюдать Солнечную систему несколько миллиардов лет. Это достаточно сложно. Да мы-то согласны. Как говорится в старом анекдоте, осталось только уговорить графа Потоцкого. В общем, по большому счету, эти модели пока остаются играми разума. И оптимизм вселяет только то, что на протяжении 5 миллиардов лет предсказываются вот такие вот катаклизмы. Я хочу еще раз подчеркнуть, что вот этот вот мрачный вариант — это следствие разработки специально выбранной очень плохой модели. Это очень маловероятный вариант развития событий.

Ну, в общем вот никакой проверки нет. Но Солнечная система существует уже 4,6 миллиарда лет и примерно 3,8 миллиарда лет в ней ничего такого не происходило. Либо все лучшее у нас еще впереди, либо в этих расчетах что-то неучтено, что дополнительно стабилизирует Солнечную систему. Этим чем-то, как ни странно, может оказаться общая теория относительности. Расчеты показывают, мы сейчас знаем, только аномальное вращение перигелия Меркурия на коротких временах, а если, оказывается, смотреть на 5 миллиардов лет вперед или назад, общая теория относительности стабилизирует движение планет. Может быть, лучшим доказательством справедливости теории относительности служит то, что мы с вами существуем.

Ну ладно. Печальный финал. Это уж, никуда нам от этого не деться, Солнце погаснет. Однажды это случится. Закон сохранения энергии неумолим. Солнце не может светить вечно. Что произойдет в результате? Сначала Солнце превратится в красный гигант. Оно очень сильно увеличится в размерах и либо приблизится к земной орбите, либо даже ее поглотит. Это среди прочего будет означать, что планеты начнут испытывать приливное воздействие со стороны приблизившегося Солнца, и из-за этого воздействия они будут терять энергию, начнут к Солнцу приближаться. Дальше. Попутно Солнце будет очень активно терять массу, терять вещество. Оно уже сейчас часть вещества выбрасывает в окружающее пространство. С превращением в красный гигант эта потеря массы очень сильно увеличится. Солнце будет терять массу, в результате планеты будут удаляться от Солнца. И кто победит, зависит от того, чьи расчеты вы смотрите.

Вот один из вариантов таких показан. Вот здесь возраст в миллиардах лет и параметры Солнца. Вот это светимость – в наше время единичка. Температура порядка 6 тысяч градусов. Радиус единичка. Масса единичка. К тому времени, когда Солнце полностью превратится в красный гигант, его светимость будет почти в 3 тысячи раз превышать сегодняшнее значение. Правда температура уменьшится, потому, что все уважающие себя газы при расширении охлаждаются. Радиус Солнца достигнет примерно 260 его теперешних радиусов. Радиус земной орбиты — 215 радиусов Солнца, то есть если не будет ничего другого, Солнце Землю поглотит. Правда, тут возможны разные варианты эволюции земной орбиты. Она может как приблизиться к Солнцу, так и удалиться от него. Но я бы сказал, что при этой светимости нам это будет глубоко безразлично. То есть нам надо вообще что-то предпринимать в этой связи. У нас не так много времени осталось. Ну вот, я уже сказал, может быть поглощена, может быть удалена. Опять, и что? Даже президент Российской Федерации В.В.Путин однажды высказался на эту тему, когда ему Лев Зеленый, директор ИКИ, прочитал лекцию, Путин тоже обеспокоился будущей судьбой Земли.

Да, надо что-то предпринимать. Мы на Земле навсегда не останемся. Нам надо будет с нее уходить. Какое-то время на раздумья у нас еще есть.

Все. Солнечная система существует больше 4,5 миллиардов лет. Скорее всего, все неприятности, и внутренние, и внешние, которые могли произойти за это время, все-таки уже произошли. И, судя по тому, что мы с вами до сих пор находимся здесь, окончательного прекращения жизни ни один из этих катаклизмов не смог произвести, хотя мы знаем, что какие-то вымирания на Земле происходили. В любом случае, эволюция Солнца через несколько миллиардов лет сделает Землю непригодной для проживания, так что надо к этому как-то готовиться. Ну вот, Маск обещает начать массовую транспортировку людей на Марс. Так что все равно мы спасемся.

Спасибо за внимание.

Вернуться назад

Архив статей

 

вернуться


Карта сайта | Контактная информация | Условия перепечатки | Условия размещения рекламы

«Сайт журнала «Знание-сила»» Свидетельство о регистрации электронного СМИ ЭЛ №ФС77-38764 от 29.01.2010 г. выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор)
© АНО «Редакция журнала «Знание-сила» 2012 год

По техническим вопросам функционирования сайта обращайтесь к администратору

При поддержке медицинского портала ОкейДок


Rambler's Top100
av-source