С быстрым ростом крупного Юпитера связана ещё одна любопытная особенность. Как известно, между орбитами Марса и Юпитера расположено много астероидов и других небольших тел, обращающихся вокруг Солнца на том расстоянии, где должна была бы находиться большая планета, согласно правилу Тициуса-Боде. Эти факты привели к появлению гипотезе о Фаэтоне - планете, якобы существовавшей между Юпитером и Марсом и разрушенной в результате столкновения с неким астрономическим телом или от гравитационного воздействия самого Юпитера. Гипотеза эта, однако, не только не подтвердилась, но была заменена на обратную: не планета была раздроблена гравитационным полем Юпитера, а, наоборот, астероиды не смогли сформироваться в единую планету (сам Шмидт писал об этом ещё в 1954 году). Формированию препятствовали возмущения Юпитера и других крупных тел из зоны питания, а также увеличение хаотических скоростей планетезималей, которые, залетая в зону астероидов и будучи крупнее последних, выталкивали их и создавали возмущения, тем самым замедляя их рост. [4]
Возвращаясь к Земле, надо заметить, что её рост (как и рост остальных планет земной группы) в основном проходил уже при отсутствии газа протопланетного облака, а атмосфера и гидросфера выделялись при дегазации первоначально твердых планетезималей, которые попадали на нее с периферии Солнечной системы.
Многолетние геологические исследования показывают: Земля никак не могла образоваться из раскаленного газового сгустка и никогда не была расплавленной. В своей "юности" она, сформировавшись из холодных планетезималей, была холодной. Один из современных последователей Шмидта астрогеофизик Виктор Сергеевич Сафронов (1917-1999) привел доказательства тому, что она также была однородной по составу и тектонически пассивной планетой. Изучение дальнейшей истории Земли как астрономического тела тесно связано, как ни странно на первый взгляд, с изучением её геологии и геохимии. [5]
Сафронов утверждал, что впервые плавление земных недр на уровне верхней мантии произошло под влиянием лунных приливов и распада радиоактивных элементов только через 600 млн. лет после образования Земли. Более того, этот момент он связывает с началом базальтового магматизма на Луне около 4 млрд. лет назад и появлением наидревнейших пород земной коры около 3,8 млрд. лет назад. Тогда же началось и разделение земного вещества по плотности; выделялось железо и его оксиды, образовавшие позже земное ядро. Ядро обособилось только в самом конце архея (около 2,6 млрд. лет назад), но процесс выделения земного ядра продолжается и в настоящее время.
Нагревание Земли происходило не в последнюю очередь и из-за ударов крупных планетезималей, энергия которых частично накапливалась на глубине ударных кратеров, а также от тепла радиоактивных источников и сжатия недр под давлением вышележащих слоев.
Эволюцию Земли невозможно рассматривать без её спутника - Луны. Существует несколько гипотез возникновения и эволюции Луны - в частности, гипотеза мегаимпакта, согласно которой околоземный диск образовался при столкновении Земли с крупным допланетным телом, в 1,5-2 раза более массивным, чем Марс.
Согласно другой теории, Луна образовалась за счет разрушения расплавленной и прошедшей полную дифференциацию (в отличие от холодной Земли) более массивной планеты, условно названной Протолуной (вероятнее всего, Протолуна была захвачена растущей Землей с соседней ближайшей орбиты протопланетного диска).
Протолуна, в отличие от Земли, расплавилась в процессе своего образования. Если бы то же произошло с Землей, у нее сформировалось бы металлическое ядро и мощная кора, состоящая из анортозита - кристаллически-зернистой породы. В нее перешла бы большая часть радиоактивных элементов, тем самым лишив Землю источника внутреннего тепла. В результате этого Земля, подобно Луне, превратилась бы в тектонически мертвую планету. Кроме того, при плавлении Земли произошла бы быстрая и полная дегазация её недр с образованием плотной углекислотной атмосферы с давлением около 100 атмосфер, и, как следствие - необратимый парниковый эффект со средними температурами в 550-600 °C, отсутствием воды в жидкой фазе и, следовательно, жизни в нашем понимании (то есть, Земля была бы очень похожа на современную Венеру).
Подобные предположения лишний раз доказывают, что даже небольшое отклонение в развитии Земли как планеты привело бы к тому, что органическая жизнь на ней могла бы и не появиться.
Однако какими бы ни были гипотезы возникновения Луны, влияние её на земную жизнь неоспоримо. Взаимодействие же в системе Земля-Луна в ранние геологические эпохи было значительно более сильным. Сафронов в своих исследованиях даже высчитывает время тектономагматической активности Земли по возрасту лунных пород.
Эволюция Солнечной системы продолжается; впрочем, продолжительность человеческой жизни несоизмерима с геологическими и тем более с астрономическими периодами, поэтому изменения в них мы почти не успеваем заметить. Однако именно последние десятилетия и даже годы помогли внести ясность в вопрос о происхождении Земли и её природе как астрономического тела. [6] Большую роль тут сыграли новейшие технологические удачи, позволившие радикальным образом усовершенствовать методы наблюдательной астрономии. Так, планетологи NASA возлагают большие ожидания на космический аппарат Dawn, отправившийся в конце прошлого года к астероиду Весте и карликовой планете Церере из пояса астероидов. Считается, что их исследование поможет прояснить детали происхождения и других астрономических тел и даже "переписать учебники астрономии". Другой космический аппарат "Cassini" исследует в настоящее время Сатурн и его спутники.
Создается впечатление, что мы живем в очень интересное время: создаваемые веками гипотезы и теории возникновения планет и систем, подобных и не подобных Солнечной, с помощью современных телескопов и технологий наблюдений, могут быть оспорены или подтверждены - доказательно.
Солнце пока успело израсходовать меньше половины имевшегося в нем водорода: из доли в 70,6 процента от первоначальной массы солнечного вещества осталось 36,3. В ходе термоядерных реакций водород внутри Солнца превращается в гелий.
Для того чтобы пошла реакция термоядерного синтеза, необходимы высокая температура и высокое давление. Ядра водорода представляют собой протоны - элементарные частицы с положительным зарядом, между ними действует сила электростатического отталкивания, мешающая им сближаться. Но внутри действуют также значительные силы всемирного притяжения, которые мешают протонам разлетаться. Напротив, они прижимают протоны настолько близко друг к другу, что начинается ядерный синтез. Часть протонов при этом превращается в нейтроны, и силы электростатического отталкивания ослабевают; в результате светимость Солнца повышается. По оценкам ученых, на начальном этапе существования Солнца его светимость составляла только 70 процентов от того, что оно излучает сегодня, и в последующие 6,5 миллиардов лет светимость звезды будет только расти.
В одной из конкурирующих теорий предполагается, что основным элементом в солнечном ядре является вовсе не водород, а железо, никель, кислород, кремний и сера. Легкие элементы - водород и гелий - присутствуют только на поверхности Солнца, и реакция синтеза облегчается благодаря большому количеству нейтронов, излучаемых ядром.
Какая из теорий ни была бы справедлива, "солнечное горючее" рано или поздно будет кончаться. Из-за недостатка водорода термоядерные реакции начнут приостанавливаться, и равновесие между ними и силами притяжения нарушится, отчего внешние слои прижмутся к ядру. От сжатия концентрация оставшегося водорода повысится, ядерные реакции усилятся, и ядро начнет расширяться. Общепринятая теория предсказывает, что в возрасте 7,5-8 миллиардов лет (то есть через 4-5 миллиардов лет) Солнце превратится в красного гиганта: его диаметр увеличится более чем в сто раз, так что орбиты первых трех планет Солнечной системы окажутся внутри звезды. Ядро очень горячее, а температура оболочки гигантов небольшая (около 3000 градусов) - и поэтому красного цвета.
Характерной особенностью красного гиганта можно считать то, что водород уже больше не может служить "горючим" для ядерных реакций внутри него. Теперь начинает "гореть" уже гелий, скопившийся там в больших количествах. При этом образуются неустойчивые изотопы бериллия, которые при бомбардировке их альфа-частицами (то есть теми же ядрами гелия) превращаются в углерод.
Именно на этом жизнь на Земле, да и сама Земля, скорее всего, уже гарантированно прекратит свое существование. Даже той невысокой температуры, которую на тот момент будет иметь солнечная периферия, хватит, чтобы наша планета полностью испарилась.
Конечно же, человечество в целом, как каждый человек по отдельности, надеется на вечную жизнь. Момент превращения Солнца в красного гиганта накладывает на эту мечту определенные ограничения: подобную катастрофу человечеству если и удастся пережить, то только за пределами своей колыбели.
Но уместно тут напомнить, что один из крупнейших физиков современности Стивен Хокинг (Stephen Hawking) уже давно утверждает: момент, когда единственным способом выжить для человечества станет колонизация других планет, уже почти настал. Внутриземные причины сделают эту колыбель невозможной для обитания гораздо раньше, чем что-то плохое случится с Солнцем.
1. Дагаев М.М., Лабораторный практикум по курсу общей астрономии, “Высшая школа”, 1972
2. Демин В.Г., Судьба Солнечной системы, “Наука”, 1975.
3. Вуд Дж., Метеориты и происхождение Солнечной системы, “Мир”, 1971.
4. Гинзбург В.Л., Как устроена Вселенная и как она развивается во времена, “Знание”, 1968.
5. Ефремов Ю.Н., В глубины Вселенной, изд.2-е, “Наука”, 1977.