Наша Солнечная система находится в той области Галактики, где плотность межзвездного вещества необычайно низка. Эта область называется Местным «пузырем»; она простирается во все стороны примерно на 300 световых лет. Возможно, что большая часть всего вещества, какое могло бы находиться вблизи Солнца, была унесена прочь под действием каких-то процессов. Одна из предложенных идей состоит в том, что когда-то давно в окрестностях Солнечной системы произошел колоссальный взрыв нескольких больших звезд. И межзвездный газ был отброшен взрывной волной в отдаленные области космического пространства.
Самые массивные объекты млечного пути – это гигантские молекулярные облака. Их масса может превосходить массу Солнца в миллион раз. Туманность Ориона – это всего лишь часть гигантского молекулярного облака, которое примерно в 500 раз массивнее нашего Солнца. В таинственных глубинах черных облаков астрономы обнаружили совершенно поразительный набор молекул. В этот космический материал входит вода аммиак и спирт. Имеется также муравьиная кислота – та самая, что бывает у кусачих муравьев, - а так же синильная кислота. Многие из этих молекул относятся к разряду органических, поскольку они содержат углерод.
Химия этих удивительных облаков на самом деле очень проста. Разные атомы можно представить себе как части некоего конструкторского набора. Углерод, водород, кислород, азот и другие атомы можно соединить вместе самыми разнообразными способами – так и получаются всевозможные молекулы, которые не разрушаются в облаке из-за его очень низкой температуры. Простые элементы могут соединиться и так, что получаются молекулы аминокислот и белков. На Земле эти же вещества, имеющиеся в природе, соединяются и образуют гигантские молекулы растительных и животных организмов.
Вокруг звезд
Каково место Солнца и окружающих его планет в нашей Галактике – огромном звездном скоплении, насчитывающем сотню миллиардов звезд? Ведь один из наиболее интригующих вопросов состоит в том, одиноко ли человечество во Вселенной, или же есть шанс рано или поздно встретиться с братьями по разуму? Где, около каких звезд можно искать себе подобных?
Как далеко от Солнца могут находиться иные обитаемые миры?
Точных ответов ни на один из поставленных вопросов нет. Но для того чтобы попытаться хотя бы обсудить эти вопросы с научных позиций, нам надо поговорить о «содержимом» нашей Галактики и о том, как это «содержимое» возникло, об эволюционных процессах во Вселенной.
Итак, сначала галактик не было вообще, не было и звезд. Примерно за пятнадцать миллиардов лет до нынешнего времени Вселенная взорвалась и начала расширяться. До этого она находилась в сверхплотном состоянии, и мы сегодня не знаем, применимы ли законы физики для описания этого состояния. Но уже через одну десятитысячную долю секунды после взрыва плотность вещества уменьшилась до плотности атомных ядер, то есть до 1014 граммов в кубическом сантиметре.
В это время температура вещества составляла тысячу миллиардов градусов. В мире были тогда лишь элементарные частицы и кванты света. Основная часть массы Вселенной на ранних этапах ее расширения приходилась на излучение, на свет.
По мере расширения Вселенная охлаждалась. Но даже когда «столбик термометра» опустился до десяти миллиардов градусов, атомы еще не могли образоваться: все вещество находилось в форме высокотемпературной плазмы. Лишь примерно по истечении трех минут после Большого взрыва мы могли бы увидеть, что вещество Вселенной превратилось в атомы водорода и гелия, причем водорода было 70 процентов, а гелия – 30.
После этого на некоторое время вселенная «успокоилась», примерно на миллионы лет, пока температура не упала до 4 тысяч градусов Кельвина. Эти миллионы лет жизни вселенной получили название эры фотонной плазмы. С концом этой эры гелий и водород становятся нейтральными, плазма исчезает.
Вселенная еще достаточно горяча и однородна. Тем не менее, в ней появляются отдельные сгущения вещества. Не будем останавливаться на причинах появления возмущений в однородной Вселенной, тем более что сейчас нет единой точки зрения по этому поводу. Споры о происхождении галактик не утихают и сегодня. Но важно то, что именно спустя миллионы лет после Большого взрыва началось «структурирование» Вселенной – образование галактик и звезд.
Наше Солнце родилось лишь 5 миллиардов лет назад, и уже не более чем через полтора миллиарда лет после рождения Солнца на одной из планет Солнечной системы, на Земле, возникла жизнь.
Но ведь звезды, подобные Солнцу, начали рождаться в различных уголках нашей Галактики и раньше, чем наше светило. Означает ли это, что в Галактике есть более старые цивилизации, чем земная, более мудрые? Если мы даем положительный ответ на этот вопрос, то почему мы не можем установить с ними контакт, почему космос молчит? А только ли около звезд подобных Солнцу, может развиться и существовать жизнь?
Быть может, из сотни миллиардов звезд нашей Галактики можно выбрать более подходящие для жизни места, чем Солнечная система? Ведь все живое на Земле существует благодаря солнечному свету, а есть много звезд, которые светят гораздо ярче Солнца.
Став стабильной звездой, Солнце вступило на главную последовательность – дорогу жизни звезд. Для наших целей очень важно знать, сколько времени та или иная звезда находится в стабильном состоянии. Действительно, что толку, если около голубого гиганта есть планеты (хотя это и мало вероятно), на которых успела зародиться жизнь. Она обречена на гибель уже через миллион лет, поскольку яркие звезды живут очень мало в галактическом масштабе времени. И для этого нужно, чтобы звезда была в 30 раз тяжелее Солнца.
Но самое главное: очень и очень сомнительно, что миллион лет может образовываться планетная система. По современным оценкам для этого необходимо около сотни миллионов лет, а ведь и эти цифры ничтожны по сравнению с биологической шкалой времени, требующей, по крайней мере, миллиарда лет от чисто химической, молекулярной эволюции до возникновения первых клеток.
Итак, сверхмассивные звезды не годятся в качестве центрального светила, около которого могла бы развиваться какая-либо цивилизация. И не только цивилизация. Близ горячего гиганта не может зародиться жизнь, не успеет.
Ну а что будет, если звезда не столь тяжела, как сверхгигант? Посмотрим на жизнь звезды с массой около трех масс Солнца. Такая звезда в 60 раз ярче Солнца, и время ее жизни порядка 600 миллионов лет. Казалось бы, если около этой звезды есть планеты, там, в принципе, могла бы возникнуть жизнь. Хватило бы этой жизни времени, чтобы достигнуть стадии цивилизации? Кто знает! Нам дано судить о темпах эволюции лишь на основании одного примера – нашей земной жизни. Но представим себе на минуту, что около такой звезды возникла цивилизация. Какова будет ее судьба?
Ведь наша собственная жизнь теснейшим образом связана с жизнью Солнца, и жизнь любой другой цивилизации определена судьбой центрального светила.
Итак, звезда втрое тяжелее Солнца. В ней идут знакомые нам ядерные реакции превращения водорода в гелий. Поскольку звезда массивней Солнца, то и ядерные реакции должны идти интенсивнее, чтобы обеспечить достаточно высокие температуры, препятствующие сжатию звезды. Водород ядра выгорает, превращаясь в гелий, и температура ядра повышается примерно до 200 миллионов градусов.
При таких температурах в ядерной топке начинает гореть гелий, образуя ядра кислорода и неона. Температура продолжает повышаться, и, когда она достигает 600 миллионов градусов, начинаются ядерные реакции с участием неона. Эти реакции приводят к появлению магния и кремния. А когда в ядре звезды израсходуется весь неон, на сцене появляется кислород. К этому времени температура ядра еще больше повысилась, и в процессе ядерных реакций начинают образовываться никель и железо.
Температура в ядре ползет к полутора миллиардам градусов. Там все время вырабатывается энергия, противодействующая сжатию и повышающая температуру ядра. При достижении температуры в 2-5 миллиардов градусов образуется множество тяжелых элементов, и в их числе титан, ванадий, хром. Но главная составляющая ядра – железо.
Очень важно, что ядерные реакции приводят к образованию значительных количеств нейтрино. Именно эти частицы, свободно пронизывая тело звезды, уносят из ядра огромное количество энергии. Как только включается «нейтринный холодильник», энергетические потери звезды становятся столь большими, что основную роль начинают играть силы гравитации. Ядро звезды резко сжимается, а оставшаяся оболочка начинает падать на центр звезды.
Все эти процессы сопровождаются резким повышением температуры. Речь идет уже о десятках и сотнях миллиардов градусов. При этих условиях легкие элементы, оставшиеся в оболочке звезды, обладают взрывной неустойчивостью. Происходит чудовищный ядерный взрыв, масштабы которого потрясают воображение: за время менее одной секунды при взрыве звезды выделится энергия, которую Солнце излучало в течение миллиарда лет!