Библиотека XXI века

Эволюция газово-пылевого протосолнечного облака в спиральной структуре Галактики, обусловленной волнами плотности. Орбита облака пересекает спиральный рукав только один раз. При вхождении в волну сжатия (показана пунктиром) облако может подвергнуться воздействию вспыхнувшей рядом сверхновой. В процессе движения внутри рукава, в течение приблизительно 300 миллионов лет, облако эволюционирует. Выйдя из рукава, оно движется в галактическом пространстве между спиральными рукавами 4,6 миллиардов лет; при этом спиральная структура не оказывает влияния на эволюцию облака, приводящую к возникновению Солнечной системы.

На рисунке, согласно Л.С. Марочнику («Природа», 1982, № 6), изображена наша Галактика, радиус коротационной окружности, а также орбита, по которой Солнечная система обращается вокруг центра Галактики. Скорость, с которой Солнце вместе с планетами движется относительно спиральных рукавов, остается предметом споров. Судя по рисунку, наша система уже прошла через оба рукава. Если так было в действительности, то первое прохождение она совершила, будучи еще газово-пылевым облаком, которое по-настоящему стало конденсироваться лишь при пересечении второго спирального рукава.

Вопрос о том, имеем ли мы за собой один переход или два, в данном случае несущественен: он касается возраста протозвездного облака, то есть того, когда оно начало формироваться, а не того, когда оно стало подвергаться фрагментации, вступив тем самым в стадию астрогенеза. Подобным образом звезды возникают и сегодня. Изолированное облако не может сконденсироваться в звезду под влиянием гравитации: сохраняя (согласно законам динамики) вращательный момент, оно обращалось бы вокруг своей оси тем быстрее, чем меньше ее радиус, и в конце концов возникла бы звезда, обращающаяся на экваторе со скоростью, превышающей скорость света, что невозможно. Центробежные силы разорвут ее гораздо раньше. Поэтому звезды возникают скоплениями, из отдельных фрагментов протозвездного облака, в ходе процессов сначала медленных, а потом все более бурных. Рассеиваясь в ходе конденсации, фрагменты облака отбирают у молодых звезд часть их вращательного момента. Если показателем «производительности астрогенеза» считать отношение между первоначальной массой облака и совокупной массой образовавшихся из нее звезд, то производительность эта окажется невелика. Галактика – «производитель», который крайне расточительно обращается с первоначальным капиталом материи. Но рассеянные части протозвездных облаков через какое-то время снова начинают конденсироваться под влиянием гравитации, и процесс повторяется.

Когда начинается звездогенный коллапс, различные фрагменты облака ведут себя неодинаково. Центр облака плотнее периферии, поэтому массы протозвездных фрагментов различны. Они составляют от 2 до 4 солнечных масс в центральной части облака и от 10 до 20 – на периферии. Из внутренних конденсатов возникают малые звезды; они долговечны, а их светимость почти не меняется в течение миллиардов лет. К ним принадлежит Солнце. А большие периферийные звезды могут становиться сверхновыми, которые, после короткой по астрономическим меркам жизни, взрываются мощными вспышками.

О том, как начало конденсироваться облако, из которого возникли и мы, ничего не известно; воссоздать можно лишь судьбу той его небольшой части, где возникло Солнце с планетами. Когда этот процесс начался, вспыхивающие поблизости сверхновые «загрязнили» протосолнечное облако своим радиоактивным излучением. Такое «загрязнение» имело место по меньшей мере дважды. В первый раз протосолнечное облако подверглось «загрязнению» изотопами иода и плутония – вероятно, вблизи внутренней кромки спирального рукава; а во второй раз, через 300 000 000 лет, уже в глубине спирали, другая сверхновая бомбардировала облако радиоактивными изотопами алюминия.

По времени, через которое эти изотопы, распадаясь, превращаются в другие элементы, можно примерно установить, когда произошли оба эти «загрязнения». Краткоживущие изотопы иода и плутония в конце концов образовали стабильный изотоп ксенона, а радиоактивный изотоп алюминия превратился в магний. Этот ксенон и магний обнаружен только в метеоритах нашей системы. Сопоставляя эти данные с возрастом земной коры (установленному по времени распада содержащихся в ней долгоживущих изотопов урана и тория), можно в приближении реконструировать различные «сценарии» солнечной космогонии.