Гайд по астрономии. Путешествие к границам безграничного космоса

Хотя галактики и родились почти в один день, этого нельзя сказать о звездах. Примерно в течение миллиарда лет после Большого взрыва субгалактические сгустки сливались и объединялись, образуя тот «бродячий цирк» галактик, который мы наблюдаем сегодня; звезды, напротив, возникали задолго до этого времени и продолжают появляться и сейчас. Что же требуется для создания одной из этих термоядерных «электростанций» и ассоциируемой с ней системы планет, комет, астероидов и всего-всего-всего? В поисках ответа мы можем исследовать нашу Солнечную систему, изучать темные пылевые туманности, где сейчас рождаются протозвезды и протопланетные системы, и строить физические модели процесса их формирования.

Откровение от Солнечной системы

На то, как именно она формировалась, Солнечная система намекает нам на каждом шагу. Начнем со дня ее рождения. Радиометрическое датирование урана, тория и других радиоактивных изотопов в метеоритах ясно показало, что их максимальный возраст составляет 4,6 млрд лет. Такой же возраст у древнейших лунных пород, собранных и доставленных на Землю астронавтами «Аполлона». Теоретические модели Солнца и системы его «энергетической подпитки» также подтверждают эту дату. А вот каменная поверхность Земли кажется значительно моложе. Самые древние земные минералы из тех, что известны нам, — это цирконы, найденные в Джек-Хиллз в Австралии. Их первые кристаллизации произошли 4,4 млрд лет назад. Возраст старейших земных цельных горных пород, в том числе и пород Канадского щита, близок к 4 млрд лет. Эти различия дают нам сделать вывод, что для остывания, в ходе которого внешняя земная кора могла затвердеть, новорожденной Земле потребовались сотни миллионов лет.

Изначальный возраст в 4,6 млрд лет говорит нам и о том, что Солнце и Солнечная система стали далеко не первыми звездными системами в Млечном Пути. С учетом того, что предполагаемый возраст нашей Галактики составляет 12 млрд лет, мы видим, что звезды активно в ней формировались на протяжении семи с лишним миллиардов лет до появления Солнечной системы. Это важное открытие, поскольку оно свидетельствует о том, что наша планетная система получила свое наследство от тысяч поколений массивных звезд, некогда возникших, проживших яркую жизнь и погибших в яростной вспышке сверхновых. Тяжелые элементы, выброшенные ими, смешались с межзвездной средой, из которой под влиянием тяготения сгустилось наше родительское облако. Вот почему мы живем на поверхности каменистой планеты, полной воды, а не там, где атмосфера целиком состоит из водорода и гелия. Об этом прекрасно сказал Карл Саган: «Мы сделаны из звездного вещества».

Кроме того, форма и движение нашей Солнечной системы раскрывают многие тайны возникновения планетных систем. Примите во внимание, что все известные планеты Солнечной системы — в том числе восемь главных, а также с полдесятка «карликов» во внешних областях и мириады астероидов во внутренних — обращаются вокруг Солнца в одном направлении и почти в одной плоскости. Кроме того, большая часть планет, за исключением Венеры и Урана, вращаются вокруг своей оси в направлении своих орбит. Эти общие черты позволили астрофизикам представить, что Солнечная система — как и любая другая планетная система — возникла в результате монолитного коллапса медленно вращающегося родительского облака. Позже мы гораздо подробнее рассмотрим эту основную картину происхождения звезд и планет.

Откровение от темных туманностей

До XX века астрономы приходили в замешательство, глядя на небольшие темные участки на светлом газовом шлейфе Млечного Пути. Даже знаменитый астрофотограф Эдвард Эмерсон Барнард задумывался о природе этих лоскутов: облака ли это, закрывающие свет, или настоящие дыры в звездном небосводе? Только в 1919 году он наконец решил, что на его сверхчетких снимках запечатлены облака, содержимое которых ослабляло фоновый свет звезд. Однако лишь в 1930-х годах астрономы получили убедительные доказательства существования этой промежуточной среды, состоящей из газа и пыли, — мы сейчас называем ее межзвездной средой. Наблюдая за звездами с помощью спектроскопа, они увидели особые линии поглощения, которые нельзя было приписать самим небесным светилам. По всей видимости, эти узкие линии, соответствующие кальцию и другим элементам, происходили из некоей разреженной среды, находящейся на переднем плане по отношению к звездам. Более того, астрономы обнаружили, что чем дальше находилась звезда, тем сильнее в ее спектре проявлялись линии поглощения. Так же вел себя и свет звезды, если говорить о яркости и цвете, — нечто, бывшее снаружи, одновременно ослабляло его и окрашивало в красные тона.