Когда у Земли было две Луны. Планеты-каннибалы, ледяные гиганты, грязевые кометы и другие светила ночного неба

Еще одно противоречие в первоначальной модели привело к появлению теории гигантских столкновений, описывающей формирование не только Луны, но и любых планет[91]. К началу ХХ в. ученые уже понимали, что нельзя создать планету, равную по массе Земле, непосредственно из протопланетного диска, потому что воздействие Солнца сделает невозможным аккрецию такого относительно небольшого количества вещества. Те же математические уравнения, которые описывают, как остывающее молекулярное облако распадается на звезды, гласят, что протопланетный диск не может собираться в такие маленькие по массе сгустки, как Земля. На расстоянии 1 а.е. гравитационное воздействие Солнца будет дестабилизировать такие сгустки с той же скоростью, с какой они образуются.

Хотя модель формирования небесных тел из туманностей и пребывала некоторое время в забвении, вытесненная гипотезой звездных столкновений, она снова набрала силу в эпоху после завершения программы «Аполлон». Тогда же она была дополнена рядом все более сложных механизмов, которые очень важны, но не до конца нам понятны: конденсацией первых планетезималей внутри туманности, рассеиванием газа, слиянием планетезималей в разрастающиеся зародыши, а потом и олигархи (крупные предшественники планет), и, наконец, слиянием олигархов на поздней стадии гигантских столкновений.

* * *

XX в. принес в астрономию огромные географические и культурные изменения, а также те самые научные и экономические достижения индустриальной эпохи, которые сделали возможными полеты на Луну. Американский астроном Эдвин Хаббл, имевший неограниченный доступ к первому в мире 2,5-метровому телескопу в обсерватории Маунт-Вилсон неподалеку от Лос-Анджелеса, смог первым рассмотреть самые яркие звезды в тех далеких компактных пятнах, которые позднее стали называть галактиками. Благодаря вышедшей в 1908 г. статье другого американского астронома, Генриетты Ливитт, Хаббл смог оценить расстояние до этих звезд по их яркости.

На самом деле астрономами могли быть только мужчины. Ливитт была одной из ассистенток Гарвардской обсерватории; в ее задачи входило проведение длинных расчетов, а также каталогизация звезд на фотографических пластинах. Занимаясь Магеллановыми Облаками, она заинтересовалась цефеидами – яркими переменными звездами, которые через определенные промежутки времени разгораются то сильнее, то слабее. (Считается, что это происходит из-за слоя ионизированного гелия в их глубине, который становится то более, то менее прозрачным, и потому они то охлаждаются, то нагреваются.) Ливитт обнаружила, что цефеиды, чья яркость меняется с периодом в несколько месяцев, гораздо ярче, чем те, у которых изменения происходят каждую неделю. Она нанесла эту зависимость на график, и с тех пор все, что вам нужно, – это измерить период пульсации цефеиды. После этого вы будете с определенной точностью знать характерную для нее светимость и, таким образом, то, как далеко она находится. Ливитт открыла первые объекты стандартной светимости.

С помощью данных Ливитт и других исследователей объектов стандартной светимости, а также имея неограниченный доступ к новому гигантскому телескопу, Хаббл рассмотрел множество отдельных звезд в звездных туманностях. Хотя он часто принимал скопления за одиночные звезды (отчего они казались гораздо ближе), в 1924 г. Хаббл сумел доказать, что Туманность Андромеды и другие туманности находятся от нас в тысячи раз дальше, чем звезды Млечного Пути. Ливитт умерла до того, как стало ясно истинное значение ее работы.

Эти туманности не просто находятся гораздо дальше: чем отдаленнее галактика, тем краснее ее звезды[92]. Это заставило Хаббла предположить, что Вселенная расширяется, что все удаляется от всего[93], вызывая «красное смещение» самых отдаленных объектов, которые двигаются быстрее всех. Пространство само по себе расширяется, поэтому световые волны вытягиваются в более длинные, то есть более красные волны. Хаббл вычислил, как быстро растет скорость расширения с расстоянием; современное значение постоянной Хаббла составляет примерно 70 км/с на 1 млн парсеков. (Один парсек равен 3,26 светового года. Световой год – это расстояние, которое свет проходит за один год, то есть 9,5 трлн километров.) Если Вселенная расширяется равномерно, то ее возраст вычислить несложно: это единица, поделенная на это число. Если перевести секунды в годы, вы получите около 14 млрд лет.

Если вернуться на Землю, геологам понравился тот промежуток времени, который подразумевала гипотеза Хаббла[94], но их огорчило, что ни одна из видимых туманностей не была примером формирования планетной системы. Если судить по объектам стандартной светимости, эти туманности находились в миллионы раз дальше и, следовательно, были в миллионы раз больше, чем планетные системы. Это впечатляло, но никак не относилось к делу. Если гипотеза об образовании небесных тел из туманностей верна, разве мы не должны видеть какие-то протопланетные диски?