Пекка Теерикор - Эволюция Вселенной и происхождение жизни
С далекой периферии Солнечной системы в ее внутренние области регулярно прилетают гости. Это кометы, довольно маленькие, состоящие изо льда и пыли. Они приходят по сильно вытянутым эллиптическим орбитам. Самая удаленная часть такой орбиты — афелий — может находиться в сотнях и тысячах астрономических единиц от Солнца, тогда как в наиболее близкой к Солнцу точке орбиты — перигелии — комета может почти касаться поверхности Солнца. Некоторые кометы буквально ныряют в атмосферу Солнца, а другие не подходят к нему ближе орбиты Юпитера.
На своих вытянутых орбитах кометы большую часть времени проводят в области афелия. Их визиты вглубь Солнечной системы очень коротки и драматичны. Приближаясь к Солнцу, комета начинает согреваться в его лучах. Примерно на расстоянии Юпитера тепла становится достаточно, чтобы «разбудить» комету. Из нее начинают сублимироваться летучие газы. Твердое ядро окутывается довольно яркой газовой комой, и начинает вытягиваться хвост. Возрастающий поток солнечного излучения все сильнее нагревает комету, а давление солнечного ветра на газ и частицы пыли создает один или два хвоста. После прохождения перигелия все идет в обратном порядке, и комета удаляется в своем одиночестве в пустоту космоса. Когда-нибудь она может вернуться.
На пути вглубь Солнечной системы комета испытывает притяжение планет-гигантов. Обычно это немного меняет ее орбиту. Если она пройдет близко от планеты, то может быть захвачена на орбиту меньшего размера. Иногда комета даже может столкнуться с планетой, как это случилось 16–22 июля 1994 года, когда разрушающаяся комета Шумейкеров-Леви врезалась в Юпитер (см. цветную вкладку).
Кометы интересны с многих точек зрения. Как было сказано, именно они в эпоху молодости Солнечной системы доставили на поверхность планет много важных химических соединений. Радиоастрономическая спектроскопия выявила в кометах десятки разных молекул, в основном тех же, которые наблюдаются в холодных межзвездных облаках. В кометах найдены молекулы воды, синильной кислоты (HCN), формальдегида (Н2CO), считающиеся первыми строительными блоками жизни. Несколько космических зондов было направлено к кометам и собрало много данных. Успешными были экспедиции Stardust (комета Вилд 2), Deep Impact (Темпель 1), Deep Space-i (Борелли), ISEE-3 (Джакобини-Циннер) и пять экспедиций к комете Галлея. Stardust стала первой экспедицией, доставившей на Землю образцы вещества из объекта, находящегося дальше Луны.
А теперь забудем о хвосте и коме и рассмотрим саму комету. Среди исследованных зондами комет ни одна не похожа на другую. Комета Вилд 2 почти сферическая, кометы Борелли и Галлея довольно вытянуты и напоминают батат или земляной орех. Рассмотрим подробнее комету Темпель 1. В момент прибытия к ней зонда она была на расстоянии 1,5 а. е. от Солнца. Ее размер 8 х 5 км типичен для ядер комет. Перед наибольшим сближением от аппарата Deep Impact отделился массивный «ударник» и с большой скоро-стью врезался в комету. В результате столкновения и вызванного им взрыва стало ясно, что на поверхности ядра лежит пылевой слой толщиной десятки метров и есть признаки слоистой структуры в глубине. Низменные области ядра довольно плотно покрыты кратерами, а возвышенные выглядят более молодыми. Очевидно, что недра весьма пористые, поскольку средняя плотность составляет всего 0,6 г/см3. На стороне, обращенной к Солнцу, температура около 70 °C, а на теневой стороне -3 °C. Ясно, что поверхность слишком теплая для льда. В выбросе, наблюдавшемся после столкновения, инфракрасный телескоп «Спитцер» увидел следы глин и карбонатов. Это может означать, что где-то в глубине ядра есть или хотя бы иногда бывает жидкая вода. Это важно для предбиологической химии, а может быть, и для зарождения жизни, так как делает возможным в кометах наличие цикла «концентрации-разведения». Более того, химические процессы на поверхности с участием минералов, глин, льдов, солнечного излучения и высокоэнергичных частиц делают принципиально возможным формирование сложных молекул. Там может синтезироваться нечто похожее на толины. Доставленные на Землю образцы кометы Вилд 2 говорят о том, что в минералогических процессах вода там не играла заметной роли. С другой стороны, эти образцы содержат множество довольно сложных молекул.
Различие между кометами и астероидами не всегда однозначное. В наибольшей степени они различаются своей «пушистостью». На поверхности астероидов и у метеоритов тоже могут быть подобные, хотя и не тождественные, химические соединения. Это доказал метеорит Мурчисон, упавший в 1969 году в Австралии. В нем было обнаружено несколько десятков аминокислот и других сложных органических молекул.
Похоже, что при ударе о планету кометы не выживают. Астероид же, ударившись о планету, может расколоться, и какая-то часть вещества может быть выброшена обратно в космос. В выброшенном веществе может содержаться жизнь, скажем, в форме бактерий. Если кусок вещества имеет размер порядка 1 м, он может служить переносчиком жизни между планетами в Солнечной системе. Вполне вероятно, что такой перенос происходил неоднократно. Любопытно к тому же, что это может дать единственную возможность для обнаружения ископаемой жизни древней Венеры, если столкновение случилось очень давно.
В результате развития наших знаний о жизни на Земле и новых открытий об условиях на Марсе и других телах Солнечной системы постоянно расширяется список мест, пригодных для жизни или, по крайней мере, для предбиологической химической эволюции. А уж если наша планетная система имеет несколько мест, где могли бы существовать определенные формы жизни, то число потенциальных прибежищ жизни во всей нашей Галактике может значительно возрасти. Но часто ли у других звезд существуют планетные системы? И пригодны ли они для жизни? Мы обсудим это в следующей главе.
Глава 32 Внесолнечные планетные системы и жизнь на экзопланетах
Впервые за всю историю человечества прибавление в семье планет произошло в 1781 году, когда Вильям Гершель открыл Уран, который сначала он принял за комету (см. главу и). А раз была найдена новая планета, хотя бы и случайно, то вероятность обнаружения следующих планет возросла. В конце XVIII века эти надежды усилились благодаря открытию эмпирического закона Тициуса-Боде, который, как тогда считали, точно предсказывает расстояния всех известных планет, включая Уран, но при этом говорит о несуществующей планете, которая должна находиться на расстоянии 2,8 а. е. от Солнца (см. врезку 11.1).
Рост числа планет.В 1801 году итальянский астроном Джузеппе Пиацци (1746–1826) обнаружил объект, названный им Церерой, почти точно на расстоянии 2,8 а. е. от Солнца. Но Церера оказалась намного меньше других планет: ее размер не превысил 1000 км. Это открытие и последовавшие за ним открытиями других, еще более мелких, объектов между Марсом и Юпитером, в конечном счете привели к объединению этих «планеток» в новый класс — астероидов (поскольку в те годы при наблюдении в телескоп они напоминали звезды). Сейчас известны многие тысячи астероидов; некоторые из них движутся по орбитам во внутренней части Солнечной системы. За орбитой Нептуна обитают ледяные астероиды. Один из них — бывшая планета Плутон — недавно был понижен в звании, тогда как крупнейший из астероидов — Церера — получил повышение: оба они стали карликовыми планетами. Силой собственного тяготения они придали себе шарообразную форму, но при этом не могут оказать существенного гравитационного влияния на объекты, движущиеся по соседним орбитам.
На фоне доминирующего тяготения Солнца планеты тоже гравитационно влияют друг на друга, в разной степени, в зависимости от их масс и взаимных расстояний. Но даже с учетом влияния планет, вплоть до Юпитера и Сатурна, расчетная орбита Урана не вполне согласовывалась с его истинным положением. Эти небольшие расхождения позволили астрономам вычислить положение неизвестной планеты, возмущающей движение Урана. Вскоре вблизи предсказанного места действительно был обнаружен Нептун. В главе и мы рассказывали захватывающую историю этого открытия. Тот же метод возмущений астрономы пытались использовать и при поиске девятой планеты. Но открытие Плутона в ходе этого поиска, в общем-то, произошло случайно, так как масса Плутона слишком мала, чтобы заметно влиять на Нептун, который движется по своей орбите под управлением Солнца и подчиняясь небольшим возмущениям со стороны других массивных планет внутри его орбиты.
История открытия новых планет не была такой уж ровной. Начавшись тысячелетия назад, их список надолго ограничился планетами, видимыми невооруженным глазом, включая Сатурн. Затем случился взрыв энтузиазма и удачи, вызванный случайным открытием Урана, методичным поиском и открытием астероидов и Нептуна и, наконец, обнаружением Плутона благодаря упорству и счастливой случайности.
