Из всего этого мы, земляне, должны извлечь урок. Дело в том, что наша планета образовалась 4,55 миллиарда лет тому назад и длительный период с момента своего возникновения – от полумиллиарда до миллиарда лет – была непригодна для жизни. Ориентировочно первые химические реакции, указывающие на деятельность живых организмов, начали происходить порядка 3,8 миллиарда лет тому назад. Но первые доказательства существования ископаемых бактерий относятся к периоду около 3,5 миллиарда лет назад. Марс, будучи меньше Земли, прошел стадию охлаждения от расплавленного состояния быстрее, чем наша планета[114]. Когда на нем струились реки и плескались океаны, на Земле еще стояла адская жара. Если на Марсе когда-то и была жизнь, она должна была возникнуть гораздо раньше, чем на Земле.
На Земле было найдено несколько десятков метеоритов марсианского происхождения. Они были выброшены с поверхности Марса под действием ударов астероидов и некоторое время вращались вокруг Солнца по своим орбитам, пока не попали в поле притяжения Земли. Эксперименты показали, что экстремофилы могут спокойно пережить удар астероида, длительное путешествие в космическом холоде безвоздушного пространства и сильный нагрев при входе в плотные слои атмосферы планеты. Как знать, может быть, 3,8 миллиарда лет тому назад прилетевший с Марса метеорит засеял землю первыми микроорганизмами? А мы все – жители Земли – ведем свою родословную линию с Красной планеты?
39. Из звездной пылиСотворены на небесах
Я верю, что листик травы не менее важен, чем звездный полет.
Железо наших кровяных телец, кальций наших костей, кислород, наполняющий наши легкие с каждым вздохом – все это возникло задолго до образования Земли. Эти химические элементы образовались в недрах звезд, которые рождались, жили и умирали за миллиарды лет до нашей эры. Выяснилось, что мы гораздо теснее связаны со звездами, чем астрологи могут себе представить, – но прежде чем прийти к пониманию этого факта, человечеству пришлось пройти длинный и извилистый путь познания.
Сначала было сделано открытие, что все состоит из атомов. «Если бы всей сумме накопленных научных знаний грозило полное уничтожение в результате катаклизма и только одну короткую и емкую по информативности фразу можно было бы передать потомкам, какое предложение написал бы я? – спросил Ричард Фейнман и, не колеблясь, ответил: – Все состоит из атомов».
Парадоксально, но тот факт, что природа в конечном счете состоит из крошечных неразрушаемых зерен, которые не могут превратиться ни во что другое, стал ясен только после продолжавшихся на протяжении столетий неудачных попыток превратить одно вещество в другое – например, свинец в золото. Но атомы – это не только изначальные элементы Вселенной. В некотором роде это азбука природы. Разные сочетания атомов формируют галактику, дерево или горную гориллу. Сложность мира иллюзорна, подоплека его проста: все вещи мира состоят из различных сочетаний одних и тех же основных строительных кирпичиков природы.
В природе в естественном виде существует девяносто два типа атомов, или элементов, начиная от самого легкого из них – водорода – и заканчивая самым тяжелым – ураном. Некоторые более распространены, чем другие. В XX веке было сделано открытие, что существует связь между свойствами ядер атомов определенных элементов и тем, насколько часто в природе встречаются эти элементы. Например, те атомы, чьи ядра наиболее плотно связаны, как правило, более распространены, чем другие атомы.
Почему же существует корреляция между обилием элемента и ядерными свойствами его атомов? Очевидно, это связано с тем, что ядерные процессы играют определенную роль в создании атомов. Другими словами, версия творения Создателем всех этих элементов – а их во Вселенной девяносто два – в День Первый не выдерживает никакой критики. В молодости Вселенная содержала только самый простой элемент, водород, а все более тяжелые атомы были построены впоследствии из этого основного строительного кирпича.
Сила отталкивания протонов в атомных ядрах велика, поэтому очень трудно сблизить их настолько, чтобы вступили в действие ядерные силы, удерживающие их в ядре (наподобие того, как это делает «притягивающий луч» в фантастическом сериале «Звездный путь»). Чтобы преодолеть это отталкивание и соединить протоны в ядро, надо затратить немалую энергию, заставив их двигаться с высокими скоростями навстречу друг другу[116]. Поскольку мера микроскопических движений – температура, этот процесс требует чрезвычайно высоких температур.
Перед физиками в XX веке встал вопрос: где во Вселенной находится высокотемпературный горн, в котором выковываются атомы? Происходит ли образование новых атомов в звездах или звезды недостаточно горячие для этого? Внимание ученых привлекли первые моменты после рождения Вселенной в Большом взрыве: в начале времен действительно существовало горнило огненного шара для изготовления химических элементов. Но не все так однозначно в природе. Чтобы создать девяносто два элемента, потребовалось участие разных процессов. Самые легкие элементы, такие как гелий, действительно были созданы в первые минуты существования Вселенной. Но все более тяжелые элементы обязаны своим происхождением долгим и кропотливым превращениям, происходящим внутри звезд на протяжении эволюции Вселенной со времен Большого взрыва.
Космическая «луковица»: конечный этап эволюции массивной звезды. По мере продвижения к центру слои внутри звезды содержат все более тяжелые элементы. Наступает момент, когда такая звезда взрывается как сверхновая, обогащая межзвездное пространство различными химическими элементами.
Звезды, подобные Солнцу, никогда не становятся достаточно горячими или плотными, чтобы в них могли образоваться какие-либо элементы тяжелее гелия, второго по легкости элемента в природе после водорода. Но самые массивные звезды могут выковать и более тяжелые элементы – вплоть до железа[117]. В конце эволюции их внутренняя структура напоминает луковицу, причем каждый последующий внутренний «луковый слой» состоит из более тяжелых элементов.
Мы обязаны своим появлением на Земле тому, что эти звезды становятся неустойчивыми и взрываются в конце своей эволюции. Когда мы видим такой взрыв, мы говорим: взорвалась сверхновая. Химические элементы, образовавшиеся в ядерном горниле звезды на протяжении ее жизни и во время взрыва сверхновой, выбрасываются в космическое пространство. Эти выбросы смешиваются с газом и пылью межзвездных облаков, обогащая их тяжелыми элементами. Позднее, на стадии фрагментации облаков, эти элементы включаются в состав вновь образовавшихся звезд и их планет. Так тяжелые элементы оказались и на Земле. Как сказал американский астроном Аллан Сэндидж: «Мы все братья и родились в одной сверхновой».
Хотите увидеть кусочек звезды? Посмотрите на свою руку. Звездная пыль собралась воедино, чтобы образовать ваше тело.
40. Хрупкий голубой шарикРазмером в один пиксель: самая сказочная фотография Земли
Я уверен, что Вселенная полна разумной жизни. Просто она слишком разумна, чтобы показываться нам на глаза.
В 1977 году были запущены в космос автоматические межпланетные станции «Вояджер-1» и «Вояджер-2». На борту каждой станции был помещен футляр с золотой пластинкой, на которой записан ряд изображений и звуков, воспроизводящих картины земной жизни и образцы произведений искусства. Земные ученые надеются, что эти золотые диски – по сути, космические капсулы времени – когда-нибудь достигнут своего адресата: будь то внеземная цивилизация или представители завтрашнего человечества, чьи космические корабли встретятся с космическими зондами. При запуске этих станций не ставилась цель достичь каких-то определенных звезд. Тем не менее примерно через 40 000 лет «Вояджер-1» должен пройти на расстоянии 1,6 световых года от звезды Gliese 445.
В 1979 году зонд «Вояджер-1» пролетел мимо Юпитера, а в 1980 году – мимо Сатурна. Он отправил на Землю фотографии облаков и спутников гигантских планет. Наконец он вышел за пределы Солнечной системы и направился к далеким звездам.
Бледная голубая точка: изображение Земли, полученное аппаратурой станции «Вояджер-1» с расстояния 6 миллиардов километров (вертикальные полосы – результат бликов света в камере).
Земля как бледно-голубая точка. Снимок «Вояджера-1» (NASA, JPL).
Карл Саган, знаменитый ученый-планетолог, известен и по своему телевизионному научно-популярному сериалу «Космос». Он входит в исследовательскую группу, которая занимается изучением материалов, полученных со станций «Вояджер-1» и «Вояджер-2». В течение многих лет Карл Саган пытался убедить руководство NASA провести эксперимент, в ходе которого камера, установленная на «Вояджере-1», была бы повернута таким образом, чтобы можно было увидеть пройденный путь. 14 февраля 1990 года это было сделано. Солнечная система предстала перед глазами ученых такой, какой она выглядит с далекой периферии.
Полученное изображение стало всемирно известным. Теперь оно находится в одном ряду с такими знаменитыми фотографиями, как восход Земли над лунным горизонтом, запечатленный экипажем «Аполлона-8», и первое изображение спиральной цепочки ДНК. Пусть вас не смущают параллельные светлые полосы, которые пересекают черноту пространства. К реальности они не имеют отношения; эти ложные изображения возникли из-за бликов от солнечного света внутри камеры. Обратите внимание на крохотную голубую точку почти в центре изображения. Размер ее составляет всего лишь 1 пиксель.