Тогда Солнце было окружено обширным облаком пыли, состоявшим из песчинок графита, похожего по составу на грифель в простом карандаше и кремния в виде тончайшего песка, покрывающего морские и речные пляжи. Возможно, изредка попадались окислы железа, напоминающие частички ржавчины, смерзшиеся вместе с аммиаком, метаном и другими углеводородами, горящих ярким пламенем в наших кухонных плитах. Столкновения этих песчинок привели к образованию камешков побольше, диаметром до нескольких сантиметров, рассеянных по колоссальному комплексу колец вокруг Солнца.
Расчеты астрофизиков показывают, что эти кольца были внутренне неустойчивы из-за взаимного притяжения, и поэтому составляющие их камешки и песчинки объединялись в большие тела типа метеоров, метеоритов и астероидов. В современную эпоху эти и подобные им небесные тела заполняют все пространство между Марсом и Юпитером, причем многие из них имеют диаметр в несколько километров. В свою очередь нестабильной оказалась и сама система астероидов. Процесс объединения и укрупнения продолжался многие сотни миллионов лет, пока не возникли зародыши будущих планет.
Вначале Солнечная система состояла из планет и множества астероидов, еще не объединенных вместе и распределенных по очень сложным орбитам. 3 млрд лет назад падение астероида на планету должно было быть явлением довольно частым; те небесные тела Солнечной системы, которые практически лишены атмосферы (как Луна, Марс и Меркурий), до сих пор несут на себе следы этих бомбардировок. На Земле воздействие атмосферы уничтожило следы таких событий, и только некоторые из недавно образованных кратеров еще видны.
Наиболее близкие к Солнцу планеты сформировались в более горячей области, нежели дальние планеты; более того, вскоре после своего рождения Солнце пережило период большой активности, когда его масса, уносимая горячим солнечным ветром, уменьшалась с огромной скоростью, всего за несколько миллионов лет масса Солнца уменьшилась вдвое. Ученые весьма поэтично называют этот период «эрой Тельца» – по имени звезды, переживающей сходные метаморфозы в созвездии Тельца. Раскаленное дыхание Солнца очищало межпланетное пространство от газов и остаточной пыли, перемещая их в сторону внешнего пространства. Действительно, около дальних планет (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) и теперь встречаются в изобилии различные элементы, в то время как около внутренних каменистых планет их сравнительно мало. А вот единого мнения насчет происхождения комет до сих пор нет.
Как только вес зародыша планеты достигнет нескольких масс Земли, он приобретает способность формировать собственную атмосферу. Газовые гиганты – Юпитер, Сатурн, Нептун и Уран очень быстро, за сотни лет увеличили свою массу в десятки раз путем захвата газов из окружающего межпланетного пространства.
Так в нашей Солнечной системе на периферии образовались планеты-гиганты, способные удержать возле себя газовые оболочки. Сначала сформировались ядра планет-гигантов, а затем они «нарастили» себе оболочку из водорода и гелия. При этом чем больше масса планеты, тем быстрее она присваивает пыль и газы на своем пути. По современным расчетам, рост Юпитера продолжался десятки миллионов лет, а рост Сатурна – сотни миллионов. В процессе эволюции у планет-гигантов возникли собственные диски из газа и пыли, из которых затем сформировались кольца и многочисленные спутники.
Глава 19. Смерть окружающего мира
Изучение будущего Вселенной принципиально отличается от изучения прошлого. Прошлое оставило свои следы, и, обнаруживая их, мы проверяем правильность своих представлений. Картина будущего – это всего экстраполяция, прямая проверка здесь невозможна. И тем не менее сегодня фундамент физических и астрофизических знаний настолько прочен, что позволяет с достаточной уверенностью рассматривать отдаленное будущее Вселенной.
И. Д. Новиков.
На крыльях времени
Итак, вскоре после катаклизма Большого взрыва вещество было рассеяно во Вселенной почти равномерно. Причина, по которой из однородной среды образовались массивные тела (звезды, планеты, галактики и т. д.) кроется в силе гравитации. Там, где плотность была чуть выше средней, сильнее было и притяжение, значит, более плотные образования становились еще плотнее. Изначально однородная масса со временем разделилась на отдельные «облака», из которых сформировались галактики. Прошли еще сотни миллионов лет, и под действием гравитационных сил начался процесс гравитационной конденсации первичной газово-пылевой среды в небесные тела – звезды и планеты.
Ну, а какая же судьба может ожидать нашу Вселенную в отдаленном будущем?
Первый из таких процессов сейчас ни у кого не вызывает сомнений – звезды в будущем погаснут. Солнце закончит свою активную эволюцию через несколько миллиардов лет и превратится в белый карлик размером с Землю, который начнет постепенно остывать. Звезды менее массивные, чем Солнце, живут дольше, но и они рано или поздно превращаются в остывшие карлики.
А теперь о судьбе галактик. Звездные системы – галактики – состоят из сотен миллиардов звезд. В центрах галактик, вероятно, находятся сверхмассивные черные дыры, о чем свидетельствуют бурные процессы в галактических ядрах, наблюдаемые астрофизиками. Для будущего галактик существенны очень редкие в наше время события, когда какая-либо звезда в результате гравитационного взаимодействия с другими звездами приобретает большую скорость, покидает галактику и превращается в межгалактического странника. Звезды начнут постепенно покидать галактику, а ее центральная часть – понемногу сжиматься, превращаясь в очень компактное звездное скопление. В таком скоплении звезды будут сталкиваться друг с другом, превращаясь в газ, и этот газ в основном станет падать в центральную сверхмассивную дыру, увеличивая ее массу. Звезды, пролетая слишком близко от этой дыры, также будут разрушаться.
Конечный этап – это сверхмассивная черная дыра, поглотившая остатки звезд центральной части галактики, и рассеивание около 90 процентов всех звезд внешних частей в пространстве. Процесс разрушения галактик закончится примерно через 1019 лет, все звезды к этому времени давно погаснут и потеряют право именоваться звездами.
Для дальнейших процессов определяющей является предсказываемая современной физикой нестабильность ядерного вещества. Имеется в виду, что протон хотя и очень долго живущая, но все же нестабильная частица. Теория «великого объединения», которая предсказывает бурные процессы в эпоху с 10-34 секунды по 10~32 секунды после начала расширения Вселенной, предсказывает и необходимость распада протона (а также и нейтрона в составе сложных ядер, который в этих условиях также считался стабильным). Среднее время его жизни оценивается примерно в 1032 лет. Конечный продукт распада протона – один позитрон, излучение в виде фотона, нейтрино и, возможно, одна или несколько электронно-позитронных пар. Хотя распад протона еще не наблюдался непосредственно, мало кто из физиков сомневается в неизбежности такого процесса.
Итак, примерно через 1032 лет ядерное вещество полностью распадется. Из мира исчезнут даже погасшие звезды. Но распад ядерного вещества уже задолго до этого срока начнет играть важную роль в эволюции Вселенной. Позитроны, возникающие при распаде нуклонов (общее название протонов и нейтронов), аннигилируют с электронами, превращаясь в фотоны, которые вместе с фотонами, прямо возникающими при распаде нуклона, нагревают вещество. Только нейтрино свободно покидают звезду и уносят около 30 процентов всей энергии распада.
