Глава 12. Как родились Солнце и Земля

Ночь 137. Звонок домой в выходной

День полёта 137 был выходным. На станции выходные бывают примерно раз в неделю, и они не совсем свободны. Утром Нур всё равно занималась упражнениями, потому что кости и мышцы не берут выходных от того, чтобы слабеть в невесомости. Она также убрала свою спальную каюту и протёрла поверхности рядом с кухонным уголком, где любят прятаться маленькие капли еды и воды. Но после обеда расписание с Земли было пустым, и вторая половина дня принадлежала ей.

У выходных на станции свои тихие привычки. Томас включил музыку с планшета в главном модуле, негромко, и подпевал себе под нос, когда думал, что его никто не слышит. Аде читал на экране длинную книгу и парил вверх ногами по отношению ко всем остальным, потому что, по его словам, так ему лучше думалось. Никто не возражал. В невесомости нет настоящего верха и низа, есть только направление, которое экипаж договорился называть полом, чтобы надписи и переключатели было легко найти.

Часть дня Нур провела у большого иллюминатора с фотоаппаратом. Станция проходила над широким океаном. С высоты около 400 километров вода была густо-синей, тёмной, а облака лежали на ней длинными белыми полосами и завитками. Одни облака были тонкими и мягкими, как пролитое молоко. Другие поднимались высокими башнями с плоскими вершинами. На краю планеты тонкая полоса бледно-голубого воздуха отделяла Землю от черноты космоса. Нур делала снимок за снимком. Учёные используют такие фотографии, но она снимала и просто потому, что не могла остановиться.

Ближе к вечеру был видеозвонок домой. Сами, у которого был выходной, сидел за кухонным столом у мамы. Мама, как всегда, держала экран слишком близко к лицу и спрашивала, достаточно ли Нур ест. Сами спросил про вид из окна. Нур повернула камеру к иллюминатору, чтобы они увидели, как проплывают океан и облака. На какое-то мгновение никто не сказал ни слова.

Потом мама задала вопрос, который звучал просто: «А Земля была всегда? Её сделали одновременно со всем остальным?» Сами рассмеялся и сказал, что Нур понадобится целая ночь, чтобы на это ответить. Он был прав. После звонка Нур долго парила у иллюминатора. Планета внизу выглядела такой законченной и такой спокойной. И всё же у неё было рождение, и это рождение было совсем не мягким.

Поэтому история этой ночи — о том, как родились Солнце и Земля. В прошлую ночь мы видели, как звёзды создают элементы и рассеивают их в космосе. Сегодня часть этих рассеянных элементов снова соберётся вместе. Они соберутся в новую звезду, наше Солнце, и в планеты, которые обращаются вокруг него, в том числе в голубой мир под иллюминатором Нур.

Облако, которое упало само в себя

Около 4,6 миллиарда лет назад место, где сейчас находится наша солнечная система, было частью большого облака газа и пыли в Млечном Пути. К тому времени Вселенной было уже больше девяти миллиардов лет. Многие поколения звёзд прожили свою жизнь и погибли, и их элементы смешались с облаками между звёздами. Облако, которому предстояло стать нашей солнечной системой, состояло в основном из водорода и гелия, но в нём были и небольшие количества углерода, кислорода, кремния, железа и многих других элементов, созданных более ранними звёздами.

Такие облака могут долго оставаться спокойными. Потом что-то заставляет часть облака начать падать внутрь под действием собственного тяготения. Что начало сжатие в нашем случае, точно не известно. Одна идея состоит в том, что неподалёку взорвалась звезда и её ударная волна надавила на облако и сжала его часть. С этой идеей согласуются некоторые элементы, найденные в старых камнях, но возможны и другие объяснения, и учёные всё ещё обсуждают этот вопрос. Ясно одно: часть облака начала сжиматься.

Падая внутрь, газ начал вращаться быстрее. Возможно, вы видели, как фигуристка прижимает руки и начинает вращаться на льду быстрее. То же самое происходит с вращающимся облаком, когда оно становится меньше. Вращающееся облако к тому же сплющилось в диск, как сплющивается ком теста, когда пекарь подбрасывает и раскручивает его в воздухе. Бо́льшая часть вещества упала в центр диска. Там давление и жар всё росли и росли, пока центр не стал достаточно горячим, чтобы начался термоядерный синтез. Родилась новая звезда. Этой звездой было Солнце.

Солнце забрало почти всё вещество. Сегодня больше 99 процентов массы всей солнечной системы приходится на Солнце. Всё остальное — все планеты, спутники, астероиды и кометы вместе — лишь небольшой остаток. Если бы солнечная система была целым днём выпечки в пекарне, Солнце было бы почти всем хлебом, а планеты — несколькими крошками, оставшимися на столе. Но, как мы знаем, крошки могут значить очень многое, потому что одна из них — наш дом.

Сегодня астрономы могут видеть, как этот процесс идёт в других местах. В большие телескопы они находят молодые звёзды, окружённые плоскими дисками газа и пыли. В некоторых из этих дисков есть тёмные кольца и промежутки — возможно, это места, где молодые планеты, вырастая, расчищают себе путь. Смотреть на эти диски немного похоже на то, как рассматривать старые семейные фотографии чужих детей, чтобы понять, как вы сами выглядели младенцем. Мы не можем вернуться и посмотреть на собственное рождение, но можем наблюдать рождение других.

Как читать самые старые камни

Откуда мы знаем, когда родилась солнечная система? Никто не стоял там с календарём. Ответ дают камни, и в особенности камни, которые падают с неба. Некоторые метеориты — это куски вещества, которое образовалось в диске вокруг молодого Солнца и так и не стало частью планеты. Они остались почти такими же, какими были с начала солнечной системы, как письма, пролежавшие в ящике стола миллиарды лет.

Некоторые элементы в камнях радиоактивны. Это значит, что их атомы медленно превращаются в другие атомы с постоянной скоростью, которая не зависит ни от жары, ни от холода. Учёные могут измерить, сколько исходных атомов осталось и сколько новых атомов образовалось. По этому можно вычислить, как давно камень затвердел. Это природные часы, немного похожие на песочные, песок в которых сыплется с одной и той же скоростью, что бы ни происходило вокруг.

В середине XX века учёные применили такие часы к метеоритам и получили возраст около 4,5 миллиарда лет. Более поздние измерения становились всё точнее. Сегодня возраст самых старых твёрдых частиц, найденных в метеоритах, — около 4,6 миллиарда лет. Это самое старое твёрдое вещество, которое мы можем подержать в руках. Многие музеи хранят куски таких метеоритов, и в некоторых посетителям разрешают к ним прикоснуться.

На самой Земле найти камни из самого начала труднее. Молодая Земля была горячей, и её поверхность с тех пор много раз плавилась, раскалывалась, разрушалась и перерабатывалась. Поэтому самые старые камни на Земле моложе самых старых метеоритов. Но крошечные, очень твёрдые минеральные зёрнышки сохранились со времени вскоре после образования Земли, и они говорят нам, что у Земли довольно рано уже была твёрдая кора. Разные виды свидетельств — от метеоритов, земных пород и камней, доставленных с Луны, — указывают на один и тот же возраст солнечной системы.

Планеты из диска

Пока в центре формировалось Солнце, в остальном диске тоже кипела работа. Рядом с молодым Солнцем было жарко. Затвердеть там могли только вещества, выдерживающие сильный жар, такие как камень и металл. Дальше было достаточно холодно, чтобы вода и другие вещества замерзали в лёд. Эта разница помогает объяснить, почему планеты рядом с Солнцем — Меркурий, Венера, Земля и Марс — маленькие и каменистые, а планеты дальше — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — гораздо крупнее и содержат много газа и льда.

В диске крошечные пылинки слипались, немного похоже на то, как собирается пыль под кроватью. Комочки вырастали в камешки, камешки — в камни, а камни — в тела поперечником во много километров. Эти тела сталкивались и соединялись снова и снова. В конце концов небольшое число крупных тел расчистило свои пути и стало планетами. Весь процесс строительства каменистых планет занял, вероятно, десятки миллионов лет, а это немного по сравнению с возрастом солнечной системы.

Планетам-гигантам нужно было выиграть гонку. Юпитер и Сатурн состоят в основном из газов водорода и гелия, а собрать этот газ они могли только пока он ещё был в диске. Часть газа упала в молодое Солнце, а остальное постепенно было вытеснено сильным светом молодого Солнца и частицами, которые оно выдувало наружу. За несколько миллионов лет бо́льшая часть газа в диске исчезла. Поэтому планеты-гиганты, должно быть, росли быстро: сначала построили твёрдые ядра, а потом втянули огромные количества газа, пока он не исчез. Каменистым планетам рядом с Солнцем газ был не нужен, и они могли не спешить.

Жизнь молодой Земли не была спокойной. В неё снова и снова врезались меньшие тела, а её поверхность была горячей и часто расплавленной. Тяжёлые металлы, такие как железо, опустились к центру и образовали ядро Земли. Более лёгкие породы оказались над ним. Из горячих пород выходили газы, и постепенно образовалась ранняя атмосфера. Со временем поверхность остыла, и вода собралась в первые океаны.

Не каждый кусок диска стал частью планеты. Множество каменистых остатков до сих пор обращается вокруг Солнца в широком поясе между Марсом и Юпитером — это астероиды. Дальше, за Нептуном, много ледяных остатков, и некоторые из них, когда их пути приводят их близко к Солнцу, становятся кометами с длинными светящимися хвостами. Эти остатки драгоценны для учёных, потому что изменились меньше, чем планеты. Космические зонды побывали у нескольких астероидов и комет, а некоторые даже доставили небольшие образцы на Землю, чтобы самое старое вещество солнечной системы можно было изучать в лабораториях.

Откуда взялась вода на Земле, до сих пор обсуждается. Часть её, возможно, была в тех породах, из которых построена Земля. Часть, возможно, принесли позже ледяные тела из более далёких областей солнечной системы, например некоторые астероиды или кометы. Учёные сравнивают виды воды, найденные в кометах, астероидах и земных океанах, чтобы выяснить, какие источники подходят лучше всего, но полный ответ пока не известен. Так что в следующий раз, выпивая стакан воды, вы будете пить то, точное происхождение чего — всё ещё маленькая тайна.

Луна и семейная история Солнца

У Луны тоже было бурное рождение. Ведущая сегодня идея состоит в том, что в начале жизни Земли другое тело, размером примерно с Марс, врезалось в молодую Землю. Столкновение выбросило в пространство вокруг Земли огромное количество горячего вещества. Часть этого вещества собралась вместе и стала Луной. Эта идея объясняет несколько фактов, например почему у Луны маленькое железное ядро и почему её породы во многом похожи на земные. Но детали всё ещё изучаются, и учёные продолжают проверять другие варианты этой идеи.

Молодая Луна была гораздо ближе к Земле, чем сегодня. С момента рождения она медленно удаляется. Учёные могут измерить это очень точно, отражая лазерный свет от отражателей, оставленных на поверхности Луны, и засекая, сколько времени свет идёт обратно. Сегодня Луна удаляется от Земли примерно на четыре сантиметра в год — примерно с той скоростью, с какой растут ваши ногти. За миллиарды лет эти маленькие шаги сложились в большое расстояние.

Теперь мы можем ответить на вопрос, который задала мама Нур. Нет, Земля не была сделана одновременно со всем остальным. Вселенной около 13,8 миллиарда лет. Солнцу и Земле около 4,6 миллиарда лет. Значит, Вселенная существовала уже примерно две трети своего нынешнего возраста, прежде чем появилась наша солнечная система. Многие звёзды пришли и ушли до рождения Солнца.

На самом деле Солнце несёт доказательство этого в себе. Изучая спектр солнечного света, астрономы находят не только водород и гелий, но и небольшие количества более тяжёлых элементов, таких как углерод, кислород и железо. В самых первых звёздах этих элементов быть не могло, потому что первые минуты Вселенной почти их не создали. Значит, Солнце должно было образоваться из вещества, которое уже прошло через более ранние звёзды. Солнце — не первенец Вселенной. Это её внук или, может быть, праправнук многих более ранних поколений.

Это один из тихих уроков истории этой ночи. Земля не древняя в том смысле, в каком древняя Вселенная. Она появилась поздно, построенная из того, что оставили после себя более ранние звёзды. Всё, что под иллюминатором Нур, — океаны, облака, камни и живые существа — зависит от долгой истории звёзд, которые работали и закончили свою жизнь задолго до того, как появился кто-то, кто мог бы их увидеть.

На этой молодой, меняющейся Земле со временем зародилась жизнь. Как и когда именно это произошло, до сих пор один из великих открытых вопросов науки. Самым старым признакам жизни, которые учёные нашли и которые широко признаны, около трёх с половиной миллиардов лет, а некоторые возможные признаки могут быть и старше, хотя самые ранние следы малы и трудны для прочтения, и их точный возраст всё ещё обсуждается. Ясным кажется то, что жизнь появилась на Земле довольно рано в её истории, как только появились океаны и поверхность остыла. От тех первых простых живых существ очень долгая история привела к облакам планктона в океанах, к лесам на суше и, гораздо позже, к людям, которые смотрят вниз из иллюминатора станции.

После звонка

Когда станция ушла в тень Земли, океан внизу исчез в темноте, а над тонкой линией воздуха проступили звёзды. Нур убрала фотоаппарат и написала Сами и маме вместе.

«Земля моложе Вселенной, — написала она. — Ей около 4,6 миллиарда лет, а Вселенной около 13,8 миллиарда. Солнце и Земля образовались из вращающегося облака, полного пыли от более старых звёзд. Луна, вероятно, образовалась, когда что-то большое врезалось в молодую Землю. Так что, мама, Земля была не всегда. Она появилась поздно, но появилась на славу».

Отправив сообщение, Нур ещё немного побыла у иллюминатора. Когда станция в следующий раз вышла из тени Земли, вдоль края планеты протянулась тонкая оранжевая полоска света, и океан медленно снова стал синим. Это был ещё один восход в дне, полном восходов. Она перестала их считать, но не перестала на них смотреть. Потом она ушла в каюту и забралась в спальный мешок.

Сами ответил посреди смены: «Мама говорит, это похоже на тебя. Появилась поздно, но на славу». Нур тихо рассмеялась в спальном мешке, чтобы не разбудить Аде в соседней каюте.

Если завтра по дороге на работу или домой вы посмотрите на землю у себя под ногами, вы можете вспомнить, что когда-то она была пылью во вращающемся диске. Понадобилось много времени и много столкновений, чтобы она стала твёрдым местом, где люди могут ходить, строить и отдыхать. Как и многое, что стоит иметь, её не делали в спешке.

Распространённые заблуждения

Многие думают, что Солнце и Земля так же стары, как Вселенная, будто всё появилось сразу, в самом начале. Так легко представить, потому что Солнце и Земля кажутся постоянным фоном нашей жизни. Но Вселенной около 13,8 миллиарда лет, а Солнцу и Земле — около 4,6 миллиарда. Больше девяти миллиардов лет Вселенная существовала без нашей солнечной системы. Звёзды рождались и погибали, галактики росли задолго до того, как засияло Солнце.

Многие также думают, что Солнце — одна из первых звёзд. На самом деле самые первые звёзды состояли почти только из водорода и гелия, и большинство из них, вероятно, прожили короткую жизнь и давно её закончили. В Солнце есть более тяжёлые элементы, которые могли создать только более ранние звёзды. Вот почему астрономы говорят, что Солнце принадлежит к более позднему поколению. Это молодой член очень старой семьи.

Наконец, некоторые думают, что Земля всегда выглядела так, как сегодня, — с синими океанами, белыми облаками и зелёной сушей. Но молодая Земля была совсем другой. Долгое время она была горячей, в неё часто врезались другие тела, и у неё не было знакомых нам океанов и воздуха. Её материки перемещались, её воздух менялся, и её жизнь много раз менялась. Спокойный голубой мир, который фотографирует Нур, — результат миллиардов лет перемен. В следующую ночь мы посмотрим на перемену другого рода, гораздо большую и до сих пор не объяснённую: на то, как вся Вселенная стала расти быстрее.