Планеты и жизнь - Лев Мухин

Посмотрим на дальнейшую эволюцию той части первичной туманности, из которой образовались планеты.

Эта часть представляла собой газопылевой слой, вращающийся вокруг протосолнца. Под воздействием различных причин он должен был разделиться на большое число отдельных сгущений, которые двигались по близким орбитам и поэтому очень быстро росли за счет столкновений друг с другом.

Сначала сгущения представляли собой смесь чрезвычайно разреженного газа и пыли. В результате соударений, а также процессов объединения и слипания плотность их увеличивалась. За сравнительно непродолжительный промежуток времени центральные части сгущений превратились в сплошные тела. Так, на расстоянии орбиты Земли этот интервал времени составил всего 10 тысяч лет, а на расстоянии от Юпитера до Солнца - миллион. Таким образом, первичные сгущения в туманности положили начало образованию роя сплошных тел, который впоследствии и привел к возникновению планет.

На определенной стадии появился "зародыш" нашей планеты, который стал "вычерпывать" вещество роя в своем районе. Зародыш Земли по своим размерам превышал Луну.

Твердые тела в допланетном рое достигли линейных размеров порядка десятков километров. Можно представить, что происходило при столкновении десятикилометрового тела (камня!) с зародышем Земли при скорости удара порядка 10 километров в секунду! Масштабы подобных катаклизмов мы видим на примере лунных и марсианских кратеров.

Большая часть падающего тела просто испарялась при ударе, но масса зародыша была достаточно большой, и вещество не могло улететь в космическое пространство. Зародыш увеличивался, постепенно наращивая свою массу. Кстати говоря, впервые именно Шмидт высказал мысль о том, что ударные процессы могли положить начало образованию атмосферы и океана еще до того, как закончилось формирование Земли.

Сколько же времени мог занять процесс образования Земли? Здесь мнения ученых расходятся: одни называют промежуток времени около 100 миллионов лет, другие приводят цифру тысяча лет. Важно ли это?

Чрезвычайно важно, поскольку если планеты (я говорю сейчас о планетах земной группы) сформировались за 100 миллионов лет, их поверхность была сравнительно холодной. По крайней мере средняя температура поверхности была меньше 100 градусов Цельсия. А если время образования планеты было около тысячи или даже 10 тысяч лет, то тепло от ударов падающих тел не успевало рассеиваться и поверхность Земли должна была быть расплавленной.

"Ну и что? - спросит читатель. - Ведь она потом могла остыть".

Все дело в том, что остыть поверхности Земли было бы чрезвычайно трудно. Давайте представим себе, что океаны Земли испарились, а для этого не нужно расплавлять ее поверхность. Достаточно, чтобы температура была больше 100 градусов Цельсия. Мы имели бы очень мощную атмосферу с давлением у поверхности Земли в несколько сот килограммов на квадратный сантиметр.

Атмосфера эта состояла бы из паров воды и углекислого газа. И вот тогда возник бы так называемый необратимый парниковый эффект, который никогда не дал бы поверхности Земли остыть. Какая уж тут жизнь?!

Мне кажется более разумным разбирать эволюцию нашей планеты, исходя из предположения о том, что средняя температура ее поверхности никогда не была слишком высокой. Могли быть, конечно, так называемые горячие пятна. Например вулканы, температура которых при извержении достигает тысячи с лишним градусов.

Но ведь жизнь никак не может существовать при подобной температуре, а чтобы средняя температура поверхности не была высокой, нужна достаточно продолжительная шкала времени образования планет (около ста миллионов лет).

Нарисованная выше схема образования планет приводит нас к нескольким замечательным выводам.

Во-первых, поскольку облака межзвездного газа существуют, они должны эволюционировать и образовывать протозвезды с планетными системами.

Во-вторых, астрономические наблюдения подтверждают существование звезд на стадии Т Тельца, что также является косвенным доказательством нашего построения.

В-третьих, теоретические расчеты подтверждают так называемый закон Боде - правило, которому подчиняется расстояние планетных орбит от Солнца. Это скорее даже эмпирическое правило, состоящее в том, что отношение больших полуосей орбит соседних планет почти постоянно и равно 1,75+0,20.

Короче говоря, есть немалая надежда на то, что наша солнечная система не уникальна в Галактике.

Очень важное подтверждение этому положению находим мы в работах известного американского астронома Ван де Кампа, который в течение многих лет наблюдал знаменитую "летящую звезду Барнарда" в созвездии Змееносца. Эта звезда отличается самым большим собственным движением среди всех остальных звезд ночного неба. За 180 лет она перемещается по небу на величину лунного диаметра. Это объясняется прежде всего тем, что после звезды а Центавра это самая близкая к нам звезда. Ее радиус в 6 раз меньше радиуса Солнца, а масса почти в 10 раз меньше солнечной.

Ван де Камп в течение 25 лет наблюдал движение этой звезды по небосклону. Ему удалось установить удивительную особенность ее движения. Ван де Камп доказал, что "траектория" летящей звезды Барнарда волнообразная. Это могло быть только в случае, если у звезды есть спутник или спутники, то есть вокруг нее вращается одна или несколько планет (точнее, они вместе вращаются вокруг общего центра тяжести).

Предварительные вычисления показали, что масса спутника "летящей звезды" в 1,5 раза больше массы Юпитера. Последующие, более точные измерения позволили установить, что у этой звезды три спутника. Их массы равны соответственно 1,26; 0,63 и 0,89 массы Юпитера, а расстояние от звезды 4,5; 2,9 и 1,8 астрономической единицы (1 астрономическая единица равна расстоянию от Солнца до Земли).

Таким образом, после блистательного открытия Ван де Кампа множественность планетных систем во Вселенной вряд ли можно поставить под сомнение.

Глава IV

НАЧАЛИСЬ СИНТЕЗЫ

Что же происходило с органическими молекулами в период образования планет и как светимость протосолнца влияла на процессы образованияиорганических соединений?

Начнем опять с первичной туманности, из которой родились Солнце и планеты. Она состояла из смеси газа и пыли: частичек силикатов, графита, льдов. Органические молекулы с самого начала, еще до разогрева туманности, присутствовали в ней и в газовой фазе, и на поверхности пылинок. Что это за молекулы и как они образовались?

Сейчас известно около 40 типов простых органических молекул, обнаруженных в газопылевых облаках. Для нас наибольший интерес представляют два соединения: сильнейший яд синильная кислота (цианистый водород) и формальдегид, простая молекула, состоящая из атома углерода, атома кислорода и двух атомов водорода.

Все дело в том, что это, как говорят химики, "ключевые" молекулы для синтеза более сложных соединений.

Например, в химии хорошо известен так называемый синтез Штрекера, когда в водно-аммиачном растворе синильной кислоты и формальдегида просто при легком подогреве смеси образуются аминокислоты. Аминокислоты - основные блоки для создания белковой молекулы. Если подогреть водно-аммиачный раствор синильной кислоты, получается аденин - молекула, без которой невозможно построить ДНК - знаменитую двойную спираль Уотсона - Крика. Американский химик испанского происхождения X. Оро, которому впервые удалось получить аденин из цианистого водорода, показал, что занятия предбиологической химией могут дать хороший промышленный выход. Сейчас метод Оро очень широко применяется для промышленного производства аденина, молекулы, состоящей из 5 молекул синильной кислоты.

Формальдегид очень важен для образования простых Сахаров, без которых, в свою очередь, невозможно получить нуклеиновые кислоты.

Реакции усложнения и превращения формальдегида и синильной кислоты идут не только в растворах. Они могли проходить и в нашей туманности, главным образом на поверхности кристаллов льда. Конечно, скорости этих реакций были в сотни тысяч раз меньше, чем при комнатных температурах. Да и концентрации исходных веществ (формальдегида и синильной кислоты) очень малы. Поэтому появления особенно сложных молекул в туманности вряд ли можно ожидать.

Ну а как же образовались "ключевые" соединения (их еще называют предшественниками)?

Дело в том, что туманность не изолирована от воздействия различных космических факторов. Предположим, что на расстоянии многих световых лет от туманности вспыхнула сверхновая звезда. И мощный поток ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма-квантов устремился к туманности. Этот поток и стал тем стимулирующим фактором, который помог образоваться нашим предшественникам из смеси простых газов.

В самой туманности мы не вправе ожидать появления сложных молекул. Максимум, на что можно было бы рассчитывать, - на присутствие простейших аминокислот или же, например, аденина. Но, к сожалению, ни то, ни другое в газопылевых облаках не обнаружено.