Наука Плоского Мира - Терри Пратчетт

Эти небесные тела называются «объектами пояса Койпера» (ОПК). Несколько лет тому назад между астрономами разгорелся серьезный спор по поводу того, считать ли Плутон планетой или ОПК. Плутону, возможно, все равно, однако авторам многих учебников — нет. Аргументы были весомыми: как уже говорилось, Плутон — странный объект практически во всех отношениях, и он вполне мог оказаться ОПК, случайно попавшим во внешнюю часть Солнечной системы в результате взаимодействия с другими небесными телами. Это бы объяснило его странное поведение. Плутон не похож на планету, потому что не является планетой. Другие астрономы высказывались против переименования Плутона — из-за сентиментальной привязанности, исторических причин, а также просто потому, что принадлежность Плутона поясу Койпера точно не установлена. В конечном счете, Плутон остался в списке планет, но как долго он сохранит свой статус остается неясным[44].

Не стоит также забывать о метеоритах, каменных глыбах самых разных размеров, которые время от времени проносятся через Солнечную систему…

Более того, каждое из этих небесных тел по-своему уникально. Меркурий — раскаленная и изрытая кратерами каменная глыба. Атмосфера Венеры состоит из серной кислоты, направление вращение отличается практически от всех остальных тел Солнечной системы, а через каждые 100 миллионов лет — по крайней мере, так считается — на планете происходит массовое извержение вулканов. На Земле есть океаны и существует жизнь; поскольку мы тоже живем на ней, то считаем ее лучшей из планет, хотя многие инопланетяне могли бы возразить против ее смертоносной, ядовитой, агрессивной атмосферы, насыщенной кислородом. Марс покрыт каменистыми пустынями, а на его полюсах находится сухой лед. Юпитер — газовый гигант, ядро которого состоит из водорода под таким огромным давлением, что он переходит в металлическую форму; внутри него, возможно, есть каменное ядро, которое «мало» по сравнению с целым Юпитером, но все же в три раза больше Земли по диаметру. У Сатурна есть кольца — правда, у Юпитера, Урана и Нептуна они тоже есть, но выглядят далеко не так эффектно. Уран носит мантию из замерзшего метана и аммиака, а его ось наклонена так сильно, что планета вращается слегка вверх ногами. Нептун похож на Уран, но без нелепого наклона оси. Плутон, как мы уже говорили, — просто безумная планета. Хотя у нас и нет более-менее точных данных о его размере и массе, но его точно можно назвать лилипутом в стране газовых гигантов.

Да… все это должна объяснить теория происхождения Солнечной системы. Было куда проще, когда мы считали, что есть только шесть планет, Луна и Солнце — вот и вся Солнечная система. Что же касается создания Солнечной системы неким сверхъестественным существом, то с какой стати уважающий себя создатель станет настолько усложнять свое творение?

Она сама стала такой сложной — вот в чем дело. Теперь мы считаем, что Солнечная система возникла как единое целое из довольно сложных компонентов. Но потребовалось время, чтобы дойти до этого.

Первая теория, объясняющая возникновение планет, которая по современным меркам звучит хоть сколько-нибудь правдоподобно, была сформулирована известным немецким философом Иммануилом Кантом около 250 лет назад. Кант считал, что все началось с огромного облака космической материи — большие камни, маленькие камни, пыль, газ — части облака сблизились под действием сил притяжения и стали единым целым.

Примерно 40 лет спустя французский математик Пьер-Симон де Лаплас разработал альтернативную и невероятно изящную теорию; правда у нее был один недостаток — она не работала на практике. Лаплас пришел к выводу, что Солнце образовалось раньше планет, возможно, в результате процесса притяжения, который описал Кант. Однако то древнее Солнце было намного больше нашего, так как не сформировалось не полностью — в результате граница его атмосферы находилась за пределами орбиты Плутона. Подобно волшебникам Незримого Университета, Лаплас считал Солнце огромной топкой, которая постепенно сжигала свое топливо. Когда Солнце повзрослело, оно остыло. Остывающий газ сжимается, в результате Солнце стало меньше.

Теперь в дело вступает одна характерная черта движущихся тел, следующая из другого закона Ньютона, закона движения. Вращающееся тело обладает так называемым «моментом вращения», который зависит от массы тела, скорости вращения и удаленности это массы от центра. Согласно Ньютону, вращательный момент сохраняется, то есть он может перераспределяться, но не может исчезнуть или появиться из ниоткуда. Если вращающееся тело прижмется к оси вращения, а скорость вращения останется прежней, угловой момент будет потерян, следовательно, скорость вращения должна возрасти, чтобы эту потерю компенсировать. Именно так фигуристы исполняют быстрое вращение: они начинают вращаться медленно, вытянув руки в стороны, а затем прижимаю руки к телу. Помимо этого, вращающееся тело испытывает действие центробежной силы, которая стремится отбросить его от центра.

Лаплас задался вопросом, может ли центробежная сила, действующая на вращающееся облако газа оторвать от него газовый пояс в районе экватора. Он рассчитал, что это случится, если сила притяжения, удерживающая пояс у центра будет равна центробежной силе, стремящейся его отделить. Этот процесс будет повторяться несколько раз по мере сжатия газа — в результате Солнце, уменьшаясь в размерах, окружало себя кольцами материи. Все эти кольца оказались в одной и той же плоскости, проходящей через экватор Солнца. Если предположить, что каждое кольцо сжалось в единый объект, то мы получим… планеты!

Теория Лапласа, в отличие от теории Канта, объяснила тот факт, что все планеты находятся примерно в одной плоскости и вращаются вокруг Солнца в том же направлении, в котором Солнце вращается вокруг собственной оси. В дополнение это также объясняло движение спутников, поскольку аналогичный процесс мог иметь место при сжатии колец в планеты. Несложно объединить преимущества, которые дают оба объяснения, в одну теорию. Такая теория устраивала ученых на протяжении последующего столетия. Однако постепенно стало понятно, что наша Солнечная система не настолько дисциплинирована, как считали Кант и Лаплас. Орбиты астероидов беспорядочны, а некоторые спутники вращаются в противоположную сторону. Солнце обладает 99 % массы всей Солнечной системы, однако 99 % ее вращательного момента заключено в планетах: либо Солнце вращается слишком медленно, либо планеты вращаются слишком быстро.

К началу двадцатого века астрономы уже не могли мириться с этими недостатками теории Лапласа. Некоторые ученые выдвинули идею о происхождении Солнечной системы в результате близкого контакта двух звезд. Когда две звезды пролетели близко друг от друга, гравитационное притяжение одной из них вытянуло из другой сигарообразный сгусток материи, который впоследствии образовал планеты. Преимущество сигарообразной формы состояло в том, что она узкая на концах и широкая в середине — точно так же, как и планеты, близкие к Солнцу или, наоборот, удаленные от него, как Плутон, маленькие, а планеты в середине, например, Юпитер и Сатурн, — большие. Правда, никто не мог сказать, почему же сгусток должен иметь форму сигары.

Важное следствие этой теории состояло в том, что солнечные системы — это редкое явление, поскольку звезды по большей части удалены друг от друга и нечасто контактирую достаточно близко, чтобы «выкурить одну сигару на двоих». Если вы из числа тех людей, которых согревает мысль о нашей уникальности во Вселенной, то подобная теория будет как нельзя кстати: если планеты редки, то населенные планеты встречаются еще реже. Если же вы считаете, что Земля, как и ее жизненные формы, не является чем-то из ряда вон, то теория о космической сигаре будет только мешать вашей фантазии.

К середине двадцатого века сигарообразная теория стала еще менее правдоподобной, чем теория Канта-Лапласа. Если вырвать из атмосферы звезды массу горячего газа, она не превратится в планеты, а рассеется по бескрайнему межзвездному пространству, как капля чернил в яростном океане. Однако к тому моменту астрономы намного лучше представляли себе процесс образования звезды, поэтому стало ясно, что этот же процесс должен отвечать и за формирование планет. Солнечная система — это не Солнце, которое впоследствии обзавелось крошечными компаньонами, она образуется как единое целое с самого начала. Все начинается с диска, формы, которая в нашей Вселенной (насколько нам известно) больше всего похожа на Плоский Мир. Изначально диск представляет собой облако, но в конечном счете превращается во множество шаров (третье правило Тупса).

До того, как сформировался диск, Солнечная система и само Солнце были частью облака межзвездного газа и пыли. Случайные колебания привели к сжатию пылевого облака — все частицы устремились примерно (не точно) в одну центральную точку. Все, что необходимо для такого сжатия — это концентрация материи в одной области, которая за счет гравитации притягивает к себе еще больше материи: случайные колебания способны образовать такую область, если дать им достаточно времени. Но как только процесс начался, он протекает на удивление быстро и занимает около десяти миллионов лет. Поначалу сжимающееся облако имеет сферическую форму. Однако оно движется по кругу вместе с галактикой, поэтому его внешний край (по отношению к центру галактики) движется медленнее внутреннего. Закон сохранения вращательного момент говорит нам, что по мере сжатия облако начинает вращаться, и чем сильнее оно сжимается, тем выше скорость вращения. По мере ускорения облако сплющивается и становится диском.