Наука Плоского Мира - Терри Пратчетт

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.

Более точные вычисления показывают, что вблизи центра диск принимает форму плотного сгустка, в котором оказывается большая часть материи. Сгусток продолжает уплотняться, энергия гравитационного поля переходит в тепло, и температура быстро поднимается. Когда она становится достаточно высокой, начинаются ядерные реакции — это значит, что сгусток стал звездой. Тем временем частицы диска, как и представлял себе Кант, испытывают случайные соударения и слипаются вместе — тоже не слишком упорядоченно. Некоторые скопления отбрасываются на крутые эксцентрические орбиты или выпадают из плоскости диска. Большинство же ведет себя более прилично и превращается в нормальные планеты. Тот же процесс, происходящий в миниатюре, может приводить к образованию спутников у большинства планет.

Химию планет это тоже объясняет. Планеты, возникшие рядом с Солнцем, нагреваются очень сильно — настолько сильно, что вода на них не может существовать в твердом виде. Дальше от Солнца — примерно на орбите Юпитера (для облака, подходящего по размеру для создания Солнца и Солнечной системы) — вода замерзает, образуя лед. Это различие играет важную роль в химическом составе планет, общую картину которого мы можем понять, обратив внимание всего на три элемента: водород, кислород и кремний. Водород и кислород — это самые распространенные во Вселенной элементы (не считая гелия, но он в химические реакции не вступает). Кремний встречается реже, но его все равно довольно много. При соединении кремния с кислородом образуются силикаты — это и есть камни. Однако даже если весь кремний будет связан с кислородом, 96 % кислорода все еще существует в свободном виде, поэтому он соединяется с водородом, образуя воду. Количество водорода в тысячи раз превышает количество кислорода, поэтому практически весь кислород, который не был потрачен на камни, будет связан в виде воды. Преобладающим веществом в диске становится вода.

Рядом со звездой вода находится в жидком или газообразном состоянии, однако на расстояниях, сравнимых с орбитой Юпитера, она существует в виде льда. Планета, которая образуется в области, где есть лед, может набрать значительную массу в виде твердых частиц. Поэтому планеты в этой области большие и покрыты льдом (по крайней мере, поначалу). А планеты рядом со звездой меньше и состоят в основном из камня. Однако теперь «большие парни» могут использовать свою массу, чтобы стать еще больше. Любой объект, который по массе превосходит Землю хотя бы в десять раз, способен притянуть и удержать два наиболее распространенных элемента диска: водород и гелий. В итоге большие шары набирают дополнительную массу, втягивая в себя эти газы. Кроме того, они способны удержать метан и аммиак, которые рядом со звездой становятся летучими газами.

Это теория объясняет очень многое. Она в основном правильно отражает все характерные особенности Солнечной системы. Она допускает возможность странного противоположного вращения — в редких случаях. Она согласуется с наблюдениями за сжимающимися газовыми облаками в отдаленных областях космоса. Возможно, она не идеальна, и для объяснения странностей вроде Плутона требуются особые поправки, но наиболее важные моменты она объясняет достаточно четко.

Скорее всего, огромное число планет существуют без центральной звезды. В 2000 году группа под руководством Рафаэля Рэболо обнаружила большие изолированные планеты. Обзор тел, замеченных в кластере Сигма Ориона, показывает: чем они меньше, тем больше их количество. Если это правило выполняется и для объектов размера Земли (которые слишком малы, чтобы их можно было обнаружить современными методами), то «изолированные планеты» должны встречаться в галактике на каждом шагу. К примеру, в пределах 30 световых лет от Земли их могут быть сотни. Однако если поблизости нет звезды, увидеть их непосредственно нельзя. Без звезды нет мерцающего света, нельзя увидеть затемнение, когда ее закрывает проходящая мимо планета, а сами по себе планеты излучают только отражение света отдаленных звезд, который слишком слаб, чтобы мы могли увидеть его с Земли. Общепринятая теория образования планет, в которой звезда возникает вместе со своей солнечно системой, к таким мирам неприменима. Маленькие облака газа не обладают достаточно массой, чтобы процесс гравитационного сжатия протекал должным образом. Тем не менее, магнитные явления могут привести к разрыву сжимающегося газового облака вокруг звезды и его отторжению еще до того, как оно разделится на планеты. Возможно также, что эти планеты возникли обычным способом, но впоследствии покинули свои солнечные системы.

Будущее Солнечной системы представляет не меньший интерес, чем ее прошлое. Солнечная система, основанная на идеях Ньютона и его современников, по большей части представляла собой заводной механизм — некую небесную машину, которая, будучи однажды приведена в движение, продолжит весело тикать до бесконечности, следуя простым математическим правилам. В те времена даже строили небесные машины, или планетарии, с множеством шестеренок, бронзовыми планетами и лунами из слоновой кости, которые приводились в движение поворотом рукоятки.

Теперь мы знаем, что космический механизм может давать сбои. Это случится не скоро, но рано или поздно в Солнечной системе могут произойти заметные изменения. Ключевой причиной здесь является хаос — хаос в том смысле, который вкладывает в него «теория хаоса» (со всеми этими причудливыми разноцветными «фракталами») — быстро развивающаяся область математики, которая проникает во все остальные науки. Хаос говорит нам, что простые правила не всегда ведут к простому поведению — Думминг Тупс и остальные волшебники как раз стоят на пороге этого открытия. Более того, простые правила могут в итоге породить явления, которые содержат в себе элементы случайности. Хаотические системы в начале ведут себя предсказуемо, но стоит пересечь «горизонт предсказаний», как прогнозы становятся бесполезными. Погода хаотична — ее горизонт предсказаний составляет около четырех дней. Солнечная система, как там теперь известно, тоже хаотична, и ее горизонт находится в десяти миллионах лет от нас. Например, мы не можем с уверенностью сказать, с какой стороны от Солнца будет находиться Плутон через сто миллионов лет. Он будет находиться на той же самой орбите, но его положение по отношению к этой орбите будет совершенно непредсказуемым.

Мы знаем это, благодаря математическим расчетам, частично основанным на планетарных моделях, только не механических, а «цифровых» — это специализированные компьютеры, способные моделировать небесные машины с высокой скоростью. Цифровой планетарий был разработан исследовательской группой Джэка Уисдома, который параллельно со своим конкурентом, Джэком Ласкаром, пытался расширить наши познания о будущем Солнечной системы. Несмотря на то, что в перспективе хаотическая система непредсказуема, можно сделать несколько прогнозов и выявить в них общие черты. Согласно математическим выкладкам, этим результатам вполне можно доверять.

Один из самых неожиданных результатов говорит о том, что Солнечная система в будущем потеряет одну из планет. Примерно через миллиард лет Меркурий удалится от Солнца настолько, что пересечет орбиту Венеры. В результате близкого контакта между двумя планетами одна из них, а, может быть, и обе, будет отброшена и покинет Солнечную систему — если конечно не столкнется с чем-нибудь по пути, что маловероятно, но все же возможно. Может быть, это будет Земля. Или же Венера вовлечет нашу планету в своеобразный космический танец, в результате чего выброшенной из Солнечной системы окажется Земля. Подробности этого события предсказать нельзя, но в целом подобный сценарий весьма вероятен.