Два юбилея совпали в 2009 году совершенно случайно: 200-летие Дарвина и 400-летие создания телескопа, давшего начало современной астрономии. Таким образом, год дарвинского юбилея оказался вдвойне знаменательным, поскольку ООН объявила его Международным годом астрономии (МГА—2009). Казалось бы, какая связь между Дарвином и астрономией? Но в действительности она без труда усматривается. Результатом работы Дарвина и его коллег стал эволюционный взгляд на живую природу. Результатом создания телескопа стал эволюционный взгляд на Вселенную.
Трудно поверить, но астрономы долго сопротивлялись идее об эволюции Вселенной. Разумеется, изменения в жизни звезд и планет наблюдались всегда. Тысячелетиями астрономы следили за перемещением светил по небу, пытаясь математически предсказать их пути и используя эти движения для счета времени и ведения календаря. Но в основном эти движения были периодическими, монотонно повторяющимися, в них не усматривалось элемента развития. Даже в ХХ веке, уже обнаружив факт расширения Вселенной, астрономы пытались описать его в рамках стационарной модели: вечно расширяющейся и при этом вечно сохраняющей свое неизменное состояние (очень изящная модель, но не выдерживающая давления фактов).
Я человек не религиозный, поэтому способен лишь поверхностно судить о мировосприятии верующего человека, но все же мне кажется, что религиозное сознание должно легче воспринимать идею эволюции, чем сознание естественнонаучное (которое под давлением статистики я отождествляю с атеистическим сознанием). Одна из аксиом абсолютного большинства религий — идея творения, сотворения мира, которая уже сама по себе есть эволюционная идея. Для атеиста же естественной является идея вечной природы, вечной Вселенной, следовательно, в своих основных качествах — неизменной (всё, что могло измениться, давно уже изменилось). Даже законы термодинамики, утверждающие неизбежность эволюции (энтропия нарастает!), физикам удалось обойти, вспомнив о наличии флуктуаций и в равновесном состоянии, причем флуктуаций любой амплитуды, если достаточно долго подождать. Но изыскания астрономов и геологов показали: неживая природа эволюционирует, развитие многих процессов в ней идет в одном направлении. Если же выражаться аккуратнее, то в эпохи, охваченные наблюдениями, процессы преимущественно развивались в одном направлении. Более того, астрономические наблюдения прошедшего столетия невозможно интерпретировать вне рамок модели расширяющейся Вселенной, имевшей «начало».
На мой взгляд, это не говорит о какой-либо конвергенции религиозных и атеистических взглядов на мир. Напротив, процесс непрерывного изменения и развития природы, которое интуитивно чувствовали наши предки, но не могли объяснить иначе как действием разумного начала, теперь находит естественное объяснение на основе «законов природы». Тут можно было бы вспомнить о деизме (Бог создал целесообразную «машину» природы, дал ей законы движения и больше не вмешивается в ее развитие), но, как любой паллиатив, деизм, на мой взгляд, не заслуживает серьезного отношения к себе.
Биологи пришли к идее эволюции раньше, чем астрономы и физики. Думаю, им способствовало то, что живой мир эволюционирует с характерным временем, доступным самому человеку, в чем убеждает нас работа селекционеров. Шкала размеров, а следовательно и характерных времен эволюции космических систем, слишком велика для человека, а физические процессы в микромире происходят со скоростью, недоступной нашему восприятию.
Но сегодня и в науке о неживом эволюционная идея доминирует, хотя до сих пор не все эпизоды космической эволюции находят свое объяснение. Особенно сложны проблемы рождения планет, звезд, галактик, Вселенной... Как бы мы ни называли момент t = 0 в уравнениях космологов, фактически это рождение мира — проблема очень сложная для современной космологии, которая пытается решить ее, используя весь арсенал теоретической физики и наблюдательной астрономии. В последние годы доминируют попытки свести «начало Вселенной» до рядового эпизода в круговороте вечной эволюции многомерного мира. Это интересная идея, но она в каком-то смысле прячет проблему начала мира «под ковер», точно так же, как гипотеза панспермии делает это с проблемой происхождения жизни.
Но в этих заметках я не стану развивать тему рождения Вселенной, а опишу значительно лучше изученные эволюционные процессы из мира планет, звезд и галактик, чтобы продемонстрировать вездесущий характер эволюции во Вселенной, отнюдь не сводящийся только лишь к эпизоду ее рождения.
📌 Планеты и их спутники
Одно из основных отличий космического пространства от биосферы — его почти абсолютная пустота. К примеру, если расселить людей равномерно по поверхности Земли, то расстояние между ближайшими соседями будет около 200 м, т. е. в 200 раз превысит характерный размер самого человека. Бесцельно бродя в ночной темноте, люди изредка сталкивались бы даже при таком рассеянном поселении. А среднее расстояние между звездами в нашей Галактике превышает их собственные размеры в миллиарды раз. Поэтому звезды практически никогда не встречаются друг с другом и тесно не взаимодействуют (за исключением особых случаев, к которым мы еще вернемся).
Иное дело планеты, их спутники и прочее околозвездное «население». Планетные системы — это тесные, густонаселенные «города» на просторах Галактики. В нашей Солнечной системе 8 больших планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун), несколько планет-карликов (в начале 2009 г. — Церера, Плутон, Хаумея, Макемаке и Эрида), а также малые тела: более 400 тыс. астероидов, уже обнаруженных в области планетных орбит, и несметное число ядер комет, не открытых астероидов и даже карликовых планет «на задворках» системы — в облаке Оорта. Все они взаимодействуют и конкурируют за существование. С одной стороны, крупные объекты растут за счет мелких: падение метеоритных частиц на Землю можно наблюдать каждую ночь, с другой — взаимные соударения приводят к дроблению крупных объектов на более мелкие. Достается даже большим планетам: на Земле обнаружено уже немало осколков Луны и Марса. Наиболее интересная для нас внутренняя часть Солнечной системы постоянно обменивается веществом с периферией — одни малые объекты под действием гравитации массивных планет выталкиваются в облако Оорта (а иногда и дальше), другие — захватываются на их место.
В целом наша планетная система давно уже пришла к равновесию, для этого у нее было время: Земля совершила миллиарды оборотов по орбите. Еще недавно астрономы думали, что это равновесие почти равноценно смерти, но год от года обнаруживаются новые процессы, «омолаживающие» планеты и их спутники. Примером могут служить спутники планет-гигантов, в последние годы приковавшие к себе внимание астрономов и биологов.
Первым свою высокую активность продемонстрировал спутник Ио — самый экзотический в свите Юпитера. Зонды «Вояджер-1» и «Вояджер-2» еще в 1979 г. обнаружили на его поверхности действующие вулканы, мощные извержения которых заметно меняют внешний вид поверхности Ио буквально за считанные месяцы. Хотя температура поверхности спутника не превышает –120°C, вблизи действующих вулканов она поднимается до +150°C, а в кальдере крупного вулкана Пеле зарегистрировано даже +300°C. В условиях крайне разреженной атмосферы и небольшой силы тяжести высота вулканических выбросов на Ио обычно достигает 100 км, а газовые султаны над самыми активными вулканами типа Пеле поднимаются на 300 км! По склонам вулканов на сотни километров разливаются потоки лавы. И эти процессы на всей поверхности спутника не прекращаются ни на минуту: Ио — истинный рай для вулканологов. Но и биологи проявляют к нему большой интерес: вулканические области — оазисы жизни, богатые энергией и важными химическими соединениями (достаточно вспомнить черные курильщики на дне океана). Биологам и геологам Ио напоминает молодую Землю, какой мы ее сейчас представляем.
В чем же причина омоложения этой юпитерианской луны?
Активная вулканическая деятельность на Ио в основном объясняется мощным приливным влиянием со стороны Юпитера. Из-за разницы в расстояниях ближней и дальней сторон спутника от планеты действующее на них притяжение существенно различается. В результате Юпитер придает Ио чуть-чуть дынеобразную форму: спутник вытянут в направлении планеты примерно на 7 км. Этим бы все и ограничилось, если бы Ио обращалась вокруг Юпитера на неизменном расстоянии, т. е. по круговой орбите. Но массивные соседи-спутники сбивают Ио с кругового пути и вынуждают то чуть приближаться, то удаляться от Юпитера. От этого заметно меняется напряжение приливной силы и форма спутника, который, как разминаемый в руках кусочек пластилина, разогревается от этих деформаций. Возможно, некоторый вклад в разогрев недр вносит и электрический ток, возникающий в теле Ио от того, что она движется в магнитном поле Юпитера.
Не менее интересен и второй крупный спутник Юпитера — Европа, на изображениях поверхности которой видна система линий, напоминающая старинные рисунки каналов на Марсе. С одной стороны, на Европе практически нет крупных метеоритных кратеров, что указывает на высокую активность геологических процессов, с другой — там нет ни гор, ни разломов, ни других признаков тектонической активности. Европа, поверхность которой сплошь покрыта льдом, более других планет и спутников похожа на ровный бильярдный шар.
Эти трудносовместимые свойства Европы, по-видимому, объясняются результатами теоретического моделирования ее внутреннего строения. Весьма вероятно, что под толстой ледяной корой спутника может находиться необъятный водный океан. Помимо жидкой воды Европа, кажется, имеет и другие компоненты, необходимые для жизни: сильное приливное влияние Юпитера (хотя и не такое сильное, как в случае Ио) служит ей источником тепла, а в трещинах ледового панциря заметны следы органических соединений.
Экзобиологи уже потирают руки, предчувствуя обнаружение неведомых организмов в ледовитом океане Европы. Для проверки этой гипотезы инженеры работают над проектом космического аппарата, который смог бы проникнуть сквозь ледяной покров Европы и, превратившись в «подводную лодку», исследовать первый внеземной океан. Если там действительно обнаружится биосфера, то какой простор откроется для эволюционной биологии! Но технически задача очень сложна: вряд ли удастся в ближайшее время пробиться сквозь ледяной панцирь Европы толщиной, как минимум, в десятки километров, а свежие трещины с открытой водой пока в нем не найдены.
Поэтому значительно привлекательнее выглядит сравнительно небольшой спутник Сатурна — Энцелад, внешне весьма похожий на Европу. Да и по своей природе он близок к Европе: судя по всему, под его ледяным панцирем (во всяком случае, под значительной его частью) тоже находится жидкая вода. Впервые астрономы увидели поверхность этого спутника более четверти века назад, когда «Вояджер-2» пролетал через систему Сатурна. Тогда он передал фотографии, которые на многие годы поставили в тупик специалистов. Даже на фоне большого разнообразия спутников Сатурна Энцелад выглядел «белой вороной». Его ледяная поверхность оказалась ярко-белой, как свежий снег. На поверхности Энцелада обнаружились обширные области без единого кратера, что указывало на его геологическую активность. Однако такая активность предполагает источник внутреннего тепла. Откуда он на столь скромном по размеру и массе теле?
Летом 2004 г. межпланетный зонд «Кассини» (NASA, ESA) достиг системы Сатурна, сбросил посадочный аппарат в атмосферу его крупнейшего спутника Титана и начал изучать остальные спутники, в том числе и Энцелад, которому было оказано особое внимание. И Энцелад его оправдал: снимки, полученные в контровом освещении (в направлении на Солнце), показали, что из трещин в южной полярной области бьют фантастические фонтаны, выбрасывая водяной пар, который тут же превращается в снежинки. Основная их масса падает обратно, на поверхность спутника, но часть улетает в космос, создавая вдоль орбиты Энцелада самое внешнее кольцо Сатурна. Сами трещины удалось рассмотреть во время пролета зонда над поверхностью Энцелада: они хорошо заметны— несколько параллельных полос, похожих на следы тигриных когтей (за это их так и прозвали — tiger stripes).
Проблема источника энергии фонтанов решилась так же, как и в случае Европы, — это приливное влияние гигантского Сатурна. Энцелад довольно близок к нему и поэтому нещадно деформируется в гравитационном поле планеты, отчего его недра плавятся, а форма поверхности округляется. Для сравнения можно посмотреть, как выглядит более далекий спутник примерно такого же размера — Гиперион. Ясно, что он избежал «жарких объятий» Сатурна, никогда не плавился и не извергал на свою поверхность снежные фонтаны.
Энцелад — это то, о чем мечтали планетологи: на этом маленьком, но активном небесном теле обнаружилось всё — современная геологическая активность, вещество, извергающееся из недр (не надо бурить!) и относительная доступность (посадка зонда на Энцелад не представляет проблем). Теперь этот крошечный объект, затерянный среди других на краю Солнечной системы, вызывает огромный интерес. Не исключено, что и у других планет-гигантов обнаружатся приливно-эволюционирующие спутники. Еще недавно астрономы сильно недооценивали эволюционную роль приливов. А ведь биологи предупреждали: жизнь на Земле вышла на сушу благодаря приливам.
Любопытно, что одним из первых исследователей приливных явлений в космосе был сын Чарлза Дарвина — сэр Джордж Говард Дарвин (1845–1912), известный геофизик и астрофизик, профессор Кембриджского университета, президент Королевского астрономического общества. Как видим, связь между биологией и астрономией в этой замечательной семье была очень тесной. Впрочем, не забыта оказалась и физика: сын сэра Джорджа Дарвина — Чарлз Галтон Дарвин (1887–1962) стал известным физиком.
По сути, в теории приливов Джордж Дарвин сыграл ту же роль, какую Чарлз Дарвин сыграл в биологии: объединил разрозненные идеи и создал стройную теорию. Книга Дж. Дарвина «Приливы и родственные им явления в Солнечной системе» (последнее издание на русском языке: М.: Наука, 1965) в этой области исследований почитается так же высоко, как в биологии «Происхождение видов» его отца.
📌 Звезды и галактики
Самый очевидный на сегодня процесс эволюции во Вселенной — это химическая эволюция ее вещества в недрах звезд. Это не количественный процесс, а качественный. Древнее вещество Вселенной, которое мы встречаем сегодня в составе маломассивных звезд первого поколения, практически не содержит ничего, кроме водорода и гелия. Этих элементов недостаточно не только для зарождения биосфер, но даже для формирования планет земного типа. А то вещество, из которого состоят наша планета и ее живая оболочка, родилось и было выброшено в космическое пространство благодаря эволюции весьма малочисленных массивных звезд.
Будь Вселенная устроена немного иначе, наиболее массивные звезды могли бы и не рождаться. Реакции ядерного синтеза происходят в недрах всех звезд, но у большинства из них новые химические элементы навсегда остаются глубоко в недрах, и только самые массивные светила извергают их, обогащая Вселенную элементами, необходимыми для жизни.
▶ Читать полностью: http://vk.cc/2trwpe
Комментариев нет:
Отправить комментарий