Эволюция Вселенной и происхождение жизни - Пекка Теерикор

Кометная опасность имеет совершенно другой характер. Кометы приходят из внешних областей Солнечной системы и не оставляют нам времени для подготовки к встрече с ними. Обычно их замечают, когда они приближаются к Солнцу на расстояние ближе Юпитера. Если вычисления покажут, что им грозит столкновение с Землей, то для подготовки к встрече у нас остается не более 5 лет. Только стремительные действия и мощный «толчок» могут предотвратить столкновение. Вероятность столкновения случайно залетевшей кометы с Землей можно оценить: численно она примерно равна отношению сечения Земли к площади круга радиусом как у земной орбиты:

Р (столкновений/комет) = (R3/1 а.е.)- = (6,4 ч 106 м/1,5 х 1011 м)2 = 1,8 x 10-6

При десяти кометах, залетающих во внутреннюю область Солнечной системы каждый год, в среднем требуется около 50 млн лет, прежде чем одна из них столкнется с Землей. Так как это всего лишь статистический расчет, то следующее столкновение может произойти через 5 лет, или через 50 млн лет, или же в любой момент в этом промежутке. Кроме того, скорость столкновения с кометой будет на порядок выше, чем с околоземным астероидом. Это прямо скажется на последующих разрушениях, так как выделяющаяся при столкновении энергия пропорциональна квадрату скорости, а значит, в 100 раз больше.

Крупная, скажем, 500-км комета или астероид вызвали бы очень серьезные последствия для жизни на Земле. Кинетическая энергия такого удара была бы достаточной, чтобы испарить все океаны и растопить земную кору до глубины несколько сотен метров. Случись это сегодня, жизнь на Земле оказалась бы почти полностью уничтожена. К счастью, среди комет и астероидов таких объектов сегодня ничтожно мало по сравнению с ранней историей Земли.

У каждой монеты есть две стороны. Это верно и в отношении катастрофических явлений. Слишком быстрые колебания условий окружающей среды могут стать причиной локальных вымираний, а более мощные события могут иметь серьезные последствия на континентальном и даже на глобальном уровне. Более 95 % биологических видов может погибнуть. Но выжившие виды получат в новых условиях уникальный шанс для быстрой эволюции путем приспособления и восстановления себя в новой, формирующейся экосистеме. Мы видели, как это происходило на протяжении истории Земли. Широко известный пример расцвета млекопитающих после вымирания динозавров в результате падения астероида — не единственный. После глобальных ледниковых периодов 600–800 млн лет назад случился «Кембрийский взрыв» — массовое появление новых разнообразных биологических видов. Самое крупное вымирание, пермо-триасовое, произошедшее 250 млн лет назад, создало условия для распространения на суше растений, рептилий, двустворчатых моллюсков, крабов и динозавров. По времени это вымирание совпало с образованием Восточно-Сибирской платформы, самого сильного вулканического события на Земле, а также, вероятно, с мощным астероидным ударом, следы которого недавно обнаружены под ледяным шельфом Антарктиды.

Если бы грандиозная катастрофа произошла с земной биосферой завтра, то после нее, без сомнения, смогли бы возродиться относительно развитые и легко адаптирующиеся виды, такие как тараканы и крысы. Даже после столкновения с крупным астероидом новый старт мог бы начаться с очень разнообразных бактерий и архей.

Глава 31 Жизнь и наша Солнечная система

Сложное и прекрасное явление жизни пока обнаружено только на Земле. Признаки жизни уже искали и до сих пор ищут на других телах нашей Солнечной системы и даже в других планетных системах. Если попытаться представить, где могла бы существовать жизнь или хотя бы предбиологические химические процессы, то в нашем окружении найдется немало интересных мест. Даже те тела, которые сейчас не могут поддерживать жизнь, заслуживают нашего внимания, поскольку они могут рассказать нам о том, где обстоятельства могут сложиться неблагоприятно для жизни.

Когда формируются планеты, они, по определению Международного астрономического союза (МАС), дочиста вычищают свои окрестности (см. врезку 31.1). Четыре внутренние планеты Солнечной системы, подобные Земле, — Меркурий, Венера, Земля и Марс — сформировались из каменистого и железо-никелевого твердого вещества в горячей внутренней части протопланетной туманности вблизи молодого Солнца. В недрах этих четырех планет плотное железо постепенно опустилось к центру, образовав железоникелевое ядро, вокруг которого осталась менее плотная мантия из каменистых пород. Атмосфера из летучих газов сложилась из упавших на молодую Землю комет и астероидов, а ее циклическое развитие под влиянием вулканической активности детально описано в главе 29.

Удержится или нет эта атмосфера на планете, зависит от силы притяжения планеты и ее близости к Солнцу. Если гравитация слаба, тепловые скорости многих молекул атмосферы превосходят скорость убегания, и эти молекулы улетучиваются из атмосферы в космос. В таком случае планета со временем теряет атмосферу.

Международный астрономический союз (MAC) — это организация, объединяющая свыше 10 000 профессиональных астрономов. В 2006 году Генеральная ассамблея MAC, проходившая в Праге (Чешская Республика), приняла новое определение термина «планета» для Солнечной системы. Традиционно считалось, что в Солнечной системе девять планет и тысячи более мелких тел, таких как астероиды и кометы. Но когда определили массу девятой планеты (Плутона) на основании движения его спутника Харона (открыт в 1978 году), то оказалось, что Плутон гораздо меньше Луны и его масса примерно в 20 раз меньше, чем у Меркурия. Позже во внешних областях Солнечной системы, на расстоянии Плутона и дальше, были открыты и другие небольшие объекты. Некоторые из них сравнимы с Плутоном по массе и орбитальному' движению. Надо ли их тоже называть планетами? А что такое «планета»? Несколько лет астрономы обсуждали эту проблему, и наконец в 2006 году Генеральная ассамблея MAC проголосовала за следующее определение, в котором фигурируют три категории объектов: «планета», «карликовая планета» и «малое тело Солнечной системы».

1. «Планетой» называется небесное тело, которое (а) обращается по орбите вокруг Солнца, (б) обладает массой, достаточной для того, чтобы его гравитация преодолела жесткость вещества и привела его в гидростатическое равновесие, то есть придала ему шарообразную форму, и (в) расчистило окрестности своей орбиты.

2. «Карликовой планетой» (dwarf planet) называется небесное тело, которое (а) обращается по орбите вокруг Солнца, (б) обладает массой, достаточной для того, чтобы его гравитация преодолела жесткость вещества и привела его в гидростатическое равновесие, то есть придала ему шарообразную форму, но (в) не расчистило окрестности своей орбиты, и при этом оно (г) не является спутником.

3. Все остальные объекты, кроме спутников планет, обращающиеся вокруг Солнца, называются «малыми телами Солнечной системы» (small Solar System body).

В соответствии с этим определением, в Солнечной системе сейчас восемь планет, Плутон теперь считается карликовой планетой, а абсолютное большинство астероидов являются малыми телами Солнечной системы.

Хотя Земля и Луна находятся на одинаковом расстоянии от Солнца, Луна, имея меньшую массу, потеряла свою атмосферу. Меркурий, который тоже легче Земли, практически лишен атмосферы, поскольку из-за близости к Солнцу тепловое движение молекул у его поверхности происходит значительно интенсивнее, и они легко улетучиваются. Да и Земля не гарантирована от тепловой потери газов. Молекулы с небольшой массой, такие как гелий и водород, движутся быстрее других, поэтому даже на нашем расстоянии от Солнца планета не может их удержать. Атомы водорода очень важны для жизни, и сохраниться на Земле они могут только в составе более крупных молекул, таких как вода (рис. 31.1).

Рис. 31.1. Сравнительные размеры внутренних планет — Меркурия, Венеры, Земли и Марса. Их называют планетами земной группы, поскольку у всех твердая кора из горных пород. С разрешения NASA.

У Луны и Меркурия отсутствие атмосферы вкупе с медленным вращением приводят к высокой дневной и низкой ночной температуре поверхности. Атмосфера существенно сглаживает колебания температуры, подобно одеялу сохраняя тепло ночью, а днем отражая свет лучше, чем голые скалы. Мы знаем как важно наличие жидкой воды в качестве растворителя у всех известных форм жизни. Пла-нета, не имеющая атмосферного давления, особенно неблагоприятна для жизни, поскольку жидкая вода на ее поверхности быстро испарится. На такой планете жидкая вода может существовать только глубоко под почвой или под ледяным покровом. Следовательно, масса планеты и ее расстояние от своей звезды играют важную роль для удержания атмосферы и для того, чтобы планета оказалась пригодной для жизни. Наиболее массивные из внутренних планет — Венера, Марс и Земля — имеют атмосферы.