образуются льдинки аммиака и метана. На далеких и обжигающе холодных границах молодой Солнечной системы эти льдинки слабо освещало маленькое, тусклое и холодное Солнце.
Среди разнообразия льдов в диске в результате ряда затейливых химических реакций самопроизвольно синтезировался и сложный набор органических молекул. Органические молекулы – это класс химических соединений, в молекулярной структуре которых содержится углерод. Эти соединения можно назвать химически изощренными: в них часто встречаются многочисленные молекулярные цепочки, способные захватывать окружающие атомы и вступать с ними в реакции. Именно с этими молекулами связано зарождение жизни. Выходит, «каменная летопись» не только история образования минералов в протопланетном диске; она может оказаться и историей происхождения жизни. Но об этом – в следующей главе.
Строительство миров
Мощные звездные ветры, «дующие» от Солнца, широкими дугами отгоняли пыль в направлении внешних холодных границ диска. В богатых пылью областях диска смешивались высокотемпературные и низкотемпературные конденсаты, набегая друг на друга и образуя вокруг Солнца концентрические полосы. Турбулентные потоки и ячейки в разреженных волокнах газа еще сильнее концентрировали пыль в вихреобразно крутящиеся облака, напоминающие космическое перекати-поле. В ходе своего орбитального движения вокруг Солнца пылевые частицы сконденсировавшихся минералов, самые крупные из которых были не больше ногтя на вашем мизинце, начали между собой взаимодействовать. Статическое электричество притягивало их друг к другу, и они сбивались в маленькие кучки вроде хлопьев, которые мы иногда находим под давно не передвигавшейся мебелью. Если два пылевых зернышка сталкивались слишком сильно, они отскакивали друг от друга или дробились на более мелкие фрагменты. Сильные столкновения между частицами приводили к появлению осколков кристаллической «шрапнели», но многие столкновения были слабыми, и тогда частицы прилипали друг к другу. Более крупные зерна прилипали к мелким хлопьям, и в результате образовывалась хаотическая смесь частиц самых разных размеров. В более холодных областях диска прилипание усиливали относительно мягкие льды, действовавшие наподобие клея.
На каждой околосолнечной орбите рои частиц все росли и росли, становясь в ходе столкновений все более компактными. Турбулентные течения внутри туманности переносили их внутрь более плотных областей; рои сбивались в обширные облака, вокруг которых скапливались бесчисленные сгущения более мелкой пыли. В какой-то момент эти процессы накапливания доходили до точки, в которой начинала главенствовать знакомая нам сила: гравитация. Под действием взаимного гравитационного притяжения скопления пылевых масс объединялись, сливались и образовывали компактные пылевые конгломераты поперечником в несколько километров. Так рождались планетезимали – первые каменистые тела, зародыши будущих планет. Пыль стала превращаться в миры.
Количество и размер каменных планетезималей быстро росли – они уже достигали в поперечнике от одного до ста километров.
Скрепленные воедино бесчисленным количеством микроскопических столкновений пылевых зерен и затем сжатые собственным гравитационным полем, планетезимали были первыми телами Солнечной системы, имеющими твердые поверхности. Несмотря на то что гравитационные поля планетезималей были очень слабыми, на их поверхности в принципе можно было бы стоять. Те из них, которые образовались в адски жарких внутренних областях Солнечной системы, были совершенно сухими и состояли исключительно из скальных пород. За снеговой линией планетезимали включали в свой состав льды и органику – это были холодные миры, покрытые слоем грязного льда и водосодержащих минералов. Обращаясь вокруг Солнца, планетезимали начинали роиться, воздействуя друг на друга своим гравитационным притяжением. Поэтому их орбиты начали постепенно меняться. Гравитация стала определять и форму новообразованных миров. Те из них, что сформировались в результате сжатия пылевых облаков большего размера и плотности, накопили больше каменистого материала, а это усилило их тяготение. Если поперечник планетезимали превышал 250 километров – так называемый «радиус картофелины» – она из бесформенной груды камня превращалась в сферический каменный шар, уже похожий на миниатюрную планету.
История некоторых планетезималей заканчивалась, не успев толком начаться. Тесные сближения друг с другом на большой скорости приводили к резкому искажению их траекторий; в результате многие планетезимали нашли свой конец, врезавшись в Солнце. К другим судьба отнеслась гораздо холоднее – они были выброшены из пределов Солнечной системы в межзвездное пространство.
Также при тесных сближениях планетезималей их траектории могли сходиться. Этот процесс, называемый «гравитационной фокусировкой», в свою очередь увеличивал вероятность столкновений: при таком множестве малых миров, обращающихся вокруг Солнца, они стали неизбежными. Столкновения часто приводили к катастрофическим разрушениям планетезималей, чем и заканчивалось их краткое существование в Солнечной системе. Некоторые фрагменты, однако, снова захватывались другими, более удачливыми планетезималями и становились частью другого нарождающегося мира. Сотворение – разрушение – возрождение…
Мягкие слияния
Несмотря на огромные скорости движения планетезималей вокруг Солнца, обычно достигавшие десятков километров в секунду[9], далеко не все столкновения заканчивались катастрофой. Если две планетезимали двигались по похожим орбитам, то почти неизбежно в некоторый момент они оказывались в одной точке пространства и сталкивались. Однако, так как их относительная скорость была низкой, столкновение получалось мягким, без сильного удара: такие планетезимали объединялись в единое тело большего размера. Более массивные планетезимали, естественно, посредством гравитационной фокусировки стягивали на свои орбиты множество тел меньших размеров и росли как снежный ком. На различных орбитах вокруг Солнца происходило одно и то же – удачливые гиганты сгребали к себе множество малых планетезималей, образуя «эмбрионы планет».
Однако не всем из них суждено было развиться в полноценные планеты. Многие «эмбрионы» подверглись разрушительным столкновениям, некоторые из них по спирали врезались в Солнце. Но те, которым удалось избежать этих несчастий, выжили и сумели продержаться настолько долго, что у каждого из них образовался устойчивый орбитальный «коридор». Обращаясь вокруг Солнца по далеко отстоящим друг от друга концентрическим путям, немногие выжившие планетарные эмбрионы расчистили себе дорогу среди оставшихся планетезималей и пыли. И, завоевывая себе в процессе движения свободное от препятствий пустое пространство в толще диска, они постепенно выметали из Солнечной системы весь оставшийся в ней каменный «мусор».
На заключительных этапах своего роста протопланеты все еще могли претерпевать удары и слияния апокалиптического масштаба – но к этому времени они уже были слишком большими, чтобы полностью разрушиться от этого. Пережившие все катастрофы и превратившиеся в странствующих в космосе гигантов в несколько тысяч километров в поперечнике, они сделались настоящими полномасштабными планетами.
Все, что теперь составляет Землю, было когда-то небом. Твердая почва у нас под ногами, все обилие скальных пород на планете сложилось из слившихся в единое целое бесчисленных зернышек микроскопической туманной пыли.
Каждая планета, формируясь на разных расстояниях от Солнца, впитывала в себя уникальную по составу смесь планетезималей и пыли, приобретая тем самым свой собственный уникальный химический и изотопный состав. Первые четыре ближайшие к Солнцу планеты – так называемая внутренняя Солнечная система – целиком сложились из
