Формирование звезд.

Звезды рождаются в процессе коллапса (сжатия) межзвездных газо-пылевых облаков. Детально этот процесс пока не исследован. Имеются наблюдательные факты в пользу того, что ударные волны от взрывов сверхновых звезд могут сжимать межзвездное вещество и стимулировать коллапс облаков в звезды. Перед тем как молодая звезда достигнет стабильного состояния, она проходит стадию гравитационного сжатия из протозвездной туманности. Основные сведения об этом этапе эволюции звезд получают, изучая молодые звезды типа Т Тельца. По-видимому, эти звезды еще находятся в состоянии сжатия и их возраст не превышает 1 млн. лет. Обычно их массы от 0,2 до 2 масс Солнца. У них видны признаки сильной магнитной активности. В спектрах некоторых звезд типа Т Тельца присутствуют запрещенные линии, которые возникают только в газе низкой плотности; вероятно, это остатки протозвездной туманности, окружающие звезду. Для звезд типа Т Тельца характерны быстрые флуктуации ультрафиолетового и рентгеновского излучения. У многих из них наблюдаются мощное инфракрасное излучение и спектральные линии кремния - это указывает, что звезды окружены пылевыми облаками. Наконец, звезды типа Т Тельца обладают мощным звездным ветром. Считается, что в ранний период своей эволюции Солнце также проходило через стадию Т Тельца, и что именно в этот период летучие элементы были вытеснены из внутренних областей Солнечной системы. Некоторые формирующиеся звезды умеренной массы демонстрируют сильный рост светимости и сброс оболочки за время менее года. Такие явления называют вспышками типа FU Ориона. По крайней мере однажды такую вспышку испытала звезда типа Т Тельца. Считается, что большинство молодых звезд проходит через стадию вспышек типа FU Ориона. Причину вспышки многие видят в том, что время от времени возрастает темп аккреции на молодую звезду вещества из окружающего ее газо-пылевого диска. Если в ранний период эволюции Солнце также испытало одну или несколько вспышек типа FU Ориона, это должно было сильно повлиять на летучие вещества в центральной части Солнечной системы. Наблюдения и расчеты показывают, что в окрестности формирующейся звезды всегда есть остатки протозвездного вещества. Из него может сформироваться звезда-компаньон или планетная система. Действительно, многие звезды образуют двойные и кратные системы. Но если масса компаньона не превосходит 1% массы Солнца (10 масс Юпитера), то температура в его ядре никогда не достигнет значения, необходимого для протекания термоядерных реакций. Такое небесное тело называют планетой.

Теории формирования.

Научные теории формирования Солнечной системы можно разделить на три категории: приливные, аккреционные и небулярные. Последние привлекают сейчас наибольший интерес. Приливная теория, по-видимому, впервые предложенная Бюффоном (1707-1788), непосредственно не связывает между собой формирование звезды и планет. Предполагается, что пролетевшая мимо Солнца другая звезда путем приливного взаимодействия вытянула из него (или из себя) струю вещества, из которого сформировались планеты. Эта идея сталкивается с множеством физических проблем; например, выброшенное звездой горячее вещество должно распыляться, а не конденсироваться. Сейчас приливная теория непопулярна, поскольку не может объяснить механические особенности Солнечной системы и представляет ее рождение как случайное и крайне редкое событие. Аккреционная теория предполагает, что молодое Солнце захватило вещество будущей планетной системы, пролетая сквозь плотное межзвездное облако. Действительно, молодые звезды обычно встречаются вблизи крупных межзвездных облаков. Однако в рамках аккреционной теории трудно объяснить градиент химического состава в планетной системе.

Наиболее разработана и общепринята сейчас небулярная гипотеза, предложенная Кантом в конце 18 в. Ее основная идея состоит в том, что Солнце и планеты формировались одновременно из единого вращающегося облака. Сжимаясь, оно превратилось в диск, в центре которого образовалось Солнце, а на периферии - планеты. Отметим, что эта идея отличается от гипотезы Лапласа, согласно которой сначала из облака сформировалось Солнце, а затем по мере его сжатия центробежная сила отрывала с экватора газовые кольца, сконденсировавшиеся позже в планеты.

Гипотеза Лапласа сталкивается с трудностями физического характера, которые не удается преодолеть уже 200 лет. Наиболее удачный современный вариант небулярной теории создал А. Камерон с коллегами. В их модели протопланетная туманность была примерно вдвое массивнее нынешней планетной системы. В течение первых 100 млн. лет формировавшееся Солнце активно выбрасывало из нее вещество. Такое поведение характерно для молодых звезд, которые по имени прототипа называют звездами типа Т Тельца. Распределение давления и температуры вещества туманности в модели Камерона хорошо согласуется с градиентом химического состава Солнечной системы. Таким образом, наиболее вероятно, что Солнце и планеты сформировались из единого сжимающегося облака. В центральной его части, где плотность и температура были выше, сохранились только тугоплавкие вещества, а на периферии сохранились и летучие; этим объясняется градиент химического состава. В соответствии с этой моделью формирование планетной системы должно сопровождать раннюю эволюцию всех звезд типа Солнца. Рост планет. Существует множество сценариев роста планет. Возможно, планеты сформировались в результате случайных столкновений и слипаний небольших тел, названных планетезималями. Но, может быть, мелкие тела объединялись в более крупные сразу большими группами в результате гравитационной неустойчивости. Не ясно, происходила ли аккумуляция планет в газовой или безгазовой среде. В газовой туманности перепады температуры сглаживаются, но когда часть газа конденсируется в пылинки, а остатки газа выметает звездный ветер, прозрачность туманности резко возрастает, и в системе возникает сильный градиент температуры. До сих пор не вполне ясно, каковы характерные времена конденсации газа в пылинки, аккумуляции пылинок в планетезимали и аккреции планетезималей в планеты и их спутники.

ЖИЗНЬ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ Высказывались предположения, что жизнь в Солнечной системе когда-то существовала за пределом Земли, а может быть, существует и сейчас. Появление космической техники позволило приступить к прямой проверке этой гипотезы. Меркурий оказался слишком горяч и лишенным атмосферы и воды. На Венере тоже очень жарко - на ее поверхности плавится свинец. Возможность жизни в верхнем слое облаков Венеры, где условия гораздо мягче, пока не более чем фантазия. Луна и астероиды выглядят совершенно стерильными. Большие надежды возлагались на Марс. Замеченные в телескоп 100 лет назад системы тонких прямых линий - "каналов" - дали тогда повод говорить об искусственных ирригационных сооружениях на поверхности Марса. Но теперь мы знаем, что условия на Марсе неблагоприятны для жизни: холодно, сухо, очень разреженный воздух и, как следствие, сильное ультрафиолетовое излучение Солнца, стерилизующее поверхность планеты. Приборы посадочных блоков "Викингов" не обнаружили органического вещества в грунте Марса. Правда, есть признаки того, что климат Марса существенно менялся и, возможно, когда-то был более благоприятным для жизни. Известно, что в далеком прошлом на поверхности Марса была вода, поскольку на детальных изображениях планеты видны следы водной эрозии, напоминающие овраги и сухие русла рек. Долговременные вариации марсианского климата могут быть связаны с изменением наклона полярной оси. При небольшом повышении температуры планеты атмосфера может стать в 100 раз плотнее (за счет испарения льдов). Таким образом, возможно, жизнь на Марсе когда-то существовала. Ответить на этот вопрос мы сможем только после детального изучения образцов марсианского грунта. Но их доставка на Землю - сложная задача. К счастью, имеются веские доказательства, что из тысяч найденных на Земле метеоритов, по крайней мере, 12 прилетело с Марса. Их называют SNC-метеоритами, поскольку первые из них нашли вблизи населенных пунктов Shergotty (Шерготти, Индия), Nakhla (Накла, Египет) и Chassigny (Шассиньи, Франция).

Найденный в Антарктиде метеорит ALH 84001 значительно старше остальных и содержит полициклические ароматические углеводороды, возможно, имеющие биологическое происхождение. Считается, что он попал на Землю с Марса, поскольку соотношение изотопов кислорода в нем не такое, как в земных породах или не-SNC-метеоритах, а такое, как в метеорите EETA 79001, содержащем стекла с включениями пузырьков, в которых состав благородных газов отличается от земного, но соответствует атмосфере Марса.

Хотя в атмосферах планет-гигантов много органических молекул, трудно поверить, что при отсутствии твердой поверхности там может существовать жизнь. В этом смысле значительно интереснее спутник Сатурна Титан, у которого есть не только атмосфера с органическими компонентами, но и твердая поверхность, где могут скапливаться продукты синтеза. Правда, температура этой поверхности (90 К) скорее подходит для сжижения кислорода. Поэтому внимание биологов больше привлекает спутник Юпитера Европа, хотя и лишенная атмосферы, но, по-видимому, имеющая под своей ледяной поверхностью океан жидкой воды. Некоторые кометы почти наверняка содержат сложные органические молекулы, образовавшиеся еще в эпоху формирования Солнечной системы. Но трудно вообразить себе жизнь на комете. Итак, пока у нас нет доказательств, что жизнь в Солнечной системе существует где-либо за пределом Земли. Можно задаться вопросами: каковы возможности научных приборов в связи с поиском внеземной жизни? Может ли современный космический зонд обнаружить наличие жизни на далекой планете? Например, мог ли аппарат "Галилео" обнаружить жизнь и разум на Земле, когда он дважды пролетал мимо нее, совершая гравитационные маневры? На переданных зондом изображениях Земли не удалось заметить признаков разумной жизни, но очевидным доказательством ее наличия стали пойманные приемниками "Галилео" сигналы наших радио- и телестанций. Они совершенно непохожи на излучение природных радиостанций - полярных сияний, плазменных колебаний в земной ионосфере, солнечных вспышек - и сразу выдают присутствие на Земле технической цивилизации. А как проявляет себя неразумная жизнь? Телекамера "Галилео" получила изображения Земли в шести узких диапазонах спектра. В фильтрах 0,73 и 0,76 мкм некоторые участки суши выглядят зелеными из-за сильного поглощения красного света, что не характерно для пустынь и горных пород. Проще всего объяснить это тем, что некий носитель неминерального пигмента, поглощающего красный свет, присутствует на поверхности планеты. Мы точно знаем, что это необычное поглощение света связано с хлорофиллом, который растения используют для фотосинтеза. Ни одно другое тело Солнечной системы не имеет такой зеленой окраски. Кроме этого инфракрасный спектрометр "Галилео" зафиксировал наличие в земной атмосфере молекулярного кислорода и метана. Наличие метана и кислорода в атмосфере Земли свидетельствует о биологической активности на планете. Итак, можно заключить, что наши межпланетные зонды способны обнаружить признаки активной жизни на поверхности планет. Но если жизнь скрыта под ледяным панцирем Европы, то пролетающий мимо аппарат вряд ли ее обнаружит.