Наука Плоского мира. Книга 4. День Страшного Суда - Пратчетт Терри Дэвид Джон
Но каким образом тучи вырабатывают высокоэнергетическое излучение? Ответ пришёл непосредственно из кадров «Star Trek»: разумеется, это антиматерия. Когда обычная материя встречается с антиматерией, они аннигилируют. Этот процесс сопровождается мощным выбросом энергии: почти вся масса переходит в энергию. Корабли Звёздного флота движутся как раз за счёт этой реакции. Самая распространённая форма антиматерии – позитрон, то есть антиэлектрон, являющийся естественным продуктом радиоактивного распада. Он ежедневно используется в медицинских сканерах ПЭТ (позитронно-эмиссионной томографии). Тем не менее в природе антиматерия вырабатывается нечасто, по крайней мере, тучи никогда не славились богатством радиоактивных атомов. Однако есть свидетельства того, что гамма-излучение грозовых облаков связано именно с позитронами.
Идея вот в чём. Электрическое поле внутри облака обусловлено отрицательным зарядом сверху и положительным снизу. Иногда это поле генерирует высокоэнергетические убегающие электроны. Будучи отрицательно заряженными, они отталкиваются электрическим полем нижней части облака и притягиваются верхней, то есть поднимаются. При этом они ударяются об атомы молекул воздуха, создавая гамма-излучение, и могут образоваться электронно-позитронные пары. Электроны продолжают подниматься вверх, тогда как позитрон с его положительным зарядом стремится вниз, притягиваемый полем нижней части облака. На своём пути он ударяется о всё новые атомы воздуха, выбивая новые электроны, и так далее. Возникает своего рода цепная реакция, которая распространяется по всей гряде грозовых облаков.
Получается что-то вроде природного лазера. В лазерах каскады фотонов движутся туда-сюда между зеркальными поверхностями, производя всё новые и новые фотоны, пока излучение не становятся настолько высокоэнергетическим, что не проходит сквозь одно из зеркал. В случае с грозами «зеркалами» служат верхняя и нижняя части облака, а вместо бегающих взад-вперёд фотонов в облаке вверх-вниз снуют электроны. К 2005 году эта гипотеза основательно укрепилась. Космический гамма-телескоп «Ферми» зафиксировал, что пучки заряженных частиц, производимых грозовыми облаками, могут перемещаться вдоль силовых линий магнитного поля Земли на сотни миль, причём в значительной части они состоят из позитронов.
Это открытие представило нам грозовые облака в совершенно новом свете. Оказывается, «молот Тора» не только искрит и грохочет, он ещё создаёт антиматерию. Открытие подобного рода просто невозможно совершить, подсовывая поверхностные сверхъестественные объяснения. Оно целиком основано на сомнении учёных в «общеизвестных» фактах.
Даже знакомые всем истоки могут по прошествии времени привести к новым историям. В поисках рационального объяснения чего-либо наука часто меняет свою парадигму в ответ на появление новых доказательств или идей. Хороший тому пример – история о происхождении Земли и Луны, претерпевшая ряд крутых виражей. Во время одного из таких поворотов была даже предпринята попытка отвергнуть новые доказательства, чтобы сохранить старую научную парадигму.
В тот раз проблемой стало не отсутствие доказательств, а напротив, слишком большое их количество. Ведь можно сколько угодно изучать строение Земли, исследовать срезы горных пород и летать на Луну за образцами камней. Однако в определённом смысле всё это богатство данных лишь усложняет проблему доказательства. Что значат все эти образцы? Мы пытаемся восстановить картину событий, случившихся 4,5 миллиарда лет назад. В то время Вселенная уже существовала около 9 миллиардов лет (это если доверять теории Большого взрыва, а согласно другим теориям, может быть, даже и дольше). Во всех космологических теориях строение Вселенной с возрастом усложняется, то есть со времени появления Солнечной системы в её окрестностях накопилось достаточно стройматериалов. Из того, что мы наблюдаем сегодня, можно сделать логический вывод о том, как именно весь этот космический хлам мог соединиться в систему Земля-Луна. В эти данные входят наблюдения за астероидами, Солнцем, другими планетами, а также подробная информация о строении Земли и Луны. (Мы говорим «Луна», хотя согласно последней гипотезе спутников у нашей планеты изначально могло быть больше.) Очевидно, были времена, когда Земли не существовало, а потом она возникла. Луна появилась на несколько сотен миллионов лет позже. Их происхождение взаимосвязано, и нельзя объяснить происхождение одной, игнорируя другую.
Главная проблема генезиса Луны и Земли в том, что лунная порода по химическому составу очень похожа на земную мантию. Мантия – это толстый слой породы, залегающий под континентальной и океанической корой и над железным ядром. В частности, пропорции различных изотопов некоторых элементов совпадают как на Луне, так и на Земле. Подобное совпадение слишком невероятно, чтобы соответствовать ранним теориям происхождения Луны, например, что два небесных тела образовались независимо друг от друга из первичного газопылевого облака, вращающегося вокруг Солнца, или что гравитационное поле Земли «поймало» Луну, когда та случайно пролетала мимо. Один из сыновей Чарльза Дарвина, Джордж, полагал, что Луна была вытолкнута из быстро вращающейся Земли, но механика этого процесса, в частности энергия и угловые моменты вращения, не соответствует действительности. Более того, Земля и Луна не просто сконденсировались из космической пыли. Астрофизики и геофизики считают, что Земля сформировалась из многих мелких планетизималей, которые были частью огромного диска, в центре которого находилось Солнце. Современные телескопы позволяют рассмотреть подобные диски вокруг молодых звёзд в соседних звёздных системах: их было найдено уже довольно много, так что вполне вероятно, что теория подтверждается.
Между 2000-м и серединой 2012 года некоторые астрофизики и геофизики пришли к обоюдному соглашению, что Луна – это результат грандиозного столкновения между молодой тогда Землёй и объектом, сравнимым по размерам с Марсом. Они назвали его Тейей, по имени одной из сестёр-титанид, матери Селены – древнегреческой богини Луны. В результате столкновения внушительная часть Земли перешла в газообразное состояние, а Тейя была практически разрушена. Большая часть паров конденсировалась на нынешней лунной орбите, сформировав Луну; остальное стало земной мантией, что и объясняет сходство состава. В этой гипотезе нашёл своё объяснение и довольно большой угловой момент системы Земля-Луна, что является её плюсом.
Однако шло время, и у теории Тейи начали возникать проблемы. Подобная коллизия настолько сильно разогрела бы поверхность планеты, что вся вода просто выкипела бы, а это опровергается самим фактом существования океанов. Для того чтобы сохранить на плаву гипотезу Тейи, потребовался ряд дополнительных допущений: может, на молодую планету упал ледяной астероид, вернув воду на место? Или, может быть, испарившаяся вода заскучала и вернулась обратно? Как бы там ни было, древние породы, найденные в Австралии, свидетельствуют, что четыре миллиарда лет назад, то есть вскоре после образования Луны, воды на Земле было хоть залейся.
Мы знакомили вас с гипотезой Тейи в «Науке Плоского мира» издания 1999 года, однако уже к переизданию 2002 года гипотеза выглядела не столь убедительно. Самым страшным ударом по Тейе явилась новейшая компьютерная модель предполагаемого столкновения. Самые первые подобные модели представляли нам, как вырванный из Земли здоровенный «ломоть» распадается на части. Из осколков одной формируется Луна, а вторая падает назад, образуя земную мантию. Породы разрушившейся Тейи перемешиваются с обеими частями в более или менее схожих пропорциях, чем и объясняется одинаковый состав мантии и Луны.
Правда, в то время моделирование занимало слишком много компьютерного времени, поэтому были проанализированы лишь некоторые сценарии предполагаемого инцидента. Когда компьютеры стали быстрее, даже усложнившиеся математические модели стало возможным обрабатывать гораздо быстрее и проще. Тогда-то и выяснилось, что большинство осколков Тейи образовали бы как раз Луну, а на земную мантию их не хватило бы. Но как же в таком случае нам быть с одинаковым их составом?
