Калеб Шарф - Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной
Когда астронавты с «Аполлона» высаживались на Луну в конце шестидесятых – начале семидесятых годов прошлого века, они оставили там, помимо всего прочего, зеркала особой формы. Подобные же зеркала оставили на Луне и советские космические аппараты. Зеркала были наклонены к Земле и применялись для того, чтобы отражать пущенные на Луну лазерные лучи, и таким образом расстояние до нее было измерено с очень высокой точностью. Это очень хитроумный способ. Учитывая дистанцию и рассеяние света в атмосфере и при отражении от зеркал на Луне, возвращался обратно и был зарегистрирован нашими приборами лишь один из ста тысяч триллионов фотонов.
Тем не менее точный цвет и время возвращения лазерных импульсов позволили нашим электронным инструментам уловить этот слабенький обратный сигнал и засечь время его прибытия. К тому же мы точно знаем скорость света и знаем, как обращаться со сторонними воздействиями – колебаниями лунной орбиты и эффектами относительности, о которых предупреждал Эйнштейн. В результате мы можем конвертировать общее время, которое свет (фотоны) проводит в пути туда и обратно – приблизительно 2,5 секунды – в расстояние. И тогда мы обнаружим, что с каждым годом Луна удаляется от нас примерно на 4 сантиметра – на 0,0000000008 % своего нынешнего расстояния от нас, – а земной день становится длиннее на 0,0000015 секунды.
Все это очень маленькие величины, однако очевидно, что система не незыблема. Фигуры ее орбитального танца отнюдь не неизменны. И в самом деле, палеонтологические данные о том, как раньше проходили береговые линии и как под воздействием приливов распределялись минералы и ископаемые останки, доказывают, что в прошлом наша планета вращалась иначе. Судя по всему, 600 миллионов лет назад земные сутки длились всего 21 час[126] – с тех пор, как волны бились о те далекие берега, наше вращение замедлилось на целых три часа.
Так что во многих отношениях совершенство законов Ньютона, описывающих движение планет, – следствие весьма значительных приближений и погрешностей. Даже великолепные обобщения этих законов, которые сделал Эйнштейн, не учитывают всех досадных мелочей. Вселенной по-прежнему правит математика, однако прогнозы редко делают непосредственно, поскольку всегда накапливаются эффекты, которые мы поначалу рискуем упустить из виду, – эффекты n тел, способные привести планеты к катастрофе или реорганизовать систему в целом.
Все эти открытия возвращают нас к основному вопросу в поисках нашего вселенского значения, поскольку характеристики орбиты – это очередной показатель, по которому можно сравнивать Солнечную систему с прочими звездными системами. И в самом деле, тот факт, что стабильность планетных путей – лишь иллюзия, позволяет нам встать на новую точку зрения, как было с Кеплером, когда он понял, что орбиты планет имеют форму эллипса, и таким образом открыл путь для колоссального разнообразия конфигураций планетных систем.
Это означает, что у любой планетной системы появляется еще одна жизненно важная черта, еще одна особенность, о которой следует знать. За мгновенным срезом конфигурации орбит, который мы наблюдаем, стоит вопрос, как поведут себя эти орбиты в будущем и что они делали в прошлом. Иными словами, по мгновенному срезу понять устройство планетной системы невозможно. Это живое существо, которое развивается, меняется – и потенциально стремится к хаосу.
Если бы все эти факты сообщили Копернику, он, вероятно, отказался бы от попыток рассчитать небесную механику. Ведь если даже такой колоссальный переворот – смещение Земли из центра мироздания – не позволил описать небесные реалии во всей их полноте, как можем мы рассчитывать на понимание природы вещей?
Однако, к счастью для нас, эта дополнительная характеристика открывает и дополнительные возможности, поскольку позволяет нам сравнивать нашу Солнечную систему с прочими по существенному параметру.
В предыдущей главе я познакомил вас с лигой выдающихся планет и указал на то, как они многочисленны и как разнообразны их свойства, в том числе и практически бесконечное число комбинаций и искажений их орбит. Кроме того, я намекнул на причину некоторых подобных комбинаций – на бурное прошлое, полное перемен и отклонений. А теперь мы практически замкнули цикл. Обнаружив, что наша Солнечная система существует на грани хаоса, мы снарядились в обратный путь и теперь можем вернуться к экзопланетам и спросить, как они дошли до жизни такой.
Ответ подскажет нам еще кое-что о нашем положении среди всего этого планетного хаоса.
* * *Чтобы изучить сложную классификацию экзопланет, нам придется вспомнить о науке моделирования, о компьютерных расчетах гравитационного взаимодействия в системах из нескольких тел. Признаться, я просто обожаю всякие технические новинки, особенно если они дают уверенные ответы на наболевшие вопросы. Когда сталкиваешься с бытовой проблемой, мало что так утешает, как знание того, какой инструмент достать из кладовки, где он хранится на своем законном месте, поскольку ты предусмотрел, что он может понадобиться. Подобные моменты – причина отметить торжество чашечкой чая и философски похрустеть печеньицем, и не подозревая, что то, что ты не увидел и о чем не подумал, тем временем окончательно разладилось.
Некоторые научные инструменты доставляют такое же удовольствие, даже если они не панацея. Компьютерные системы и программы, подражающие гравитационной динамике, занимают, думается мне, почетное место в этом арсенале. История разработки этих замечательных симуляторов и машин по переработке чисел сама по себе увлекательна, но об этом я расскажу как-нибудь в другой раз, поскольку сегодня мне хочется поговорить о том, как они приводят к совершенно новому представлению об устройстве всех планетных систем, а не только нашей.
Когда я в первый раз играл с одним из таких затейливых компьютерных кодов[127], который некий талантливый специалист по динамике разместил в открытом доступе, то прямо-таки не мог дождаться следующего утра, когда можно будет посмотреть, что достигнуто за ночь. Мне не терпелось посмотреть, до чего дошли мои воображаемые миры и какие орбитальные фокусы они выкинули за множество виртуальных циклов.
Было страшно интересно прослеживать историю каждой планеты, движение которой за миллионы лет под воздействием гравитации описывалось у меня на экране простыми узорами и линиями. Было в этом что-то порочное, пожалуй, привкус мании величия – ведь я безгранично властвовал над целыми Солнечными системами, повелевал жизнью и смертью планет, созданных моими же руками, играл с ними, словно с песчинкой в капле воды под микроскопом.
Так или иначе, подобные занятия очень притягательны, и вокруг тех, кто посвящает себя задаче укротить бесконечно переменные картины гравитационных взаимодействий, сложилась особая научная культура, очень яркая и оригинальная[128]. Моделирование бесконечного множества реальных и воображаемых планетных систем позволяет ученым исследовать гипотезы, которые без подобных инструментов едва ли удалось бы рассмотреть. А главное – в последние десять лет целый ряд исследователей занимался при помощи моделирования исследованием поведения молодых планетных систем.
Как я уже говорил, мы считаем, что основной механизм формирования планет – срастание или коагуляция вещества из огромных дисков пыли и газа, окружающих новорожденные звезды. Однако живут эти диски относительно мало, примерно как последние вихри пузырьков, когда выпускаешь мыльную воду из ванны, только приканчивает их не тяга из трубы, а мощная энергия излучения звезды. Когда в толще таких дисков образуются планеты, они более или менее застревают на своих орбитах из-за массы окружающего газа и пыли, но когда все это вещество выкипает, планеты ощущают исключительно гравитационное воздействие друг друга и получают возможность нащупать будущую орбиту.
И вот многие ученые поняли, что в такой ситуации планетные системы могут переживать период юношеского хаоса[129] или нестабильности – такой сильной, что она приводит к полной перестановке орбит и даже к разрушению или изгнанию из системы целых планет. Это подобно доисторической экстремальной версии хаоса, в который, вероятно, мало-помалу впадет в будущем наша Солнечная система.
Может показаться, что все это фантазии, которые нельзя ни подтвердить, ни опровергнуть, но чем больше мы строим компьютерных моделей для изучения всего колоссального диапазона возможных результатов неустойчивости в планетных системах, тем заметнее поразительная закономерность. Молодые нестабильные планетные системы в конечном итоге становятся экзопланетными системами тех же разновидностей, какие мы наблюдаем в реальной Вселенной – с надежными эллиптическими орбитами и «горячими юпитерами». Кроме того, именно они вышвыривают планеты в межзвездное пространство, где мы и в реальности замечаем характерные признаки их воздействия.
