Тим Грегори

Метеориты. Космические камни, создавшие наш мир

Эта книга посвящается тебе.

METEORITE: The Stones From Outer Space

That Made Our World by TIM GREGORY

Copyright © Tim Gregory 2020

© Масленников К. Л., перевод на русский язык, 2021

© Оформление. ООО «Издательство «Эксмо», 2023

Всяк, кто в печали над плитой стоит,

Подумай, сколь мгновенно я убит.

Смерть не всегда предупреждает нас –

Будь в жизни начеку во всякий час.

Эта элегия выбита на надгробном камне Джона Шипли (1779-1829). Его прах покоится на кладбище Уолд Ньютон, что в Ист Райдинге, в Йоркшире. Джон Шипли, крестьянин из расположенного по соседству поместья Уолд Коттедж, пожалуй, первый человек в истории, который едва не погиб от удара метеорита.

Пролог

Высечено в камне

Древнейшие мифы и легенды рассказывают о фантастических существах и необычайных событиях. Солнце путешествует по небу на колеснице; гигантские змеи пожирают миры; духи заклинаниями вызывают Вселенную из небытия; мир возникает из расчлененных тел богов. Эти истории создавались людьми, жившими задолго до появления научного метода. И хотя с современной точки зрения мифы, возможно, кажутся далекими от реальности, именно они задавали рамки, в которых наши далекие предки воспринимали окружающий мир.

На протяжении большей части истории человечества эти рассказы передавались из уст в уста. Единственным местом, где они могли храниться, была человеческая память. И если какие-то истории или идеи, зачатки понимания того, что происходит в мире, не были рассказаны, услышаны, а после переданы другим слушателям, они умирали вместе с памятью человека, в которой они хранились. Мифы, легенды и идеи могли пережить краткие сроки человеческого существования только посредством устных рассказов и запоминания этих рассказов слушателями.

Должно было пройти около 125 000 лет человеческой истории, чтобы мифы и идеи смогли получить свободу – выйти за рамки памяти и воплотиться в виде объектов реального мира. Древнейшее из известных на момент написания этой книги изображений, созданных человеком, обнаружено в пещере Бломбос в Южной Африке. Его возраст около 75 000 лет. Это невзрачный обломок камня поперечником в несколько сантиметров он легко умещается между большим и указательным пальцами), разукрашенный сетчатым узором, нанесенным красно-оранжевой глиной. Первобытным художникам камни заменяли и бумагу, и чернила: камень был первым материальным носителем, на котором люди сознательно отражали и фиксировали свои мысли.

Традиция запечатлевать этим способом рассказы и идеи просуществовала довольно долго. По мере того как человеческая история медленно продвигалась вперед, физическое представление сохраненных мыслей становилось все более изощренным. Рассказы сохранялись все подробнее. Спустя тридцать пять тысячелетий после того, как кто-то нанес решетчатый узор на камень в Бломбосе, в Маросе, что в Индонезии, наши предки научились изображать животных на известняковых стенах пещер. Люди рисовали самое важное в их жизни – животные были источником пищи, без которой все племя могло погибнуть. В этих рисунках сквозит поклонение. Животные могли представать главными действующими лицами всей жизненной истории безымянных художников, основой их мира – таким образом, рисуя их на каменных стенах пещер, люди запечатлевали историю своей жизни.

Но на стенах остались и тени их обитателей. В пещерах Мароса можно увидеть с десяток отпечатков человеческих рук. Люди прижимали растопыренные ладони к холодной стене пещеры и обрызгивали их влажным красителем, вероятно, изо рта. Такой простой акт обозначил еще один гигантский прыжок вперед в сознании наших предков. Эти отпечатки – явные попытки оставить свой след в физическом мире, древнейшая версия надписи «ЗДЕСЬ БЫЛ Я». Вероятно, тогда у людей уже было представление об осязаемом будущем, о времени, когда их самих на Земле не будет и история мира будет продолжаться без них. И вот теперь, спустя 40 000 лет, мы читаем краткую историю их жизни на известняковой стене пещеры.

Настоящая письменность появилась всего лишь около 5 000 лет назад, когда прошло более 97 процентов времени существования человеческого вида на Земле. Написанные слова вначале создавались так: символы вдавливали в глиняные таблички или вырезали на них. Позже появились чернила и пергамент. Цель всего этого была проста и изящна: мысли и истории теперь могли навсегда остаться в физическом мире, сохраниться дословно и точно, чтобы позже их прочитал кто-то другой. Кроме слова произнесенного появилось еще одно средство, при помощи которого мысли одного человека могли попасть в голову другого, но теперь это могло происходить и за пределами жизненного срока того, в чьей голове эти мысли возникли. Человечество, таким образом, вплотную подошло к способности читать чужие мысли и общаться с мертвыми (хотя, надо признать, это общение одностороннее). И все это стало возможным благодаря странного вида крючкам и палочкам, вырезанным на каменных табличках, нацарапанным чернилами на кусках пергамента или, как в случае с этим текстом, напечатанным на бумаге (а может, светящимся на экране электронной книги).

Письменность меняет способ сохранения мыслей и во многом устраняет двусмысленности и искажения, возникающие при их передаче от говорящего к слушающему. Она, кроме того, облегчает восприятие и понимание сделанных кем-то открытий: теперь новым поколениям не нужно заново постигать мир с самого начала, самостоятельно добывая уже полученные кем-то знания, и приходить к идеям, которые уже у кого-то родились. Это высвобождает время и экономит энергию мысли, которые теперь можно направить на новые открытия, на проникновение в новые глубины понимания.

Выходит, что наша способность познания и понимания мира все ускоряется благодаря многовековой традиции записывать истории. И началось все это с надписей на камне.

Параллельные истории

Камни хранят и другую историю, хотя она записана не нами. Ее записала Природа, а началась эта история задолго до начала истории человечества – очень, очень задолго. И разворачивается она на шкале времени настолько огромной, что человеческому уму не под силу ее представить.

Эта история началась примерно четыре с половиной миллиарда лет назад. В таком масштабе времени исчезающе малыми выглядят 200 000 лет, на протяжении которых на этой планете живут люди. И называется этот масштаб соответственно: «геологическое время». На этой временной шкале разворачивается история Земли как планеты: движутся континенты, океанское дно поднимается и образует зубчатые горные хребты, миллионы видов живых существ появляются, эволюционируют и исчезают бесследно.

Чтобы хоть немного ощутить всю грандиозность геологического времени, нам придется прибегнуть к аналогиям и метафорам. Представьте себе, что все четыре с половиной миллиарда лет геологической истории спрессовались в один день – в двадцать четыре часа. В этом масштабе вся история человечества займет каких-то четыре секунды. Решетчатый узор из Бломбосской пещеры был нанесен на камень полторы секунды назад. А письменность существует всего одну десятую долю секунды – в буквальном смысле одно мгновение. Динозавры, которых часто считают древнейшими обитателями Земли, жившими в невообразимых глубинах прошлого, начали разгуливать здесь примерно час с четвертью назад, и время, которое им суждено было провести на нашей планете, подошло к концу минут через пятьдесят пять. Деревья существуют всего часа два. Голая каменистая пустыня, какой была до этого земная поверхность, лишь два с половиной часа назад покрылась растительностью, а еще за полчаса до этого ничего живого не встречалось и в глубинах океана. История Земли – ее геологическая история – рассказывает нам о ее жизни как планеты с момента образования и до сегодняшнего дня. И оказывается, что за это время с Землей произошли невообразимые перемены. Большая часть этой истории утеряна – так же как и большая часть истории человечества – но многие сведения остаются доступными, если вы знаете, где их найти и как прочесть. Подобно ранним страницам человеческой истории, они тоже записаны в камне и могут быть прочитаны на языке геологии.

Словно страницы книги

Накопление ила в темных океанских безднах; кристаллизация расплавленных пород глубоко под земной поверхностью; блуждания песчаных дюн в древних пустынях: процессы, ведущие к рождению камня, чаще всего можно отследить по их геологическим характеристикам. Каждая отдельная порода имеет свою индивидуальную историю, но когда они выстраиваются в последовательность, перед нами разворачивается их общая история, намного более длинная. Разыскивая обрывки страниц этой геологической книги по всему земному шару, восстанавливая их и переворачивая одну страницу за другой, мы многое узнаем о нашей планете.

Но история Земли, в которую включена и наша собственная, только один из частных сюжетов гораздо более грандиозной повести. Ее начало скрыто в невообразимо далеком прошлом, и на этот раз масштабы намного превосходят шкалу планетарного времени: здесь вступают в силу астрономическое время и межзвездные расстояния. Речь идет об истории всей Солнечной системы.

В нашем уголке космоса с Землей соседствует множество планет. Среди них два газовых гиганта, два ледяных, четыре каменных планеты, сотни лун, миллиарды комет и астероидов. Все они обращаются по своим орбитам вокруг центрального светила – Солнца, нашей материнской звезды. И хотя каждая планета, как большая, так и малая, имеет свою уникальную историю, у всех у них одинаковое наследство: они принадлежат к одной Солнечной системе. Если мы сумеем проследить их индивидуальные истории достаточно глубоко в прошлое, мы увидим, что они восходят к общему началу. Первые несколько страниц во всех этих историях одинаковые.

Земные камни мало могут рассказать о происхождении и образовании Солнечной системы, потому что глубина их прошлого ограниченна. Когда формировалась Солнечная система, Земли еще не было. Да и на протяжении всей истории Земли геологические силы непрерывно преобразовывали, разрушали и снова создавали земные камни: они подвергались мощным тектоническим воздействиям в ходе перемещения плит и влиянию климатических факторов вроде выветривания. Первые страницы геологической истории Земли стерты или утеряны, а многие более поздние главы многократно перепечатывались.

Но, к счастью для нас, все же существуют камни, на которых запечатлелись следы событий, происходивших в пору образования Солнечной системы. Некоторые из них сохранились до сегодняшнего дня – они-то и являются древнейшими объектами нашего участка космоса. И хотя на многие вопросы ответов пока получить не удается, все-таки, используя язык геологии и научные методы, мы сумели прочесть рассказ древних камней о ранней эпохе существования Солнечной системы и узнали множество ярких подробностей этого времени. Теперь мы знаем, как зарождалась Солнечная система, как образовались все планеты и в конечном счете как появились мы сами.

Камни эти не родились на Земле. Они упали на Землю с неба. Мы зовем их метеоритами.

1. Небесные камни

Когда любопытный взор наших далеких предков обращался к звездам, они замечали летящие огни, которые прочерчивали яркий след через все небо. В любую безоблачную ночь в любой части света, если запастись терпением, можно было наблюдать это прекрасное зрелище. Падающие огни, названные метеорами от греческого слова цетесород (метеорос) — «парящий в воздухе», были привычны для населяющих Землю людей еще на заре существования нашего биологического вида. Мы никогда не видели неба без метеоров.

Во всем мире это явление по-прежнему поражает человеческое воображение. Когда очередная «падающая звезда» прочерчивает огненный след на небе, мы и сейчас суеверно загадываем желание.

Но метеоры и их более крупные и яркие сородичи, болиды, это, конечно, не звезды. Их происхождение оказалось столь неожиданным, столь необыкновенным, что только около двухсот лет назад наука смогла его установить и оценить значение этого открытия. Метеоры и болиды имеют отношение не столько к астрономии, сколько к геологии. «Падающие звезды» оказались летящими из космического пространства камнями.

Типичный метеор, мчащийся со скоростью от двадцати до семидесяти километров в секунду, пролетает над всей территорией Британии за каких-то полминуты. Подобно разрезающему воду носу корабля, падающие камни на лету разрезают воздух земной атмосферы, сжимая при этом газ с огромной силой. В результате быстрого и сильного сжатия температура воздуха мгновенно возрастает до нескольких тысяч градусов, и раскаленный газ начинает светиться.

Лобовая поверхность падающего камня нагревается до температуры гораздо более высокой, чем у лавы, извергающейся из жерла вулкана. Внешние слои камня постепенно испаряются и полностью выгорают.

Большинство камней за время падения сгорает без остатка, но некоторые – очень немногие – все же выживают в этом огненном аду и долетают до земной поверхности. Они и называются метеоритами.

Небесное поле

Около 4 000 лет назад в регионе Чако, на территории сегодняшней Аргентины, в предутренних сумерках люди ждали жаркого возвращения бога Солнца из-за горизонта. Вдруг, как гласит предание, он низвергнулся с неба и обрушился на Землю. Ослепительный свет внезапно залил сумеречное небо, и оглушительный грохот наполнил все вокруг. Бог явился людям в виде огромной глыбы железа, смоляно-черной на поверхности и серебристой изнутри. Огонь окружал его со всех сторон. Его прибытие на Землю сохранялось в коллективной памяти и мифологии народа Чако на протяжении примерно 3500 лет, вплоть до прихода испанских конкистадоров. В XVI веке европейские колонизаторы, вожделеющие золота, серебра и власти, объявили огромные территории Южной Америки своими владениями. И они обнаружили (несомненно, к большому своему недоумению), что инструменты и оружие аборигенов региона Чако сделаны из железа необычайно высокого качества. Местные легенды рассказывали о том, как в далеком прошлом бог Солнца упал на Землю в виде огромной глыбы железа. Но самоуверенные колонизаторы истолковали эти легенды по-своему – они надеялись, что за разговорами о груде железа на деле скрываются указания на находящееся где-то поблизости богатое месторождение серебра.

В 1576 году испанцы заставили аборигенов провести их к упавшей с неба железной глыбе. Сетью протоптанных тропок они шли через плоскую пустынную равнину, полную водоемов и усыпанную камнями; время от времени им встречались круглые впадины поперечником в несколько метров. Местность называлась Пигуэм Нонральта (Piguem Nonralta), что испанцы перевели как Campo del Cielo (Небесное Поле). Здесь они достигли своей цели: большая глыба металла с гладкой поверхностью выступала наружу из гладкой почвы. Она достигала почти двух метров в поперечнике и весила на глазок тонн четырнадцать. Не обращая внимания на то, что для местного населения этот предмет был священным, испанцы откололи от глыбы несколько кусков для исследования.

Кузнец подтвердил, что металл был не серебром, а высококачественным железом. Колонизаторы сделали ошибочный вывод о том, что нашли месторождение железа и что большая глыба, которую они назвали Meson de Fierro (Железная Плита), это просто выход руды на поверхность. В окрестностях глыбы было найдено еще множество разбросанных кусков железа, но письменные свидетельства открытия пролежали незамеченными еще три столетия. В 1783 году Месон де Фьерро посетила последняя испанская экспедиция, после чего сведения о местонахождении глыбы были утеряны. Вряд ли экспедиция 1783 года имела техническую возможность куда-то увезти такую огромную массу железа – вероятно, глыба просто сползла в яму, а потом была занесена илом во время паводков и скрылась из виду.

Железо с Небесного Поля не похоже на земную руду – это метеоритное железо, и мы достаточно точно знаем, когда именно эти громадные глыбы космического металла свалились с неба. Определить это помогают следы лесных пожаров, вызванных падением. Раскаленные массы выжгли дотла кустарники и другую растительность на всей площади Небесного Поля. Тщательные измерения изотопного состава углерода в древесном угле позволили вычислить дату гибели растений – дату пожара, а это, в свою очередь, привело к дате падения метеорита. Он упал примерно 4000 лет назад, что вполне соответствует древним легендам и глубине родовой памяти местных жителей.

Кампо дель Сьело – необычно большой метеорит. Когда он врезался в атмосферу, он, вероятно, был единым огромным телом. Но, пока он летел к земной поверхности, большая его часть расплавилась и испарилась. В уменьшении массы тела сыграли свою роль и громадные силы давления: глыба развалилась на много фрагментов меньшего размера (но все еще огромных). Из-под земли на Небесном Поле было извлечено более дюжины крупных кусков метеорита, и, вероятно, еще больше так и остается под землей.

Один такой кусок, называемый «Оптумпа», поперечником в один метр и весом более полутонны, и сейчас находится в экспозиции Музея естественной истории в Лондоне. Я видел его на школьной экскурсии, когда мне было девятнадцать, – тогда я пришел в этот музей впервые. Помню, как я сказал тогда мистеру Карри, моему учителю геологии по программе A-level: «Хотел бы я когда-нибудь здесь работать». А потом вышло так, что я писал здесь некоторые части моей докторской диссертации. С тех пор у меня к Оптумпе особо нежное чувство.

Небесный металл

Среди пустынь Центрального Ирана лежит древний город Тепе Сиалк. Археологические раскопки в этом месте начались в первом десятилетии прошлого века. С тех пор здесь обнаружены сотни артефактов: образцы древней архитектуры, изысканная керамика, богатые захоронения. Среди найденных предметов – три маленьких железных шарика или бусины, возраст которых оценивается примерно в 6 300 лет. Их назначение неизвестно. Однако они привлекли внимание археологов не своей формой, а тем, из чего они сделаны. Эти шарики появились примерно за 3 000 лет до наступления железного века. Когда они были изготовлены, люди еще не умели ни выплавлять железо, ни обрабатывать.

Современный анализ бусин доказал их небесное происхождение. Это кусочки ковкого метеоритного железа, превращенные умелыми мастерами в шарики при помощи молота. В каменном веке такой металл – плотный, блестящий, мягкий и прохладный на ощупь – должен был казаться жителям Тепе Сиалк волшебным. Неизвестно, видели ли они, как эти кусочки железа падали с неба, или просто нашли их в пустыне, раскинувшейся вокруг города. Так или иначе, эти маленькие шарики остаются одним из самых древних примеров железных изделий на Земле.

Есть что-то волнующее в том, что в первом контакте человечества с железом – металлом, который так много значит для нашей современной цивилизации, – участвовало железо небесного происхождения. Здесь сошлись вместе две истории, которые поначалу кажутся такими разными и независимыми друг от друга, но которые, как мы увидим, тесно переплетены: история космоса и история человечества.

Достойно царя

Когда в 1922 году археологи открыли гробницу фараона Тутанхамона, среди множества сокровищ они обнаружили прекрасный железный кинжал с золотой рукояткой и богато украшенными ножнами; он находился между льняных покрывал, в которые было укутано мумифицированное тело усопшего фараона, прежде чем его навеки скрыли в саркофаге.

Сомнения в том, что метеоритному железу приписывалось сакральное значение, рассеялись, когда в Египетском музее Каира был проанализирован химический состав кинжала. После облучения сфокусированным пучком электронов объект начал флюоресцировать в рентгеновских лучах. Спектральный анализ «цветов» (длин волн) этих лучей и позволил выяснить химический состав металла.

Оказалось, что кинжал сделан из почти чистого железа с большой добавкой никеля: это железо, без сомнения, имеет небесное происхождение.1 Металлы, состоящие из такой смеси элементов, на Земле не образуются. Кинжал Тутанхамона сделан из метеоритного железа. Для помещения в гробницу фараона отбирались лишь самые драгоценные предметы, поэтому очень вероятно, что этому металлу придавался священный смысл. Как и в случае с шариками из Тепе Сиалк, мы, возможно, никогда не узнаем достоверно, видел ли создатель этого изделия падающий с неба метеорит или просто нашел его в песках северо-восточных африканских пустынь. Но есть все же свидетельства, что у древних египтян было некоторое представление о небесном происхождении этого металла.

Примерно в ту же эпоху, когда Египтом правил Тутанхамон, в употребление вошло новое сочетание иероглифических символов, которое можно перевести как «железо с неба».

Использовалось это сочетание для обозначения всех видов железа, небесных или явно земных. Таким образом, хоть и немного двусмысленное, оно все же предполагает наличие сведений о том, откуда это железо взялось.

Некоторые древние культуры находили связь между метеорами, болидами и странными объектами, которые иногда сопровождали эти явления. Древние, вероятно, знали, что куски железа время от времени валятся с неба, и поклонялись им. Они чувствовали важность этих объектов. Однако эти знания, как и многие другие, были утеряны в эпоху Темных веков и оставались забытыми более 2 000 лет. В Новое время наука заново пришла к мысли, что камни могут падать с неба: в XVIII веке, в эпоху Просвещения, целый ряд случайных событий такого рода и интуитивные прозрения привели к установлению этой точки зрения в Европе.

* * *

В 1751 году на севере Хорватии спокойствие мирного летнего вечера было нарушено редким космическим событием. Мягкое вечернее освещение вдруг сменилось ослепительной вспышкой, охватившей все небо над деревней Храшчина. Почти сразу же после вспышки над окрестными полями раздался оглушительный гром, который был слышен на площади почти в 2 000 квадратных километров; рокочущее эхо взрыва звучало как грохот множества тяжелых повозок по каменной мостовой. Семеро очевидцев, прогуливавшихся этим вечером на открытом воздухе, вспоминали, что видели, как с неба падали два огненных шара, соединенных сверкающей огненной цепью. Некоторые даже рассказывали, что на свежевспаханное поле упали два больших камня и там, где они обрушились на землю, в почве образовались огромные трещины. Упавшие обломки впоследствии были извлечены из мягкой почвы – один из них находился на глубине почти в полтора метра. Камни были покрыты странной черной коркой, как будто обожжены в сильном пожаре – эта корка скрывала их металлическую природу. Длинные дымные шлейфы, тянувшиеся за падающими огненными шарами, висели в вечернем воздухе еще несколько часов, пока не рассеялись в ночной темноте. Рассказ о событии был записан местным священником: «В невежестве своем простые люди думали, что небеса разверзлись».

В этом нет ничего удивительного. В середине XVIII века взрывы в небе происходили не каждый день! И здравый смысл подсказывал, что твердые объекты не падают с неба ни с того ни с сего. Да это просто смешно: в конце концов, как всем известно, небеса – вместилище всего идеального, в них не может быть никакого изъяна. Исаак Ньютон, один из величайших и наиболее влиятельных ученых предшествовавшего тысячелетия, в своем труде «Оптика», опубликованном в 1704 году, утверждал, что если его закон тяготения верен, то космическое пространство с необходимостью должно быть свободно от всех малых объектов, включая камни и куски металла. Согласно общему мнению, метеоры представляли собой чисто атмосферное явление и не могли иметь ни малейшего отношения к Небесам.

А если в космосе нет каменных тел, кроме планет, лун, да еще временами комет, то камни, конечно же, падать с неба на землю никак не могут. И тем не менее семеро очевидцев из Северной Хорватии под присягой поклялись, что они действительно видели: камни падали с неба, причем, по всей видимости, ниоткуда.

Принимая очевидное

Эрнст Флоренс Фридрих Хладни родился на востоке Германии в 1756 году. С детства он увлекался физикой и другими естественными науками. Но его отец этих увлечений не одобрял, и Хладни стал изучать право и философию; в возрасте двадцати шести лет он получил докторскую степень в области права. После смерти отца, однако, Хладни быстро вернулся к своей прежней страсти. В 1787 году он опубликовал фундаментальный труд по физике звука, Entdeckungen über die Theorie des Klanges (Открытия в теории звука) и вошел в историю физики как «отец акустики». В меньшей степени известен значительный вклад, который Хладни внес в другую, совершенно новую область науки: космохимию.

Хладни вдохновила беседа с Георгом Кристофом Лихтенбергом, выдающимся натурфилософом, которому в 1791 году случилось наблюдать великолепный болид над Геттингеном, на севере Германии. Хладни спросил, что его собеседник думает об увеличивающемся списке сообщений о болидах и о звучащих то там, то здесь рассказах о странных камнях и кусках металла, падающих с неба. Лихтенберг отвечал, что, по его мнению, болиды не атмосферное, но космическое явление, рождающееся в глубинах пространства. Он предположил, что свидетельства о камнях и кусках железа, падающих с неба, могут оказаться и правдой, хоть сам-то он в это не очень-то верит.

Этот разговор воспламенил воображение Хладни. Последовавшие несколько недель он провел в Геттингене, составляя список из двадцати четырех хорошо задокументированных болидов, наблюдавшихся между 1676 и 1783 годами. В восемнадцати случаях явления якобы сопровождались падением с неба кусков камня, хотя большинство ученых сомневались в правдивости этих заявлений. Упавшие тела, по всей видимости, отличались друг от друга по своей природе: некоторые были каменистые, некоторые металлические, а некоторые казались смесью тех и других. Хладни записал свидетельства об их скорости, видимых размерах, траекториях полета и о других мелких подробностях, таких как количество и сила видимых взрывов или громоподобные звуки во время падения. Все описания выглядели удивительно похожими. Несмотря на то что отчеты были разбросаны внутри временного интервала более чем в столетие, а события, описанные в них, происходили на разных континентах, они обладали поразительным сходством друг с другом. Благодаря своей юридической практике Хладни был мастером добиваться правды от свидетелей в судебных делах. Он видел, что собранные им свидетельства правдивы – слишком они были похожи друг на друга, чтобы это могло оказаться совпадением. И чего ради очевидцы стали бы лгать? А если бы они не говорили правду, как могли бы их показания оказаться настолько похожими?

В 1794 году Хладни поделился этими мыслями с научным миром в своем сочинении Über den Ursprung der von Pallas gefundenen und anderer ihr änlicher Eisenmassen und über einige damit in Verbindung stehende Naturerscheinungen – это длинное название обычно сокращают до «Железных масс». Он доказывал, что «небесные камни» – и собственно камни, и металлические тела – действительно падают с неба и настолько же реальны, как земля, на которой мы стоим. Он утверждал, что и болиды, и падающие огни меньшего масштаба, которые испещряют ночное небо и называются метеорами, есть твердые объекты, летящие сквозь атмосферу с необычайно большой скоростью.

Впервые кто-то осмелился явно и недвусмысленно заявить, что болиды и метеоры («падающие звезды») есть твердые объекты. Это противоречило всем общепринятым представлениям того времени. Но Хладни пошел еще дальше – он заключил, что невероятная скорость, с которой болиды и метеоры несутся по небу, исключает возможность их атмосферного происхождения: чтобы двигаться с такой скоростью, метеорные тела, или метеориты, должны рождаться в космических сферах, далеко за пределами атмосферы. Они не с этой планеты. И еще Хладни утверждал, что странные камни с обугленными и почерневшими поверхностями, имеющие сходство с наблюдавшимися метеоритами, но не найденные непосредственно на месте падения болидов, тоже имеют космическое происхождение.

Радикальное расхождение с установившейся картиной мира не встретило в научном сообществе теплого приема. Даже Лихтенберг вначале не мог с ним согласиться. Но в следующем году очевидцы снова узрели летящий по небу камень – и на этот раз он упал как раз в подходящем месте, в подходящее время и во владениях идеально подходящего человека.

Необыкновенный камень

Ист Райдинг в Йоркшире. Зеленые холмистые угодья, привольно раскинувшиеся вокруг, перемежаются живописными селениями. Но однажды в декабре 1795 года мирная тишина этих мест была нарушена взрывами, прогремевшими с неба. Их грохот был слышен даже в поселках на морском побережье, за пятнадцать километров отсюда. Под раскаты этого грохота трое крестьян, раскрыв рты от изумления, смотрели, как с неба на поле с глухим стуком обрушился большой камень. Один из крестьян, Джон Шипли, стоял всего метрах в восьми от места его падения. В воздух взлетели влажные комья земли. Двадцатипятикилограммовый камень размером с каравай хлеба летел с такой скоростью, что врезался в почву на полметра вглубь и остановился, наткнувшись на каменистый слой, скрытый под дерном.

Эдвард Топхэм, владелец соседнего поместья Уолд Коттедж, в день падения метеорита был в отъезде по делам. Драматург, основатель скандальной газеты «The World», Топхэм был яркой фигурой позднегеоргианского Лондона. Его знаменитые бакенбарды фасона «каре барашка», необычное чувство стиля и харизма создали ему репутацию весьма эксцентричной личности; он частенько становился мишенью для карикатуристов. При этом все считали его человеком честным и справедливым. За несколько лет до описываемого события он удалился на покой в свой Уолд Коттедж, где жил с тремя дочерьми (считавшимися «лучшими наездницами в Йоркшире»). Ходили слухи, что он собирается провести остаток жизни, занимаясь фермерством, разведением борзых и написанием истории своей жизни. Его псарня давно уже считалась лучшей во всей Англии, а борзая по кличке Снежок – «одной из самых быстрых борзых, каких только видел свет». Но метеорит разрушил все его планы. Мемуары так и не были написаны.

Вернувшись домой, Топхэм обнаружил, что упавший с неба камень, который крестьяне притащили в усадьбу, произвел невиданный ажиотаж: на протяжении трех недель каждый день по тридцать-сорок человек приходили посмотреть на эту диковину, а самого хозяина дожидается груда писем, авторы которых требуют подробностей. Топхэм записал показания каждого из крестьян-очевидцев и опубликовал их вместе с собственными соображениями об этом странном событии в журнале Gentleman»s Magazine.2 Решающую роль сыграло то, что Топхэм поверил свидетелям происшествия – а все остальные поверили Топхэму. Но тайна самого явления оставалась нераскрытой – как мог камень свалиться с неба, было непонятно. Сумасшедшая идея Хладни, что такие тела образуются в космическом пространстве, еще не успела овладеть умами.

Из Йоркшира в Лондон

Метеорит Уолд Коттедж уверенно становился общенациональной достопримечательностью. В томе «Йоркшир» иллюстрированной энциклопедической серии «Красоты Англии и Уэльса», издававшейся между 1801 и 1815 годами, событию в Уолд Коттедж было уделено большое внимание. Использовав свои связи в столице, Топхэм добился отправки метеорита в Лондон, где он был выставлен на всеобщее обозрение в центре города. Выставку широко освещали газеты, включая «Таймс».

За скромную плату в один шиллинг (по нынешним ценам почти 4 фунта) посетитель мог увидеть странный объект своими глазами. За те же деньги он получал брошюру с рассказами троих поселян и маленьким изображением метеорита. Когда сэр Джозеф Бэнкс, президент Королевского общества, заплатил свой шиллинг, чтобы самолично увидеть знаменитый камень, он заметил, что экспонат выставки выглядит удивительно похожим на камень, по рассказам, упавший с неба во время пролета болида в Италии больше года назад. Оба камня выглядели почти одинаково, хотя упали в разных странах с интервалом между событиями больше восемнадцати месяцев.

Бэнкс, однако, твердо придерживался мнения, что эти камни образовались в атмосфере посредством метеоров, а не были причиной их появления. Остро заинтересованный, он привлек к исследованию молодого талантливого британского химика Эдварда Ховарда, попросив его сделать химический анализ обоих камней.

Член Королевского общества, Ховард был известен своими работами по синтезу новых взрывчатых веществ для огнестрельного оружия (причем в ходе своих опытов он получил множество травм). Ховард сумел раздобыть обломки еще шести метеоритов – таким образом, в его распоряжении оказалось целых восемь образцов. Они отличались своими геологическими характеристиками: четыре были действительно каменными, два – чисто металлическими и еще два состояли из смеси камня и металла.

Один из железных метеоритов предоставил Музей естественной истории в Лондоне: это был метеорит из Кампо дель Сьело. Объект, упавший с неба около 4 000 лет назад в Южной Америке, теперь исследовался в химической лаборатории викторианского Лондона: в этот момент духовное и научное значение метеоритов необратимо слилось.

Ховард опубликовал результаты своих изысканий в 1802 году, и его статья до сих пор остается одной из самых важных в истории метеоритики.3 Она была первым систематическим описанием химического и геологического строения метеоритов. Прежде некоторые химики уже пытались раскрыть химическую природу этих камней, но работа Ховарда была выполнена на гораздо более высоком уровне. Особое внимание он уделил каменным метеоритам. Он понял, что они состоят из бесчисленных отдельных зерен, которые он методично разделил на четыре различных вида: странные округлые глобулы, желтые пириты, маленькие металлические пузырьки и «сэндвичи» из комковатой породы, скрепленные тонким слоем землистой субстанции. Это была, вероятно, кропотливая работа: зерна каменных метеоритов крохотные. Все равно что вручную выбрать все маковые зернышки из мешка со смешанным птичьим кормом.

Ховард обнаружил, что маленькие металлические пузырьки в каменных метеоритах содержат никель. Прежде никель в изобилии находили в железных метеоритах французские химики; Ховард воспроизвел и подтвердил их выводы на своей выборке железных и железокаменных образцов. Для камней земного происхождения высокое содержание никеля крайне необычно – таким образом, Ховард впервые показал химическую связь каменных метеоритов с железными и железокаменными. Эти камни были непохожи ни на какие из описанных ранее.

«Неземное» обилие никеля в химическом составе небесных камней, огромные расстояния во времени и пространстве между их падениями при удивительном сходстве характеристик – все это подтверждало идею, над которой прежде смеялись: их небесное происхождение. Ховард не только нашел первое физическое свидетельство, подтверждающее гипотезу Хладни, но и создал новую отрасль науки – космохимию, химический анализ вещества космических тел.

И хотя это все еще выглядело невероятным, но, как прекрасно выразился сам Ховард, «не верить просто по причине непонимания значило бы ставить под сомнение большую часть творений природы».

Медленно и поначалу неохотно научный мир начал привыкать к идее, что метеоры и болиды и в самом деле вызваны тем, что на Землю из космического пространства падают камни и что иногда эти камни достигают земной поверхности. Можно считать счастливой случайностью, что метеорит Уолд Коттедж упал на земли Топхэма – ведь случись это на земле, принадлежащей кому-то другому, не наделенному таким даром создавать шумиху, и этот камень вполне могли бы приспособить для подпирания дверей. (Именно это произошло с метеоритом Лейк Хаус: он почти сто лет попросту валялся на крыльце одноименного елизаветинского поместья в Уилтшире, на юго-западе Англии, пока его небесное происхождение не было подтверждено учеными из Музея естественной истории в Лондоне.) А сегодня точное место падения метеорита Уолд Коттедж отмечено высоким обелиском из красновато-коричневого кирпича, воздвигнутым по указанию самого Топхэма. У его подножия лежит фигурная каменная плита, на которой вырезана следующая надпись:

Здесь,

На этом месте,

13 декабря 1795 года

Упал из Атмосферы

НЕОБЫКНОВЕННЫЙ КАМЕНЬ

Шириной 28 дюймов,

Длиной 30 дюймов,

и Весом 56 фунтов

КОЛОННА

В Память

об этом воздвигнута

ЭДВАРДОМ ТОПХЭМОМ

1799.

К середине XIX века разве только самые непробиваемые упрямцы все еще не приняли гипотезу Хладни. Но одна серьезная проблема оставалась нерешенной: откуда именно брались в космическом пространстве метеориты?

Многие другие места

Хладни предполагал, что метеориты образовывались не просто за пределами земной атмосферы, но и вообще вне Солнечной системы. На межзвездное («между звезд») происхождение метеоритов, по его мнению, указывала огромная скорость, с которой они врывались в земную атмосферу Другая теория Хладни состояла в том, что метеориты могут быть остатками разрушенной планеты – правда, наблюдения ночного неба в телескоп не давали никаких свидетельств существования крупных обломков планет. Очень скоро, однако, была предложена еще одна гипотеза происхождения метеоритов.

В 1802 году, тогда же, когда Ховард опубликовал свою работу о химической природе метеоритов, Пьер-Симон Лаплас, французский математик и астроном, выдвинул свою гипотезу о том, что метеориты все же рождаются поближе к нашему дому Он предположил, что они прилетают с Луны. О своих наблюдениях извержений лунных вулканов в 1787 году уже сообщал немецко-британский астроном Уильям Гершель (впоследствии оказалось, что эти визуальные наблюдения были ошибкой). Лаплас предположил, что если на Луне действуют столь же могучие вулканические силы, какие мы видим на Земле, то продукты извержений могут выбрасываться из лунных вулканов в космическое пространство и долетать до Земли. Это выглядело вполне обоснованно. Гипотеза была так популярна, что в посвященном Йоркширу томе справочника «Красоты Англии и Уэльса» метеорит Уолд Коттедж и описывался как кусочек Луны.

Тем временем перечень известных метеоритов пополнялся. К середине XIX века в музейных коллекциях и кунсткамерах богатых собирателей хранилось более 150 небесных камней. Примерно как раз в это время гипотезе лунного происхождения был нанесен смертельный удар. В 1859 году американский астроном Бенджамин Апторп Гулд опубликовал свои расчеты вероятности того, что камень, выброшенный из жерла лунного вулкана, долетит до Земли: шансов оказалось меньше, чем один из миллиона. Вычисления Гулда показали, что на каждый кусок лунной лавы, попавший на Землю, должно приходиться более полутора миллионов кусков, выброшенных в глубокий космос. Так что, если бы 150 или близкое к этому число метеоритов, упавших на Землю за последние несколько столетий, действительно прилетели с лунной поверхности, размеры Луны должны были бы видимым образом уменьшаться из-за потери огромного количества вещества, извергаемого лунными вулканами. Однако на Луне не было заметно никакой потери вещества. Оказалось, что ответ на загадку происхождения метеоритов скрывался внутри другой проблемы, стоявшей перед астрономами того времени: проблемы «недостающей планеты».

В астрономии расстояния измеряют в «астрономических единицах», сокращенно – а.е. Эта величина примерно равна расстоянию между Солнцем и Землей, которое составляет около 150 миллионов километров. Астрономическая единица – большое расстояние. Свет, быстрее которого во Вселенной ничто не может двигаться, проходит 1 а.е. за восемь минут и девятнадцать секунд: для сравнения, чтобы проехать это расстояние на автомобиле, вам понадобилось бы более 150 лет. Меркурий, самая близкая к Солнцу планета, находится от него на расстоянии в 0,4 а.е. Следующая по удалению от Солнца планета, Венера, отстоит от нашего светила на 0,7 а.е.; Земля – на 1 а.е.; Красная планета, Марс – более чем на 1,5 а.е. Затем идет полоса пустого пространства, и только на расстоянии 5,2 а.е. от Солнца проходит орбита Юпитера. Провал между Марсом и Юпитером беспокоил астрономов на протяжении столетий. Многие считали, что в нем притаилась неоткрытая планета.

В новогоднюю ночь 1801 года итальянский астроном Джузеппе Пьяцци, работая у своего телескопа на Сицилии над составлением каталога звездных положений, заметил на небе нечто странное. Это была яркая точка необычного цвета, непохожая на звезду. (Надо сказать, что Пьяцци был опытным астрономом – он уже девять лет работал над своим звездным каталогом.) Заинтригованный, на следующую ночь он снова навел телескоп на нетипично выглядящую звезду и заметил, что ее положение немного изменилось. Это уж было совсем странно. Звезды не могут менять свое положение от ночи к ночи.[1] Пьяцци повторил наблюдения и в третью ночь – объект снова сдвинулся! Тут Пьяцци понял, что это ни в коем случае не звезда. Перед нами прекрасный пример того, как крупнейшие научные открытия начинаются с фразы «хм, как-то это странно выглядит».

Сначала Пьяцци принял новый объект за комету. Для планеты он был слишком мал – выглядел в телескоп крохотной светлой точкой даже при самом большом увеличении. Но последующие наблюдения, выполненные как самим Пьяцци, так и его коллегами-астрономами, не выявили характерного туманного пятнышка, облачка, которое обычно окружает ядро кометы. Орбита, по которой это тело обращалось вокруг Солнца, тоже была совсем не похожа на кометную. Орбиты комет имеют форму очень вытянутого эллипса: они обращаются вокруг Солнца по траекториям, напоминающим вытянутую или сплющенную окружность, а орбита нового объекта была почти круговой, что характерно для планет. Более того, тело обращалось вокруг Солнца как раз в «провале» между Марсом и Юпитером. Таким образом, Пьяцци случайно открыл «недостающую планету». Следуя давней традиции называть небесные тела именами богов – практика, в которой отразилась архаическая вера в сверхъестественную природу ночного неба, – он назвал новооткрытую планету Церерой в честь древнеримской богини плодородия.

Спустя всего год немецкий астроном Генрих Вильгельм Маттиас Ольберс нашел на небе еще один объект с похожими характеристиками. Он тоже перемещался по небу от ночи к ночи, и его орбита тоже была слишком близка к круговой, чтобы это могла быть комета. Туманный ореол, окружающий все кометы, у этого тела тоже отсутствовал, и орбита его лежала в той же области Солнечной системы, что и орбита Цереры – как раз между Марсом и Юпитером. Ольберс назвал новую планету Палладой в честь греческой богини мудрости. Как и Церера, Паллада была крохотной – выглядела просто искоркой света на черном фоне космического пространства. Было, однако, странно, что Церера и Паллада обращались вокруг Солнца примерно на одном и том же расстоянии. Астрономы предсказывали существование только одной «недостающей планеты», и никто из них не предвидел, что планет окажется две. Все остальные известные планеты на участках своих орбит доминировали – Церера и Паллада, казалось, были исключением из этого правила. Ольберс предположил, что это уцелевшие фрагменты большой планеты, развалившейся на куски, – возможно, из-за катастрофического столкновения с кометой или внутреннего взрыва. Он предсказал, что вскоре будут найдены и другие фрагменты.

Гершель подытожил результаты этих открытий и привел характеристики двух новых «планет» в своей публикации, выпущенной Королевским обществом.4 Итак, эти тела в телескоп были видны, как звезды; по размерам они напоминали кометы, но не имели характерной для комет туманной оболочки и обращались вокруг Солнца по орбитам, типичным для планет. Так как эти объекты имели что-то общее и со звездами, и с кометами, и с планетами, но одновременно и отличались от них всех, Гершель предположил, что они могут относиться к новому классу астрономических объектов. Он придумал для них новое название: «астероиды», образовав его из греческих корней ἀστήρ- (астер) и -εἶδος (эйдос), что вместе значило «похожие на звезды». Это слово, впрочем, прижилось не сразу, и многие астрономы еще долго называли новые тела «планетами» или «фрагментами планет».

Третий астероид, названный Юноной, открыл в 1805 году немецкий астроном Карл Людвиг Хардинг. А в 1807 году Ольберс обнаружил и четвертый (для него самого он был уже вторым) – Весту. То, что в промежутке между орбитами Марса и Юпитера оказалось уже четыре малых «планеты», говорило в пользу гипотезы Ольберса о развалившейся на куски планете. Становилось ясно, что между орбитами Марса и Юпитера происходило что-то странное.

Хладни ликовал. Ведь в своем труде «Железные массы» (Jronmasses) он давно уже высказал тогда еще ни на чем не основанную догадку, что метеориты могут быть малыми фрагментами разрушившейся планеты. Астероиды были физическим свидетельством того, что эта гипотеза вполне может оказаться верной. Возможно, метеориты были чем-то вроде шрапнели, образовавшейся в ходе планетарного катаклизма и долетевшей до Земли. Впридачу некоторые астрономы, оказывается, уже сообщали об изменениях в яркости астероидов: эти изменения могли свидетельствовать о том, что у малых планет неправильная форма. Если они и вправду были кусками разрушенной планеты, то вполне естественно, что они представляли собой обломки, которые, беспорядочно вертясь в процессе орбитального движения, неравномерно отражают падающий на них солнечный свет.

Новых астероидов не открывали почти сорок лет. Но между 1845 и 1855 годами произошел настоящий бум: в каталоги было внесено еще тридцать три астероида. Теперь их общее число составляло тридцать семь. Еще через десять лет их стало уже восемьдесят пять. Теперь большинство людей понимают, что такого количества обычных планет существовать не может. Термин «астероид» стал общепринятым и проник в разговорную речь. Пространство между орбитами Марса и Юпитера стали называть «поясом астероидов»: оказалось, что астероиды образуют обширную зону каменных обломков, обращающихся вокруг Солнца. Пояс астероидов расположен на расстоянии примерно от 2 до 4 а.е. от Солнца, а его ширина – почти 300 миллионов километров – вдвое больше расстояния между Солнцем и Землей. Так орбита «недостающей планеты» превратилась в обширное межпланетное поле, населенное астероидами.

Примечательные разрывы

По мере того как открывались все новые и новые астероиды и вычислялись их орбиты, появилась возможность исследовать структурные детали пояса астероидов. Американский астроном Дэниэл Кирквуд в 1866 году описал «примечательные разрывы» – замеченные им концентрические зоны, в которых астероиды не появлялись. Эти промежутки были в его честь названы «люками Кирквуда». Таким образом, пояс астероидов был не просто хаотическим кольцом обломков, обращающихся вокруг Солнца: он состоял из ряда концентрических колец. Кирквуд правильно объяснил природу этих промежутков гравитационными взаимодействиями астероидов с крупнейшей планетой Солнечной системы – Юпитером. В процессе сложного «танца» астероидов вокруг Солнца в сочетании с «танцами» планет, определенные области пояса оказываются в «орбитальном резонансе» с Юпитером. Согласно открытому Ньютоном закону всемирного тяготения, скорость, с которой движется по своей орбите вокруг Солнца планета, астероид или комета, зависит от расстояния между этим небесным телом и Солнцем. Чем дальше от Солнца находится орбита, тем медленнее движется по ней тело. Орбитальные резонансы в поясе астероидов возникают, когда отношение периодов обращения астероида и Юпитера может быть выражено целым числом.

Представьте себе Солнечную систему в виде циферблата, в центре которого находится Солнце, а планеты и астероиды обращаются вокруг него на разных расстояниях. И пусть орбита Юпитера очерчивает внешний край нашего циферблата. Теперь представьте астероид, орбита которого пролегает ближе к центру циферблата (то есть ближе к Солнцу): этот астероид будет совершать один оборот быстрее, чем Юпитер, расположенный дальше. Допустим, мы установили, что этот астероид совершает оборот вокруг центра часов (то есть один оборот по орбите вокруг Солнца) вдвое быстрее Юпитера. За один оборот Юпитера происходит два оборота астероида. Эта ситуация называется орбитальным резонансом 2:1. Тогда на каждом втором орбитальном обороте астероида и Юпитер, и астероид будут на циферблате одновременно на двенадцати часах. В этом положении мощное гравитационное поле Юпитера будет слегка подтаскивать астероид к планете, из-за чего его орбита будет становиться более эллиптической. За сотни тысяч оборотов влияние этих малых гравитационных толчков на двенадцати часах будет накапливаться, и резонанс выбросит астероид на хаотическую орбиту. Подобные резонансы (и, следовательно, разрывы в положениях орбит) образуются при отношениях периодов обращения 3:1, 5:2, 7:2 и 7:3.

Хаотические орбиты могут привести астероид в безопасное положение в более гравитационно устойчивой части пояса. А некоторые астероиды могут быть вообще выброшены из пояса – либо в сторону Солнца, во внутреннюю часть Солнечной системы, либо вовне, в ее ледяные периферийные области. В результате изменения орбит между астероидами могут происходить и катастрофические столкновения с образованием роев мелких обломков – «шрапнели». Но какова бы ни была их дальнейшая судьба, все астероиды, обнаруживаемые внутри областей орбитального резонанса, обречены на то, чтобы быстро эту область покинуть. Поэтому в поясе и образуются разрывы, пустоты, в которых астероидов почти не встречается.

Орбитальные резонансы, создающие пустоты в астероидном поясе, обеспечивают условия, при которых астероиды и их мелкие обломки могут сталкиваться и уходить в другие области Солнечной системы. И если в результате этих возмущений орбита астероида или обломка пересекает орбиту Земли, появляется потенциальная возможность захвата этого тела Землей при ее движении вокруг Солнца. Ученые XIX века не сбрасывали со счетов заманчивое предположение, что метеориты могут оказаться именно такими фрагментами пояса астероидов.

Астероидная шрапнель

Пока астрономы глядели вверх в свои телескопы, геологи смотрели вниз: в окуляры микроскопов. В середине XIX века французский геолог Адольф Буасс думал, что он нашел доказательство происхождения метеоритов из обломков планеты, что соответствовало астероидной гипотезе. Он расположил данные об упавших метеоритах в порядке убывания их плотности, так, что получившаяся последовательность напоминала внутреннее строение планеты, похожей на Землю: железные метеориты в центре, представляющем собой металлическое ядро, выше – гибридные железокаменные, а затем каменные метеориты, соответствующие внешней каменной мантии и коре. Сходство состава метеоритов с составом слоев большой планеты было веским физическим доказательством того, что астероиды действительно являются частями фрагментированной планеты и что метеориты происходят из них.

Однако очень важный вопрос по-прежнему оставался нерешенным. Хладни когда-то уже указывал в своих «Железных массах», что скорость, с какой болиды и метеоры проносятся по небу, исключает возможность их возникновения в Солнечной системе: он (а вслед за ним и другие) считал, что для того, чтобы двигаться с такой скоростью, они должны образовываться в межзвездном пространстве. Это противоречило гипотезе астероидного происхождения метеоритов. Хотя научное сообщество с самого начала приняло идею, что болиды и метеориты – это камни, влетающие в земную атмосферу из космического пространства, и что некоторые из них переживают свой огненный спуск и долетают до земной поверхности, проблеме определения точного места их рождения суждено было решиться только в середине XX столетия.

На протяжении 1930-х и 1940-х исследователи сосредоточили свои усилия на том, чтобы фотографически зарегистрировать вход болидов в атмосферу и тем самым лучше понять траекторию их полета в космическом пространстве. Точное определение траектории позволило бы вычислить их скорости и орбиты, а значит, решить, наконец, являются ли метеориты межзвездными объектами или родились внутри Солнечной системы. Но зарегистрировать болид с помощью камеры – вопрос везения. Удачного случая приходится дожидаться долго. И терпение астрономов было вознаграждено. В обсерваториях Соединенных Штатов в конце концов были получены (с длинными экспозициями) фотографии пролетающих болидов. Вычисления, основанные на измеренных скоростях и направлениях входа болидов в атмосферу, показали: эти болиды произошли из камней, двигавшихся по околосолнечным орбитам. Они родились не в межзвездном, а в межпланетном пространстве – здесь, в нашей Солнечной системе.

К середине 1950-х, в разгар холодной войны, Чехословакия, как и многие другие страны, создала сеть фотографических станций слежения за небом, чтобы регистрировать траектории движения искусственных спутников. Непрерывный мониторинг космического пространства был вопросом национальной безопасности. В апреле 1959 года несколько камер станции слежения в Пршибраме, маленьком чешском городке в сорока пяти километрах к юго-западу от Праги, одновременно зафиксировали пролет болида. Этот болид видело и множество людей – он был заметен на площади почти в восемь тысяч квадратных километров и, падая, ярко осветил все ночное небо. Впервые в истории болид был фотографически зарегистрирован более чем одной камерой. Поскольку входная траектория болида была снята под разными углами, ее смогли измерить методом триангуляции и вычислить с высокой точностью. Это позволило предсказать и место падения метеорита. Предсказание оказалось точным: через пару недель был найден дочерна обуглившийся каменный метеорит размером с большое яблоко. Еще три фрагмента того же метеорита были найдены в последующие месяцы: камень, пролетая сквозь атмосферу, развалился на части.

Но траекторию камня удалось вычислить не только после, но и до его входа в атмосферу. На основании измеренных скорости и направления полета болида был определен путь камня в космосе: он приблизился

к Земле по сильно вытянутой эллиптической орбите, пересекающей земную. Метеорит Пршибрам прилетел из внешней части пояса астероидов. Это было первое прямое доказательство того, что небесные камни действительно происходят из пояса астероидов между орбитами Марса и Юпитера.

За десятилетия слежения за небом при помощи сети фотографических камер, разбросанных по всему земному шару, и развития методов восстановления орбит болидов в космическом пространстве, из измерений скорости и направления входа болидов в земную атмосферу удалось точно рассчитать еще много орбит метеоритов, в том числе таких как Иннисфри, который упал в Альберте (Канада) в 1977 году, Моравка – в Чехии в 2000-м и Парк Форест – в Иллинойсе (США) в 2003 году. Каждый из них, как и Пршибрам, был зарегистрирован фотографически; в каждом случае удалось собрать упавшие обломки. Фрагмент метеорита Моравка размером с яблоко исключительно удачно угодил прямо в елку, выросшую рядом с чьим-то домом.

Астероидов, которые могут прилетать к нам в виде метеоритов, великое множество. С тех пор как Пьяцци в 1801 году случайно открыл Цереру, в поясе астероидов были обнаружены и внесены в каталог сотни тысяч объектов. Церера оказалась не только первым открытым, но и самым большим астероидом, заметно крупнее всех остальных: ее поперечник чуть меньше 1 000 километров, то есть она размером с Британию. Паллада и Веста обе имеют поперечник около 500 километров – примерно с Англию. Согласно оценкам, существует от одного до двух миллионов астероидов размером больше километра, и нам еще очень далеко до того, чтобы нанести их все на карту неба. Однако крупные астероиды составляют скорее исключение, чем правило, – они встречаются тем реже, чем они крупнее. Вероятно, число астероидов размерами менее километра составляет многие миллиарды; при этом нижней границы их размера не существует – от метра и меньше.

Бесшумно обращаясь вокруг Солнца, астероиды сталкиваются и при этом разлетаются на несущиеся с большой скоростью обломки либо же забредают на орбиты, слишком близкие к одному из люков Кирквуда с их гравитационными резонансами. И в том, и в другом случае они или их фрагменты могут оказаться во внутренней части Солнечной системы. Множество таких камней летит сквозь межпланетное пространство. Большая часть из тех, что пересекают орбиту Земли, – крохотные тела размером от пылинки до фасолины; пролетая сквозь земную атмосферу, они полностью сгорают. Однако в долгой истории камней большего размера, если они выживают после своего огненного полета и оказываются на поверхности Земли, открывается новая глава. Большинство метеоритов так и остаются необнаруженными и по прошествии геологического времени сливаются с веществом Земли. И лишь крошечная их часть становится достоянием любопытных земных обитателей.

Благодаря метеоритам мы узнали множество мельчайших подробностей об астероидах, которые эти метеориты породили. Из слабых звездообразных точек на небе малые планеты превратились в миры со своей историей, в хранилище полезных сведений. Ведь в них скрыта информация о самом раннем этапе истории Солнечной системы, рассказ о том, как собрать из ничего планетную систему и какие ингредиенты нужны, чтобы создать новые миры.

Большая часть дальнейшего содержания этой книги связана с удивительными историями происхождения небесных камней. Но прежде чем мы углубимся в первые страницы истории нашей Солнечной системы, мы должны поговорить о поисках метеоритов.

2. «Падения» и «находки»

Увидеть своими глазами падение метеорита на земную поверхность и точно заметить место – такое случается крайне редко. Метеориты, падение которых наблюдают люди и которые находятся вскоре после этого, так и называются: «падения». Из примерно 60 000 известных метеоритов «падений» меньше 1 200^1 – меньше одного случая из пятидесяти. «Падения» ценятся очень высоко. Эти метеориты обычно важны в нескольких аспектах: в культурном, так как их появлению сопутствует поток возбужденных рассказов очевидцев, историй, приукрашенных фантастическими подробностями, и в научном – ведь они хранят в себе ценную геологическую информацию.

До момента, когда они окажутся на земной поверхности, метеориты находятся в инертном космическом вакууме, где нет каких-либо газов, которые могли бы с ними взаимодействовать. Поэтому они остаются химически неизменными на протяжении миллиардов лет. Даже бурное вторжение в земную атмосферу не меняет их первичной сущности: перегреваются только внешние слои метеорита, а они быстро сбрасываются, прежде чем тепло добирается до сердцевины. Однако как только метеорит оказывается на Земле, он немедленно начинает подвергаться внешним воздействиям: со всех сторон его атакуют и атмосферный кислород, и дожди, и легионы микробов, покрывающих поверхность нашей планеты. Геологические процессы, история которых непрерывно записывается и отражается в структуре земных камней, тут же начинают переписывать историю, сохраненную в структуре метеоритов. Оставаясь нетронутыми, «падения» часто имеют ценность, многократно превышающую стоимость равного им по весу чистого золота.

По земной поверхности падающие метеориты распределяются практически равномерно, разве что чуть чаще встречаются на экваториальных широтах – поэтому вероятность падения примерно одинакова на поле в Шотландии и на такого же размера поле в Австралии или Перу. Земля преимущественно покрыта океанами, поэтому большинство метеоритов тонет в водяной бездне и теряется навеки. Метеориты, которым повезло упасть на твердую почву, получают имена по названиям мест, где они оказываются. Поэтому имена метеоритов могут выглядеть и звучать очень по-разному – то старомодно (Уолд Коттедж), то как скороговорка (Миллибиллилли), то забавно (Верблюд Донга).

Каждый год на поверхность Земли выпадает 40 000 тонн внеземного вещества. Но если так, почему же поверхность нашей планеты не покрыта толстым слоем метеоритов? Дело в размерах. Размеры Земли огромны: это самая большая каменная планета Солнечной системы, и на общей площади ее поверхности в полмиллиарда квадратных километров даже 40 000 тонн вещества распределятся весьма тонким слоем, как крохотный кусочек масла, размазанный по огромному тосту. На Сент-Джеймс Парк в центре Лондона в год придется одна чайная ложка метеоритного вещества – это заметить невозможно.

Далеко не все внеземное вещество выпадает на Землю в виде камней. Большая его часть представляет собой «дождь» из микроскопических твердых частиц, называемых «космической пылью». Видеть их можно только наметанным глазом в микроскоп. Камнями можно назвать лишь ничтожную часть выпадающей материи. Метеориты таких размеров, как «падения» Уолд Коттеджа или Храшчины, исключительно редки. Гигантские метеоритные «падения» размером с автомобиль, вроде древнего Кампо дель Сьело, случаются раз в жизни – и даже тогда они в основном попадают в океан и там исчезают.

Почти 59 000 метеоритов, падения которых так никто и не увидел, называются «находками». Эти метеориты лежат на земной поверхности, пока кто-нибудь не отыщет их и не доставит в лабораторию или хранилище, где они будут содержаться в условиях низкой влажности и постоянной температуры, чтобы предотвратить химическое воздействие атмосферной влаги. В некоторых таких хранилищах особо ценные метеориты содержатся в высоком вакууме или атмосфере чистого азота – опять-таки для предотвращения коррозии.

«Находки» могут валяться на земле десятки или даже сотни тысяч лет, пока кто-нибудь не подберет их; а если этого не случится в течение разумного времени, воздействие внешней среды сделает их неотличимыми от лежащих рядом обычных камней. Они войдут в состав песков и почв Земли, станут обычным гравием. Подумать только – камни, просуществовавшие в межпланетном пространстве несколько миллиардов лет со времени образования Солнечной системы, могут полностью разрушиться, проведя на земной поверхности менее миллиона лет.

Подобно «падениям», «находки» имеют научную ценность, хотя анализировать их надо с осторожностью, не забывая о часто встречающихся дефектах: металлы окисляются и ржавеют, сложные взаимодействия камня с просачивающейся в него дождевой водой ведут к образованию новых минералов, при проникновении растворов в трещины образуются отложения солей. Отделить особенности, изначально присущие самому метеориту, от приобретенных им на Земле иногда бывает очень трудно.

Изучение метеоритов дало нам богатейшую информацию, отчасти благодаря большому объему доступных данных. Но так было не всегда: когда Ховард в начале XIX века выполнил свои важнейшие аналитические исследования, в его распоряжении было всего восемь метеоритов, и даже к середине XX столетия их насчитывалось в общей сложности менее 2 000. Ситуация изменилась благодаря случайному открытию, сделанному в одном из самых отдаленных уголков нашей планеты. С него и началась «метеоритная лихорадка».

Находки в ледяной пустыне

Летом 1969 года группа японских ученых занималась монтажом станций слежения в южном полушарии, в толще Восточно-антарктического ледяного щита. Эти установки должны были отслеживать подвижки глетчерного льда.

21 декабря после полудня кто-то из членов группы нашел на поверхности льда несколько странного вида камней, покрытых черной коркой. Геолог Масару Йошида заподозрил, что камни могут быть метеоритами, и призвал остальных членов группы смотреть внимательнее – могли найтись и другие. За последовавшие десять дней было собрано еще шесть таких же камней – всего их стало девять. Необычные черные камни выделялись на голубоватой поверхности глетчерного льда – заметить их было легко. Образцы были упакованы в полиэтилен, проложены тканью и отправлены в металлическом контейнере в Японию на анализ.

В Японии профессор Масао Гораи, геолог, которому поручили выполнить анализ образцов, разрезал камни, чтобы исследовать их структуру под микроскопом. Он сразу понял, что все девять камней являются метеоритами. Особенности их строения и геологические характеристики сильно различались: хотя все они оказались по природе своей каменными (ни один не содержал значительного количества металла), среди них можно было выделить по крайней мере пять различных метеоритных типов. Похоже, что они падали не вместе, дождем обломков одного и того же тела, а поодиночке, один за другим, вероятно, с промежутками в десятки тысяч лет. Но вероятность отыскать на одном месте так много индивидуальных метеоритов казалась сказочно малой. Попросту говоря, это выглядело невозможным.

В 1973 году, на том же участке ледяного поля японские ученые совершенно случайно наткнулись еще на дюжину метеоритов. Все они тоже были каменными, и снова среди них присутствовало как минимум пять различных типов (трех из которых не было среди образцов 1969 года), отличающихся различным минеральным составом. Ив 1974 году началась «метеоритная лихорадка» – предвкушая новые находки, из Японии на Восточно-антарктический ледяной щит отправилась специальная поисковая партия.

За две недели она собрала более 660 камней, что увеличило общее число обнаруженных на тот момент метеоритов примерно на треть. Это было что-то невероятное. Найденные метеориты принадлежали более чем к двадцати различным типам – большинство из них были каменными, но попался и один железо-каменный.

Но оказалось, что и это только верхушка айсберга.

Японские ученые сразу поняли, что причина того, что все эти метеориты находились в одном месте, должна быть крайне необычной – не могли же они действительно упасть независимо друг от друга на один небольшой клочок ледяного щита. Это выглядело абсолютно нереально. Как такое могло случиться?

Ответ на этот вопрос отыскался в толще льда. Веками метеориты случайным образом падали на поверхность Восточно-антарктического ледяного щита, крупнейшего на нашей планете, так же как они падали и на всю остальную ее поверхность. После падения они все глубже зарывались в свежий глубокий снег и постепенно оказывались погребены в толще ледяного щита. Проходили тысячелетия. Многотонный снежный слой становился все толще, его огромный вес выдавливал воздух изо льда, который поэтому превращался из сверкающего белого в бледно-голубой. Метеориты были надежно заключены в этой голубой тюрьме. По мере того как массивный ледяной щит сдвигался к краям континента, метеориты, скрытые внутри него, совершали то же путешествие, как бы переносимые естественным конвейером.

Время от времени эта ледяная река натыкалась на находящиеся под поверхностью ледяного щита горные цепи. При этом щит, упираясь в горы, выгибался дугой и вспучивался: слои старого льда из глубины выталкивались на поверхность. Вместо того чтобы продолжать двигаться вперед к океану, омывающему края континента, и нести заключенные в нем метеориты к воде, вставший торчком лед разрушался сильнейшими полярными ветрами. Тяжелые метеориты в основном оставались на том месте, где их вынесло на поверхность. Сильные ветра еще и не давали накапливаться свежему снегу; когда поверхностный лед сдувало, выталкивались новые глубинные слои и занимали его место. В результате на протяжении тысячелетий, по мере того как ледяные массы выветривались, груды метеоритов накапливались на ледяной поверхности в феноменальных количествах.

В течение года после успеха японской экспедиции молва о громадных запасах метеоритов в Антарктике разнеслась в среде научного сообщества. Соединенные Штаты, где еще не улеглось возбуждение от успехов

недавних полетов «Аполлонов», тоже решили принять участие в этой охоте. «Метеоритная лихорадка» не уступала золотой.

К 1980 году объединенные японско-американские ежегодные экспедиции добыли почти 5 000 новых небесных камней, удвоив тем самым общее число известных в мире метеоритов. Ко времени написания этой книги на Восточно-антарктическом ледяном щите собрано уже почти 40 000 метеоритов, и каждый год открываются еще сотни. По сей день ежегодные экспедиции продолжают скрести голубой лед Антарктического щита в поисках метеоритов.

Сокровища, собранные в Антарктике, возбудили огромный интерес к метеоритным исследованиям. Космохимики больше не ограничивают себя изучением сверхценных исторических «падений», хранящихся в крупнейших музеях мира: сегодня они имеют доступ к новой огромной антарктической коллекции, содержащей множество различных типов метеоритов.

Находки в горячих песках

Две трети всех известных метеоритов найдены в самой обширной ледяной пустыне мира. А еще пятая часть обнаружена в величайшей песчаной пустыне Земли: в Сахаре.

Именно сухость воздуха в Сахаре позволяет упавшим там метеоритам сохраняться сотни тысяч лет, накапливаясь на песчаной поверхности в больших количествах. Покрывающая их почерневшая корка резко выделяется на ярком песке. Здесь вообще настолько мало камней и валунов (так же как деревьев и кустарника), что обычно можно представить себе только одно место, откуда сюда могли попасть камни: небо.

Жители Сахары, зная, что ученые и любители-коллекционеры часто согласны платить за эти странные камни неплохие деньги^2, собирают их и продают на рынках, которых много на рубежах пустыни. На особенно редких типах метеоритов можно заработать целое состояние.

Но есть в этом и темная сторона. Многие страны Северной Африки жестко контролируют и ограничивают торговлю этими чудесами природы. Поэтому часто метеориты попадают за пределы континента нелегально. Сменив много владельцев, космическая контрабанда оседает в частных коллекциях, кураторских учреждениях и научных институтах по всему миру, часто без каких-либо сопровождающих документов или указаний на место обнаружения. Поэтому некоторые институты – к примеру, Музей естественной истории в Лондоне – воздерживаются от приобретения метеоритов, найденных в Африке. С другой стороны, подстегиваемые исследовательским интересом, многие институты, невзирая на трудности, все же проводят обширную работу по изучению метеоритов из Сахаре. Как бы там ни было, метеоритная сокровищница в пустыне Сахара значительно продвинула наше понимание природы астероидов, эти метеориты породивших.

Вместе взятые, песчаная и ледяная пустыни оказались созданным самой Природой «складом», где удобно собирать вместе, хранить и беречь от разрушения как сами метеориты, так и истории, записанные в них. Чудесная способность Восточно-антарктического ледяного щита сводить воедино огромные количества метеоритов – как будто мы собираем упавшие с неба и рассыпавшиеся по земле страницы удивительной книги – делает эту территорию воротами в Солнечную систему и в глубокое прошлое. Истории хранятся в толще льда или в горячем песке, подобно тому, как старые книги на полках терпеливо ждут своих читателей, – только здесь до прихода исследователей, которых они дожидаются, может пройти миллион лет. Пустыни – великие библиотеки Природы.

Систематика

Еще Ховарду и другим пионерам космохимии было ясно, что метеориты делятся на три разновидности – каменные, железокаменные и железные. Но первые исследователи метеоритов вынуждены были довольствоваться несколькими десятками образцов, хранившихся в европейских музеях, и поэтому не могли представить себе истинного разнообразия метеоритных типов.

Огромная коллекция метеоритов, накопленная за предыдущие два столетия, в сочетании с невероятно продвинувшимися вперед средствами научного анализа раскрыла перед нами необыкновенное разнообразие мира метеоритов. В результате в центре внимания оказались астероиды и процессы, которые ведут к возникновению из них метеоритов. Небесные камни – не случайно отколовшиеся куски астероидов: за сложной организацией и классификацией семейств метеоритов должна стоять какая-то система. Почти все метеориты покрыты обугленной черной корой плавления, но когда мы разрезаем их алмазными пилами и выявляем геологические характеристики, они оказываются так же разнообразны и удивительны, как и у множества каменных пород, из которых состоит земная кора.

Теперь мы знаем, что три главные разновидности метеоритов можно более подробно разделить по их геологическим характеристикам еще на более чем сорок различных групп. Каменные метеориты делятся по меньшей мере на тридцать групп, железокаменные – как минимум на шесть, железные – не меньше чем на четырнадцать. У некоторых каменных метеоритов на срезе видна мозаика вулканических кристаллов, образовавшихся из остывающей магмы; другие так богаты водой и сложными углеродосодержащими молекулами, что сразу распознаются по острому запаху асфальта. Некоторые железокаменные метеориты состоят из кристаллов цвета бутылочного стекла и размером с пенни. Это оливин, или перидот, полудрагоценный камень. Кристаллы оливина оправлены в каркас из металлического железа. Некоторые железные метеориты составлены из крохотных иголочек металлических минералов; другие – из металла в форме длинных переплетающихся пальцеобразных выступов. Типы каменных структур, родившихся в поясе астероидов, удивительно многообразны.

Невероятное разнообразие различных групп метеоритов сразу же заставляет усомниться в справедливости гипотезы «разрушенной планеты»: как могли такие разные типы метеоритов произойти из фрагментов одного и того же тела? В ответ можно было бы указать на разнообразие земных пород: в конце концов, разве не существуют здесь тысячи тысяч разновидностей камня, созданных геологическими силами, непрерывно формирующими облик нашей планеты? Ответ на вопрос о происхождении метеоритов находится внутри них самих. Но, чтобы прочесть его, нам придется воспользоваться одним из самых мощных инструментов космохимии: анализом изотопов.

Каждый атом – химический строительный кирпичик вещества – несет в себе плотное ядро, состоящее из двух видов субатомных частиц: протонов и нейтронов. Химическая природа атома определяется числом протонов, которое может варьировать от одного (водород, элемент номер один) до девяноста двух (уран, элемент номер девяносто два) в рамках периодической таблицы элементов. Элемент определяют именно протоны: например, неон всегда имеет десять протонов, железо – всегда двадцать шесть, платина – семьдесят восемь и так далее. Но номера периодической таблицы – это еще не все. Количество нейтронов в атомном ядре тоже может быть разным.

В отличие от протонов, несущих положительный электрический заряд, заряд нейтронов нулевой – поэтому они не оказывают заметного влияния на химическое поведение атома. Однако у нейтрона примерно такая же масса, как и у протона, и поэтому, если количество нейтронов в атомном ядре меняется, масса атома тоже изменится. Атомы одного и того же элемента с разным числом нейтронов в своих ядрах называются изотопами, от древнегреческих корней ἴσος(изо-), который значит «тот же», и τόπος (-топос), означающего «место». Изотопы занимают «одно и то же место» в периодической таблице, так как они представляют собой атомы одного и того же элемента, отличающиеся только массой.

Элемент номер восемь

Неожиданный, быть может, факт: кислород, источник жизни, второй по обилию газ в атмосфере Земли, в большинстве камней является первым по обилию элементом. Это один из основных компонентов кристаллических структур, из которых состоит огромное количество породообразующих минералов. Поэтому в камнях у нас под ногами больше кислорода, чем в воздухе, которым мы дышим. Он в больших количествах присутствует и в метеоритах. Ему присуще уникальное сочетание важных химических свойств. Несомненно, кислород – один из важнейших для космохимии элементов, заслуживающий доверия и хорошо осведомленный рассказчик.

Кислород представлен в виде трех различных изотопов: кислород-16, кислород-17 и кислород-18; для краткости мы будем обозначать их 16O, 17O и 18O соответственно. По определению у каждого изотопа кислорода в ядре спрятано восемь протонов (кислород – элемент номер восемь в Периодической таблице), а вот число нейтронов различно: восемь у 16O, девять у 17O и десять у 18O. Все эти атомы – атомы кислорода, химически они идентичны, но, как всегда бывает с изотопами, имеют разную массу: 18O – самый тяжелый, а 16O – самый легкий из трех.

Самый распространенный изотоп кислорода – конечно, 16O. Если бы кто-нибудь сел и скрупулезно отсчитал 10 000 отдельных атомов кислорода, содержащихся в молекулах морской воды (H_2O) из ведерка, все эти атомы, кроме примерно двадцати четырех, относились бы к виду 16O. Из этих двадцати четырех двадцать относились бы к 18O, и только последние четыре были бы атомами самого редкого из трех изотопов кислорода: 17O.

Относительные обилия трех изотопов кислорода немного отличаются от одного места на Земле к другому – на очень незначительные, но все же вполне измеримые величины. Например, когда вода нагревается, – скажем, если перед вами чашка горячего чая, – легкие изотопы испаряются из нее быстрее, чем тяжелые. Получается, что водяной пар, поднимающийся с поверхности чая, когда тот испаряется, – а вода, H_2O, как мы знаем, содержит кислород – будет немного обогащен изотопами 16O и (в меньшей степени) 17O по сравнению с водой, оставшейся в чашке. Более легкий 16O испаряется скорее, чем 17O, а 17O, в свою очередь, немного быстрее, чем 18O.

По сути, испарение 17O по сравнению с 16O происходит вдвое быстрее, чем испарение 18O по сравнению с 160, так как разность масс между 17O и 16O вдвое меньше разности масс между 18O и 16O.[2]

Схематический график изотопов кислорода, обычно используемый в космохимии. Смеси 16O, 17O и 18O во всех субстанциях на Земле – от океанской воды до воздуха и камня – укладываются на линию земного фракционирования. Субстанции с астероидов, комет и других планет на эту прямую не укладываются.

Это означает, что разность относительного изменения количества 17O по отношению к 16O в водяном паре будет вдвое меньше, чем количества 18O по отношению к 16O. Если бы мы измерили относительную разность отношений 17O к 16O и 18O к 16O во многих веществах (в воздухе, воде, камне или тканях человеческого тела) для многих различных мест на Земле и затем нанесли эти значения на график в соответствующих осях, все они попали бы на одну прямую линию с наклоном Уч. Мы называем эту прямую «линией земного фракционирования». Все, что есть на Земле, ложится на эту прямую.

Как бы ни перемешивался кислород между разными точками на нашей планете, какую бы форму он ни принимал – будь это водяной пар, поднимающийся над чашкой горячего чая, или расплавление старых камней и кристаллизация новых, – его изотопный состав всегда изменяется именно этим систематическим и упорядоченным способом. Все субстанции располагаются вдоль одной и той же прямой с наклоном ½: относительное изменение процентного отношения 17O и 16O вдвое меньше, чем для отношения 18O и 16O. Все укладывается на линию земного фракционирования. Природа ведет себя систематически и предсказуемо.

Но в Солнечной системе мы наблюдаем немного различающиеся пропорции изотопов кислорода. Планеты, сформировавшиеся в различных частях Солнечной системы, наследуют эти различия в смеси изотопов. У каждой планеты собственная уникальная линия с наклоном Уч, на которую укладываются все находящиеся на ней кислородосодержащие субстанции (например, камни). Эти линии – меркурианского, венерианского, земного и марсианского фракционирования – параллельны, но немного смещены по вертикали друг относительно друга.

Эти прямые с наклоном ½ подсказывают нам сильную и, главное, проверяемую гипотезу: если астероиды представляют собой разлетевшиеся в разные стороны обломки бывшей когда-то единым целым планеты, то все метеориты – «шрапнель», в которую превращаются астероиды – тоже должны укладываться на уникальную линию с наклоном ½.

Поэтому нетрудно понять возбуждение, охватившее научное сообщество, когда в 1970-х группа космохимиков из Чикагского университета измерила изотопный состав кислорода в куске каменного метеорита и обнаружила, что он не ложится на линию земного фракционирования.3 Изотопный состав кислорода этого метеорита оказался в буквальном смысле «не от мира сего» – он ясно доказывал внеземное происхождение камня. Метеорит был в большой степени непропорционально обогащен 160 по сравнению с любой субстанцией, когда-либо изученной на Земле. Эти измерения пробудили огромный интерес к изотопному составу кислорода в метеоритах, интерес, который не ослабевает и сегодня. Исследования, выполненные в последние десятилетия, дали нам ясную картину природы астероидов.

Изотопный состав метеоритов не укладывается на одну прямую с наклоном Ух метеориты группируются в многочисленные отличающиеся друг от друга по этому параметру скопления. Эта ситуация полностью расходится с гипотезой происхождения метеоритов из одной некогда целой планеты – в этом случае все камни укладывались бы на собственную уникальную прямую с наклоном Уч. Таким образом, мы получаем убедительное доказательство, что метеориты не имеют общего происхождения. Они образовались из многих отдельных каменных тел, каждое из которых отличалось своей уникальной смесью изотопов 16O, 17O и 18O.

Астероиды – не фрагменты разрушенной планеты. Они всегда были отдельными телами и никогда не образовывали единого целого. Астероиды были роем одиноких странников.

Кислороду и еще есть о чем рассказать. Быстро стало ясно, что метеориты, сгруппированные на основе номинального геологического сходства, также имеют и идентичный изотопный состав кислорода. Каждая отдельная группа метеоритов происходит от собственного индивидуального астероида, а все вместе они разворачивают перед нами общую геологическую историю своих «родителей». Астероиды вовсе не образуют однородного роя идентичных космических обломков – они столь же богаты подробностями и разнообразны, как и сами метеориты.

Но прежде чем мы перейдем к исследованию их историй, стоит ненадолго обратиться к тем примерно 400 метеоритам, которые происходят от более знакомого нам планетного тела.

Ближе к дому

18 января 1982 года члены ежегодной американской экспедиции «охотников за метеоритами» на Восточно-антарктическом ледяном щите, как обычно, боролись со жгучим холодом. Уже пора было возвращаться в лагерь, как вдруг один из них заметил на поверхности голубого глетчерного льда темный камень величиной с грецкий орех – 373-й и последний метеорит, найденный в этом сезоне. Сразу же стало ясно, что это не обычный метеорит: на его поверхности кора плавления местами слезла, обнажив остроугольные участки белого камня размером в сантиметр (геологи называют такие участки «кластами»), окруженные гораздо меньшими угольно-черными фрагментами. Эта картина была непохожа ни на один ранее найденный метеорит. Камень тщательно упаковали в отдельный стерильный контейнер и вместе с другими 372 метеоритами, собранными в этом году, отправили в Джонсоновский Космический центр NASA в Хьюстоне (США) для классификации. Метеорит, получивший имя «Аллан Хиллс 81005»4, подвергся стандартной процедуре обработки, применявшейся для антарктических метеоритов необычного вида: из камня была вырезана тонкая пластинка и превращена в шлиф. Изготовление шлифов – обычная для геологов процедура: тонкие срезы камня отшлифовываются до толщины в тридцать микрон и устанавливаются на предметное стекло микроскопа.[3] При такой толщине среза камень начинает пропускать световые лучи, а оптические свойства этого излучения помогают геологам определять минералы, из которых состоит камень, и описывать его геологические характеристики.

Шлиф метеорита Аллан Хиллс 81005 был изучен в Смитсоновском институте в Вашингтоне. Космохимики обнаружили, что белые класты были кусочками минерала анортита, а темные – базальта. Класты были связаны оболочкой из губчатого темно-коричневого стекла, как кусочки фруктов в рождественском плам-пудинге. На Земле анортит встречается редко, зато это один из самых распространенных минералов на поверхности небесного тела, ежедневно присутствующего на земном небе, – Луны. Таким образом, возникло заманчивое предположение, что этот метеорит образовался не так уж далеко от нашего космического дома.

Очень скоро стало понятно, что химический, геологический и изотопный состав метеорита Аллан Хиллс 81005 (в том числе присутствие в нем изотопов кислорода) идентичны характеристикам камней, десятью годами раньше собранных на лунной поверхности и доставленных на Землю астронавтами с «Аполлонов». Аллан Хиллс 81005 был кусочком Луны. Лаплас, французский математик и астроном, который 180 лет назад предположил, что метеориты прилетают с Луны, оказывается, был не так уж неправ.

Даже невооруженным глазом видно, что главные геологические формации Луны могут быть легко сопоставлены с образованиями, характерными для Земли. Ярко-белые и светло-серые области соседствуют с темно-серыми участками, образующими на поверхности Луны огромные пятна. Древние астрономы поэтически называли первые лунными землями (по-латыни terrae), а вторые – морями (maria). Хотя эти определения оказались и не вполне верными, по сути астрономы древности были правы: лунные maria — настоящие моря, правда, без воды. Это кристаллизовавшиеся остатки расплавленных масс базальта, серо-черного вулканического камня, который образуется при остывании и затвердевании лавы. На Земле базальта невероятно много: из него состоят вулканические острова Гавайев и Исландии, да и большая часть океанского дна. Миллиарды лет назад светящиеся красным расплавленные потоки базальта кругами расходились от ударных кратеров на поверхности Луны, что и объясняет круглую форму лунных морей. А ярко-белые «земли» – terrae — это фрагменты древней лунной коры, которая образовалась за миллиарды лет до появления морей. На них обрушивались бесчисленные удары больших и малых камней, врезавшихся в лунную поверхность со сверхзвуковой скоростью. Ярко-белая окраска terrae объясняется тем, что «земли» главным образом состоят из белого минерала анортита.

Метеорит Аллан Хиллс 81005 содержит фрагменты как белых «земель», так и черных морей. Эти породы образовались в разных областях Луны с интервалом в миллиарды лет. Как же могло случиться, что базальтовые и анортитовые фрагменты оказались вместе в одном камне? Частичный ответ на этот вопрос дает присутствие в необыкновенном метеорите третьего компонента: вулканического стекла.

Когда раскаленная докрасна жидкая каменная порода охлаждается, в ней образуются минералы, и от скорости ее охлаждения зависят размеры возникающих при этом кристаллов. Если жидкость охлаждается медленно, вырастают большие кристаллы; в быстро остывающей жидкости кристаллы образуются маленькие. При достаточно быстром охлаждении расплавленного камня происходит закалка: вещество почти мгновенно переходит из жидкого состояния в твердое. При этом у атомов не остается времени на упорядочение и аккуратное распределение с образованием организованной структуры. В их хаотическом расположении как бы заморожена бесструктурность, свойственная расплавленному состоянию. Таким в высшей степени беспорядочным расположением атомов и отличается материал, который геологи называют вулканическим стеклом. На Земле быстрое охлаждение случается только в аномальных условиях, поэтому природное вулканическое стекло – большая редкость. А вот на Луне, оказывается, оно встречается повсеместно.

Вулканическое стекло в метеорите Аллан Хиллс 81005 образовалось, когда в лунную поверхность врезался небесный камень со скоростью, во много раз превышавшей скорость вылетающей из ствола пули. При сверхзвуковых ударах поверхностям передается огромная энергия – при большой массе камня ее оказывается достаточно, чтобы превратить твердые скальные породы в жидкость за долю секунды. И, так как у Луны нет атмосферы, защищающей ее от бомбардировки или хотя бы замедляющей скорость случайно попавшихся ей на пути камней, она в полной мере испытывает на себе мощь их ударов. При образовании камня Аллан Хиллс 81005 потоки жидкой породы, разогретой до тысячи и более градусов Цельсия, подобно докрасна раскаленным щупальцам, обтекали обломки материала, составлявшего «земли» и «моря»; при быстром остывании они закаливались и образовывали то самое вулканическое стекло, которое мы видим. Можно сказать, что внутри этого метеорита размером с грецкий орех записана история процессов хаоса и разрушения, миллиарды лет назад происходивших на лунной поверхности.

Содержащиеся внутри Аллан Хиллс 81005 фрагменты веществ, составляющих terrae и maria, сформировались похожим образом. При ударе основная масса каменной породы нагревается все же недостаточно и не плавится, а раскалывается на куски – осколки, «шрапнель» размерами от здоровенных булыжников до мелкой пылевой взвеси. Эти обломки гигантской завесой выбрасывались в лунное небо и падали обратно на поверхность, покрывая ее хаотически распределенным покровом, иногда ложащимся за тысячи миль от родительского ударного кратера. Так и получилось, что вещества с разных участков поверхности Луны смешивались друг с другом – анортитовые фрагменты, характерные для terrae, оказывались на одних участках с базальтом «морей», а базальтовые фрагменты из «морей» оседали на terrae. Когда скальная порода испытывает столь сильный удар, она претерпевает так называемый «ударный метаморфизм», подвергаясь давлению, во много сотен тысяч раз превышающему атмосферное давление на поверхности Земли. За малые доли секунды структура минералов внутри камня меняется, тем самым «записывая» в себе информацию об испытанных гигантских давлениях. Вся поверхность Луны изрыта ударными кратерами, от гигантских до микроскопических; время от времени эти удары вышвыривали куски камня с поверхности Луны настолько далеко, что обратно они уже не возвращались. Один такой камень случайно попал на Землю и упал на Восточно-антарктический ледяной щит, где люди нашли его и назвали Аллан Хиллс 81005.

Между 1969 и 1972 годами астронавты проекта Apollo собрали на Луне и доставили на Землю более 350 килограммов камней; еще несколько сот граммов лунных пород в период с 1970 по 1976 год было уложено в контейнеры советских автоматических станций серии «Луна». Камни, доставленные прямо с поверхности Луны людьми и роботами, ценны для науки по двум основным причинам: во-первых, они не подвергались разрушительному воздействию земного выветривания, а во-вторых, мы точно знаем, в какой именно точке лунной поверхности они образовались.

А вот по тем кусочкам Луны, которые долетели до Земли в виде метеоритов, невозможно догадаться о точном месте их происхождения. Чтобы они смогли преодолеть притяжение гравитационного поля Луны, их должно было выбросить из кратера поперечником по меньшей мере в несколько километров. Сотни тысяч таких кратеров беспорядочно разбросаны по лунной поверхности, и любой из них мог быть местом рождения лунного метеорита.

На момент написания этого текста найдено чуть больше 400 лунных метеоритов. Один из них, названный Ямато 791197, вообще-то был найден в Антарктике за три года до Аллан Хиллс 81005, но то, что он прилетел с Луны, стало ясно только после установления лунного происхождения последнего.

Все известные сейчас лунные метеориты относятся к «находкам». Никто пока не наблюдал падающего с неба камня с Луны.

* * *

А космохимики только и ждут первого падения лунного камня. Так что теперь, глядя темной ночью на нашу сияющую на небе космическую соседку, будьте предельно внимательны – вдруг вы увидите, как кусочек ее несется к Земле в виде метеорита.

С поверхности астероидов каменные обломки выбрасываются таким же образом, как и с Луны: в результате ударов. У крошечных по сравнению с планетами и Луной астероидов гравитационное поле слабое, поэтому для того, чтобы выбросить вещество за его пределы, не требуется столкновение вселенских масштабов. И если эти выброшенные каменные фрагменты окажутся в «люке Кирквуда» или случайно выйдут на подходящую орбиту их путешествие в межпланетном пространстве может когда-нибудь окончиться на Земле.

Люди на астероидах пока не высаживались, но вместо них туда уже отправлялись автоматические космические миссии. На сегодняшний день состоялись их сближения с семнадцатью разными астероидами, от крохотного Итокава (-500 м в поперечнике – размером примерно с цепь из двадцати пяти двухэтажных автобусов) до самого крупного, Цереры (которую многие ученые считают «карликовой планетой»). На Землю переданы подробные фотоснимки поверхности этих астероидов.

Когда я пишу эту книгу, космические аппараты Hayabusa-2 и OSIRIS -REx, запущенные Агентством аэрокосмических исследований Японии (JAXA) и NASA соответственно, исследуют еще два астероида. На борту корабля Hayabusa-2 уже находится вещество с поверхности астероида Рюгу, которое будет доставлено на Землю в конце 2020 года[4], a OSIRIS-REx принесет нам первичное вещество Солнечной системы с астероида Бенну в конце 2023-го. Обе миссии сфотографировали поверхности своих астероидов с близкого расстояния. Для астрономов XIX века астероиды были только движущимися по небу слабыми звездообразными световыми точками; не существовало никакого способа увидеть их вблизи. Эти ученые так и не узнали, насколько прекрасны объекты их исследования. Нам посчастливилось жить в историческую эпоху прямого изучения тел Солнечной системы, и мы увидели несколько малых планет во всей красе.

Астероиды могут быть самой разнообразной формы: почти круглые, похожие на орех, картофелину или смятый куб. Окраска их тоже неодинаковая: одни серого цвета и отражают солнечные лучи, как светлый песок на пляже, другие темные, как кусок угля. У одних поверхности однородные, без изменений яркости, у других угольно-черные области чередуются с ослепительно белыми, будто покрытыми свежевыпавшим снегом. Различия между астероидами огромны, их можно разделить на множество типов – они образуют целую палитру геологически разных миров. Но у всех астероидов есть одна общая черта: они покрыты ударными кратерами.

Как и лунные, кратеры на астероидах бывают самого разного размера: от циклопических до едва заметных. В 2012 году космический зонд NASA Dawn («Рассвет») сфотографировал на поверхности Весты, второго по величине астероида, гигантский ударный кратер Реясильвия, поперечником более 500 километров (около половины Великобритании) и глубиной примерно в двадцать километров. Образование Реясильвии почти полностью изменило облик поверхности Весты. В межпланетное пространство было выброшено около шести миллионов миллионов миллионов килограммов каменных пород. В центре Реясильвии на двадцать пять километров над дном кратера возвышается величайшая из известных гор Солнечной системы, образованная вспучиванием поверхности астероида в ответ на ударное воздействие – точно так же, как вспучивается поверхность воды в луже, когда на нее падает капля дождя.

Бесчисленное количество ударных кратеров, покрывающих астероиды, свидетельствует об огромном числе возможностей выброса вещества с их поверхностей в пространство. Ударное происхождение отразилось и на внутренней структуре самих метеоритов – как мы видим на примере Аллан Хиллс 81005, следы этих катастроф проявляются прежде всего в наличии вулканического стекла. Но хаотические деформации обнаруживаются и во внутренней структуре минералов: изначально идеально прекрасная форма кристаллов искажена разломами; кристаллическая структура нарушена на атомном уровне; сами кристаллы частично оплавлены. В некоторых случаях, когда колоссальное ударное давление перестраивало структуру атомов, минералы преобразовывались в новые экзотические версии самих себя. Так, в некоторых метеоритах, которые возникли при наиболее мощных ударах, находят алмазы, сформировавшиеся за время, меньшее продолжительности фотовспышки.

Космические секундомеры

Время, прошедшее с того момента, как метеорит был выброшен с поверхности своего родительского тела – астероида или Луны – до завершения его межпланетных странствий на Земле, можно измерить при помощи природного изотопного секундомера. Солнечную систему пронизывает постоянный поток высокоэнергетических атомных частиц, называемых «космическими лучами». Они возникают при взрывах, которыми заканчивается жизнь далеких звезд, и несутся в межзвездном пространстве со скоростями, близкими к скорости света. Если какая-то из этих частиц сталкивается с твердым объектом, например с астероидом, – ее существование заканчивается: пролетев сотни световых лет в Галактике, она входит в камень на глубину в один-два сантиметра и останавливается. Но и для камня это столкновение не проходит бесследно.

Большинство космических лучей – это единичные протоны. Несмотря на исчезающе малые размеры и ничтожную массу, благодаря невероятной скорости они могут, подобно микроскопическим кувалдам, наносить довольно сильные удары. При столкновении с атомами, входящими в состав камня, они возбуждают ядерные реакции, в результате которых определенные элементы образуют характерные изотопы, называемые «космогенными нуклидами». Чем дольше камень подвергается воздействию потока космических лучей, тем больше в нем образуется космогенных нуклидов. Они накапливаются в течение тысячелетий.

Большая часть скальных пород, составляющих астероид, лежит достаточно глубоко и надежно защищена от космических частиц, барабанящих по его поверхности, как осенний дождь по крыше. В этих породах космогенные нуклиды образоваться не могут. Но как только ударное событие вырывает кусок камня из недр родительского астероида и выбрасывает его в межпланетное пространство, камень теряет спасительную «крышу» – теперь он полностью открыт космическим лучам. Космогенные нуклиды начинают накапливаться внутри него, как песок в нижней части песочных часов. Отсчет начался. Теперь все время, пока камень странствует в космосе, он открыт потоку космических лучей и в нем откладываются космогенные нуклиды – и чем дольше это продолжается, тем больше их становится.

Упав на земную поверхность, метеорит снова обретает защиту от бомбардировки космическими лучами – плотная азотная атмосфера и мощное магнитное поле Земли, обусловленное процессами, происходящими в ядре планеты, задерживают большую часть космических лучей, не пропускают их к земной поверхности. Образование космогенных нуклидов в метеорите прекращается, и часы, измеряющие время его полета, перестают тикать.

Измерив интенсивность потока космических лучей, пронизывающего Солнечную систему, мы можем вычислить скорость, с которой космогенные нуклиды образуются в небесном камне во время его космических странствий; другими словами, мы можем определить скорость хода изотопного секундомера. А измеряя в лаборатории степень концентрации космогенных нуклидов в метеорите, можно сосчитать, сколько раз за время его полета совершила оборот стрелка космического секундомера. Теперь мы знаем, сколько времени прошло с тех пор, как метеорит покинул родительский астероид, до момента, когда он достиг Земли.

Метеориты не летают по прямой – они обращаются вокруг Солнца по своим орбитам, которые случайно могут пересекать орбиту Земли. А значит, чтобы попасть на Землю, им обычно требуется долгое время. Некоторые каменные метеориты добрались до Земли немногим быстрее, чем за 100 000 лет, но большая их часть летала в космосе от десяти до тридцати миллионов лет. Однако многие железные метеориты оказались еще неторопливее: они оставались на своих околосолнечных орбитах в двадцать раз дольше, чем большинство камней. Некоторые из них, прежде чем попасть на Землю, провели в межпланетном пространстве до 500 миллионов лет и более, из-за чего в них скопилось огромное количество космогенных нуклидов.

Точно неизвестно, почему между временем, проведенным в межпланетном пространстве каменными и железными метеоритами, такая большая разница. Это одна из многих загадок науки о метеоритах. Одно из возможных объяснений заключается в том, что железные метеориты попросту оказываются в космосе более живучими. Имея большую жесткость, куски металла меньше «изнашиваются», не превращаются в пыль, в то время как хрупкие каменные метеориты подвержены эрозии в результате микростолкновений. Они быстрее «ветшают». Вероятно, существует предельное время, в течение которого каменный метеорит может путешествовать в космическом пространстве после того, как он был выброшен из родительского астероида. Потому и выходит, что ни у одного каменного метеорита «космический секундомер» не показывает длительного времени его странствия.

* * *

Подобно Земле, Луне и другим планетам, астероиды во время своего образования были горячими телами. Но, поскольку они так и не объединились и не сформировали тело планетарного масштаба, в их составе среди скальных пород не появилось больших количеств радиоактивных изотопов – горючего, энергия которого разогревает планету. То крошечное, в сравнении с имеющимся у планет, количество радиоактивного топлива, которое астероидам все же досталось при их формировании, очень быстро (в геологической шкале времени практически мгновенно) распалось, предоставив им промерзать на космических сквозняках до самой сердцевины.

Законы природы повсюду одинаковы – что для чашки чая на нашем столе, что для астероида, несущегося по орбите вокруг Солнца между Марсом и Юпитером: малые тела остывают быстрее больших. Причина этого проста и изящна: все дело в отношении площади поверхности к объему. Планеты (да и астероиды) можно (приближенно) считать сферическими по форме; их объем пропорционален кубу радиуса, а площадь поверхности – квадрату.5 Получается, чем крупнее небесное тело, тем больше тепла оно содержит и тем менее эффективно отдает его окружающему пространству через свою малую по сравнению с объемом площадь поверхности. Короче, чем крупнее тело, тем дольше оно хранит тепло.

Крошечные по сравнению с планетами астероиды остыли невероятно быстро. Даже самые крупные из них спустя несколько миллионов лет после своего образования сделались холодными, как камень. По человеческим меркам это, может, и долго, но когда речь идет о метеоритах, мы должны придерживаться геологической шкалы времени. Если мы сожмем всю планетарную историю Земли до одних суток продолжительностью в двадцать четыре часа, то окажется, что астероиды остыли за первые полчаса или чуть больше и с тех пор оставались ледяными. А Земля, к примеру, в свои 4,6 миллиарда лет все еще производит достаточно тепла, чтобы каждый день извергать на поверхность реки жидкой, разогретой докрасна лавы.

Остынув так быстро, астероиды на протяжении всей своей истории оставались в геологическом смысле мертвыми мирами – скальные породы в их составе сохраняли свое первоначальное состояние, если не подвергались случайным ударным воздействиям. Поэтому такие породы – когда их образцы падают на Землю в виде метеоритов – могут рассказать нам о более далеком прошлом, чем любой земной камень.

А из всех историй, рассказываемых небесными камнями, наверное, самая грандиозная и поразительная – история о том, как постепенно складывался и воздвигался наш космический дом: Солнечная система.

3. Пыль из газа, миры из пыли

Каждый из нас проживает свою жизнь на Земле. Земля – космический дом человечества. Значение Земли для нас огромно. Ее планетарная история тесно переплетена с нашей, человеческой.

Глубокое волнение охватывает нас, когда мы видим фотографии нашей голубой планеты, снятые из космоса. Это наш дом. Такую же глубокую связь с Землей ощущали наши предки. Вопросы о том, как возникла наша планета и как появились на ней мы сами, впервые встали перед людьми в глубокой древности. Пытаясь ответить на них, все культуры и религии планеты создавали свой миф о сотворении мира. Насколько нам на сегодняшний день известно, Земля – единственное место во Вселенной, в котором состоящее из молекул вещество развилось до разумного состояния и способно задавать себе вопрос о своем происхождении. И насколько нам пока известно, мы, люди, – единственные элементы Вселенной, способные найти что-то похожее на ответ на этот вопрос. Раздумывать о том, откуда мы взялись, – неотъемлемая часть понятия «быть человеком». Этот вопрос живет в каждом из нас.

Человеческое тело состоит из примерно десяти октиллионов атомов: часть из них приходит из воздуха, которым мы дышим, из воды, которую мы пьем, из пищи, которую едим. А там они, в свою очередь, берутся из богатой кислородом земной атмосферы, из воды, текущей по земной поверхности и падающей дождем с неба, и, если говорить о пище, из растений, которые мы выращиваем в почве, а также из газов, присутствующих в воздухе. Когда мы едим, пьем и дышим, какое-то количество атомов, поступающих в наши тела извне, остается в них – эти атомы участвуют в создании новых клеток и, по крайней мере на время, становятся частью нашего внутреннего строения, нашего «я». Мы все в буквальном смысле являемся частью Земли, состоим из ее вещества. Вопросы о том, как образовалась Земля и откуда взялись мы сами, оказываются, если углубиться в прошлое достаточно далеко, одним и тем же вопросом.

Мы живем в такую эру человеческой истории, когда после двухсоттысячелетних раздумий нам наконец начинает открываться понимание истинной глубины наших планетарных и небесных корней. И в этом великом пробуждении метеориты играют ключевую роль.

Туманность

Астрономы давно заметили, что все в Солнечной системе, за немногими случайными исключениями, вращается одним и тем же образом. Все планеты, кометы и астероиды обращаются по орбитам вокруг Солнца в одном и том же направлении, как огромный часовой механизм; в том же направлении обращается вокруг своих материнских планет огромное большинство лун Солнечной системы; осевое вращение шести из восьми планет и почти всех их спутников направлено в ту же сторону.[5] Даже Солнце, непрестанно бьющееся звездное сердце нашей планетной системы, в том же направлении совершает вокруг своей оси один оборот за двадцать пять земных дней. Как будто вся Солнечная система захвачена неким вечным и нескончаемым водоворотом.

К тому же Солнечная система невероятно плоская. Если рассматривать ее «с ребра», оказывается, что околосолнечные орбиты планет и главных лун сосредоточены в одном очень тонком плоском слое, будто концентрические бороздки на невидимой виниловой пластинке. Именно так и можно представить себе относительную толщину Солнечной системы, если мысленно сжать ее так, чтобы диаметр орбиты Нептуна – самой далекой от Солнца планеты – был бы равен двадцати сантиметрам. Только орбиты астероидов и комет, которые по сравнению с планетами выглядят мелкими обломками, могут заметно выходить за пределы толщины этой «пластинки»: наклоны орбит некоторых астероидов достигают сорока пяти градусов, а орбиты комет могут быть ориентированы к главной плоскости планетных орбит и под прямым углом.

Первую серьезную попытку объяснить природу «водоворота», в который вовлечено движение тел Солнечной системы, предпринял немецкий философ Иммануил Кант в своей вышедшей в 1755 году книге Allgemeine Naturgeschichte («Всеобщая естественная история»). Он выдвинул великолепную и тщательно продуманную гипотезу. Кант предположил, что непосредственно после акта сотворения мира Солнечная система представляла собой висящее в космическом пространстве гигантское облако, находящееся в состоянии бесформенного и безликого хаоса.

Согласно гипотезе Канта, это туманное облако медленно вращалось. Отдавая должное ньютоновским представлениям о всемирном тяготении, Кант предположил, что под действием своей собственной гравитации облако начало стягиваться в плотную массу. По мере того как этот процесс коллапса продолжался, гравитационное притяжение росло, и коллапс все более ускорялся. Изначальное вращательное движение тоже ускорялось по мере того, как центральный конденсат становился все более плотным, каким-то образом превратившись наконец в быстро вращающееся прото-Солнце. Дальше Кант описывал, как часть вещества облака не упала на Солнце, а была отброшена от него в радиальных направлениях, оказавшись на круговых околосолнечных орбитах, лежащих в одной уплощенной области пространства; в этом остаточном веществе, по Канту, образовались многочисленные уплотнения меньшего масштаба, которые, в свою очередь, стали расти и породили планеты.

В 1796 году знаменитый французский математик Пьер-Симон Лаплас тоже представил свои соображения о том, как из изначально бесформенной массы газа, медленно вращавшейся в пространстве, образовалась система планет – включая Землю – и комет, обращающихся по орбитам вокруг Солнца. Лаплас описал процесс сжатия – коллапса – вращающегося облака под действием всесокрушающей силы его собственного гравитационного поля. Вращение облака ускорялось по мере его сжатия; из него образовалась гигантская сфера плотного газа, которая, разогреваясь, дала начало Солнцу. От стремительно вращающегося Солнца отрывались большие волокна вещества; они выбрасывались в пространство в форме концентрических колец, каждое из которых занимало свою орбиту вокруг Солнца. Из кружащихся вокруг Солнца концентрических водоворотов, говорил Лаплас, образовывались вращающиеся планеты, которые сохраняют это состояние по сей день.

Наши современные взгляды на формирование Солнечной системы, как мне кажется, и более красочны, и более глубоки, чем любые мифы прошлого. Как мы еще убедимся, в них находят место и взрывы, в которых гибнут гигантские звезды, и звездные ветры, несущиеся сквозь межзвездное пространство, и гибель миров, и зарождение новых. Но хотя идеям Канта и Лапласа недоставало подробной разработки, они в сущности оказались верными.

* * *

Здесь стоит уделить минутку для того, чтобы сориентироваться и найти наше место на главной временной шкале мироздания. Вселенная – другими словами, совокупность всего существующего – возникла в результате Большого взрыва чуть меньше четырнадцати миллиардов лет назад. Наша Солнечная система сформировалась всего чуть больше четырех с половиной миллиардов лет назад – что составляет почти треть возраста Вселенной. Начало этой истории было поистине грандиозным.

Вспышка света

Поначалу Солнечная система была частью насквозь промерзшего бесформенного облака газа, скудно приправленного крошечными зернами каменной пыли. Это межзвездное облако состояло в основном из водорода и гелия и было невероятно разреженным: в сферическом объеме размером с Землю помещалось всего несколько килограммов вещества – вес новорожденного младенца! По сути, при такой плотности вещество почти не отличается от вакуума. Подобные облака мы наблюдаем на ночном небе и сегодня – и название дали им соответствующее: туманности. Их английское название тоже происходит от латинского «nebula», что значит «туман». Но, несмотря на то что в туманностях нет ничего, кроме тончайших газовых волокон и небольшого количества

пыли, в межзвездном пространстве они растянуты на огромные расстояния – от десятков до сотен световых лет[6].

На ночном небе туманности выделяются на фоне моря звезд своими бесформенными очертаниями и размытыми, незаметно сливающимися с чернотой неба краями: это слабые светлые пятна в черном пространстве. Некоторые туманности заметны невооруженным глазом даже в таких местах, где небо имеет оранжевый оттенок из-за засветки, создаваемой уличным освещением: к примеру, зимой в северном полушарии небо украшает туманность в созвездии Ориона (в области «меча» небесного охотника); заметно и слабое облачко, окутывающее звездное скопление Плеяд. Эти две туманности особенно легко разглядеть – они относятся к астрономическим чудесам, которые доступны взгляду обитателей городов даже при самом высоком уровне светового загрязнения.

Когда мы смотрим на туманности в мощные телескопы, они выглядят совсем по-другому. Волокна газа переплетаются друг с другом; плотные облачные массы высятся как трубы или колонны; длинные легкие эфирные пряди разлетаются в глубины космоса. А некоторые туманности не светлые, а черные как смоль. На небе они выглядят чернильными пятнами, сквозь которые не пробивается свет звезд. И все же большинство туманностей тускло светится красноватым цветом. Чтобы испускать свет самим, они слишком холодны, но их облучают соседние звезды, и газ начинает фосфоресцировать. Излучение газа, возникающее в результате малых энергетических переходов на субатомном уровне, суммируется по всему облаку, простирающемуся на огромные расстояния, и распространяется от туманности во все стороны, уходя в глубины космоса.

Звездные ветры от особенно горячих и излучающих больше всего энергии звезд гонят перед собой огромные слои туманности и «выдувают» в ее толще обширные области пустого пространства, одновременно уплотняя массы газа на ее периферии. Колоссальные взрывы, которыми заканчивается жизнь звезд во много раз массивнее нашего Солнца, порождают мощные ударные волны, распространяющиеся в межзвездном пространстве. Проходя сквозь толщу туманности, эти волны, в свою очередь, создают в ней «рябь» в виде газовых волокон высокой плотности. Массивные звезды своим сильным гравитационным притяжением привлекают к себе большие массы газа из туманности; действующие в окрестности таких звезд приливные силы концентрируют разреженный газ в облака густого тумана. Статичные и неизменные в человеческой шкале времени, межзвездные облака на деле полны динамики: когда счет идет на миллиарды лет, становится заметно, как они текут, вздуваются и опадают.

Внутри туманностей многое определяют газовые потоки и сильные магнитные поля, заставляющие газ медленно клубиться и завихряться. В областях туманности, где под воздействием звезд газ конденсируется в облака повышенной плотности, основная роль переходит к гравитации. В результате туманность начинает коллапсировать – сжиматься. Газ и пыль под действием гравитационного притяжения стягиваются внутрь, образуя уплотняющиеся узлы; в них запускается ускоряющийся процесс сжатия. Чем плотнее ядро такого узелка, тем сильнее его гравитационное воздействие на окружающую туманность, вследствие чего узелок стягивает к себе еще больше окружающего газа и пыли, а это, в свою очередь, ведет к еще большему его уплотнению. Когда туманность достигает этой стадии, повернуть процесс вспять уже невозможно. В ней могут появиться сотни плотных узелков-ядер, каждое из которых стягивает на себя газ и пыль. Сегодня мы видим процесс коллапса туманностей «в реальном времени» в мощные телескопы. Только в туманности Ориона каталогизировано более 200 коллапсирующих фрагментов, каждый из которых представляет собой узелок, непрерывно уплотняющийся под действием тяготения.

По всему небу зарегистрировано много тысяч таких объектов.

Наша Солнечная система когда-то тоже прошла эту стадию. Малая часть очень холодного облака, из которого она впоследствии образовалась, чуть более четырех с половиной миллиардов лет назад начала коллапсировать, создавая газово-пылевой узелок повышенной плотности протяженностью в миллиарды километров. Сначала внутри узелка было совершенно темно – свет звезд не мог проникнуть сквозь непрозрачную толщу газа и пыли. Ядро узелка стягивало на себя все больше окружающего газа, медленно становилось все плотнее и массивнее, а его температура постепенно начала расти. И наконец гравитация в растущем ядре усилилась настолько, что температура выросла сначала до тысяч, а потом и до миллионов градусов.

И тут в нем вспыхнул свет.

В ядре сжимающейся туманности начались инициированные огромными температурами и гигантским давлением ядерные реакции превращения водорода в гелий. Нарождающаяся Солнечная система впервые оказалась залитой звездным светом. Это и был момент рождения Солнца: в длинной истории Солнечной системы началась эра света.

Вспышка в центре продолжающей сжиматься туманности в первый раз осветила остатки газа и пыли вокруг центрального ядра. К этому времени вокруг новорожденного Солнца уже возник и вращался наподобие гигантской карусели плоский газовый диск поперечником в десятки миллиардов километров – так называемый «протопланетный диск».

Еще до наступления коллапса наша нарождающаяся туманность медленно вращалась. Это первоначальное вращение в ходе всего процесса стягивания к центральному ядру новых масс газа и пыли сохранялось и усиливалось благодаря фундаментальному физическому закону: закону сохранения углового момента. В своей простейшей форме он заключается в том, что вращающийся объект будет продолжать вращаться, пока на него не подействует внешняя сила. Так как вращательному движению туманности в процессе коллапса ничто не препятствует, она продолжает сжиматься к центру, и по мере ее сжатия вращение ускоряется. Точно так же балерина, крутящая пируэт, вращается быстрее, когда прижимает руки к телу[7]

В природе крутящиеся тела стремятся распластаться. До наступления коллапса частицы газа и крохотные пылинки были вовлечены в турбулентные движения; туманность в целом вращалась, но движения отдельных частиц были случайными. Но когда газ и пыль были стянуты к ядру силами гравитационного притяжения, их движения в вертикальном и горизонтальном направлениях взаимно скомпенсировались, что привело к образованию плоского газопылевого диска. Частицы диска, обращаясь по своим орбитам вокруг массивной центральной звезды, сохраняли свое вращательное движение в силу закона сохранения углового момента. И этот небесный пируэт не прекращается до сего дня.

Время собирать камни

Природа внесла строгий порядок в изначально бесформенное межзвездное облако. Солнце и протопланетный диск образовались из коллапсирующей туманности всего за несколько миллионов лет – в геологической шкале времени практически мгновенно. Если вернуться к нашему 24-часовому «геологическому дню», на это ушло чуть больше 90 секунд. Так что в этом временном масштабе формирование Солнечной системы практически закончилось за первые полторы минуты.

Пока в Солнечной системе шли процессы концентрации под действием силы тяготения и продолжалось ее уплощение, связанное с сохранением углового момента, вблизи нашей звезды формировались и другие звезды. Некоторые из них были гигантскими – массой в десять, пятьдесят, а то и в сто раз больше нашего Солнца. Они сжигали запасы своего «горючего» невероятно быстро: за время, в течение которого Солнце и его протопланетный диск едва успели сконденсироваться, эти звезды уже подходили к концу отпущенного им срока существования. Пока они расходовали последние остатки топлива, яростные звездные ветры неслись с их поверхностей, и потоки ядер тяжелых элементов, образовавшихся глубоко в их недрах в ходе термоядерных реакций, выбрасывались в окружающую туманность. Затем звезды гибли: не в состоянии больше уравновешивать силой газового давления колоссальную силу собственного гравитационного поля, они катастрофически сжимались, после чего тут же взрывались в виде сверхновой.

Химический коктейль из тяжелых элементов, приготовленный в невероятно горячих и плотных ядрах звезд, обогащал туманность новообразованными атомами. Некоторое количество этих недавно синтезированных элементов попало и в наш все уплощающийся протопланетный диск. А еще, когда окрестные сверхновые взрывались, подобно космическим петардам, распространяющиеся при этом ударные волны проходили свозь формирующуюся Солнечную систему, внося в нее возмущения.

В коллапсирующей туманности выделялось огромное количество энергии, и поэтому некогда замороженное облако постепенно раскалилось. Энергии было достаточно не только для расплавления, но и для испарения твердого вещества. В результате большая часть каменной пыли, содержавшейся в коллапсирующей туманности, превратилась в газ. Температура Солнечной системы на этом этапе ее истории была гораздо выше, чем можно себе представить – со стороны новорожденная система, вероятно, выглядела как яростно раскаленный диск светящегося газа, окружающий юное Солнце.

По мере того как этот диск, обращаясь вокруг центральной звезды, уплотнялся, состояние газа начало меняться. Атомы, концентрируясь во все меньших объемах пространства, стали химически взаимодействовать друг с другом. Диск охлаждался, так как излучал много энергии в межзвездное пространство. В течение примерно 100 000 лет начали образовываться минералы – твердые частички вещества. И наконец, в туманных волокнах газа, обращающихся вокруг молодой звезды, начались геологические процессы.

Живя на Земле, мы привыкли к тому, что минералы образуются из жидкостей: обычно это происходит, когда раскаленная докрасна лава, охлаждаясь, превращается вулканические породы, или когда из богатых минералами потоков осаждаются соли. Но в протопланетном диске минералы образовывались прямо из охлаждающегося газа в ходе процесса конденсации. Вблизи Солнца, при испепеляюще высокой температуре – значительно выше 1 500 °C – единственными минералами, способными конденсироваться, были экзотические окиси алюминия и кальция (минералы, содержащие в разных пропорциях кислород, алюминий и кальций). Все остальное при таких температурах химически неустойчиво. Первым минералом, который образовался из медленно остывавшего светящегося горячего газа, был корунд (окись алюминия Al_2O_3), известный нам еще как рубин или сапфир.[8] Так газ стал превращаться в пыль.

Конденсация корунда в горячем диске, обращавшемся вокруг молодого Солнца, ознаменовала первое событие образования твердого вещества в Солнечной системе. Но при дальнейшем охлаждении газ стал вступать в реакцию с корундом и разрушать его. Однако разрушение одного минерала ведет к образованию другого: вместо корунда стал появляться новый минерал хибонит (CaAl_12O_19). Как и корунд, чистый хибонит бесцветен, но случайные примеси, попавшие в свежескоденсировавшиеся кристаллы, придают им ярко-голубой, темно-зеленый или апельсиновый оттенок. При дальнейшем охлаждении газ конденсируется в целый ряд новых экзотических минералов, богатых кальцием и алюминием: перовскит (CaTiO_3), за ним мелилит (Ca_2Al_2SiO_7), потом шпинель (MgAl_2O_4). В необычной среде появляется и необычная геология.

Постепенно газ в диске продолжал охлаждаться, медленно конденсируясь и кристаллизуясь в один минерал за другим. Большая часть этого вещества имела вид мелких пылинок.

Дальше от кипящей солнечной поверхности и вглубь протопланетного диска температура уже была достаточно низкой, чтобы могла конденсироваться оливиновая пыль (перидот) и шарики металлического железа. Еще дальше от Солнца, присоединяясь к семейству уже образовавшихся к тому времени из газа минералов, конденсировались крупинки полевого шпата. Так в Солнечной системе появились первые камни и началась ее геологическая история. А за полмиллиарда километров от Солнца (на расстоянии примерно вдвое превышающем расстояние от Солнца до Марса) в недрах медленно остывающего диска температура упала уже настолько, что здесь конденсировались крупинки водяного льда. Воображаемую окружность вокруг Солнца, за пределами которой температура достаточно низка, чтобы там мог существовать лед, космохимики романтически назвали «снеговой линией». Если крупинка льда, двигаясь в сторону Солнца, пересечет эту линию, она испарится и снова станет газом. А гораздо дальше снеговой линии, где температура еще ниже, конденсируется еще больше льда, но уже не водяного – из промерзшего газа 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 скальных пород (иногда с вкраплениями льдов): раскаленный шар Меркурия, Венера, «утренняя звезда», мраморно-голубая Земля и Марс – Красная планета. Дальше от Солнца планеты формировались из сочетания камня, льда и газа: гигантский Юпитер, грациозный Сатурн, ледяной гигант Уран и застывший в вечном холоде Нептун. За орбитой Нептуна вокруг Солнца кружатся бесчисленные ледяные тела (в том числе Плутон и Харон). Глубокий крен в осевом вращении Урана, возможно, вызван катаклиз-мическими ударами планетезималей, сталкивавшихся с новорожденной планетой; такие же удары могли заставить вращаться в обратном направлении Венеру. Уникальный состав и характеристики каждой планеты – как химические, так и изотопные – достались им в наследство от уникальной пылевой смеси, из которой состояли их «строительные блоки».

Множество лун в нашей Солнечной системе – а их сейчас известно более 150 – сформировались разными путями, и поэтому они так же геологически разнообразны, как и планеты. Точно так же, как планеты образовались из пыли и газа, не попавших на Солнце, спутники планет, луны, образовались из пыли, не захваченной планетами.

Но по крайней мере у одной из лун происхождение оказалось гораздо более драматичным и катастрофическим: у нашей собственной. Наша Луна возникла, когда планетарный эмбрион врезался в Землю вскоре после ее образования. Удар был скользящим, а не лобовым, но все равно привел к катастрофе: гигантская волна испаряющихся и жидких каменных пород взметнулась с поверхности молодой планеты в космос. Большая часть этого вещества сразу же выпала огненным дождем обратно на расплавленную поверхность Земли, но какое-то его количество все же осталось на орбите. Из него и образовалась Луна.

Примерно за пятьдесят миллионов лет после образования первых конденсаций вещества «строительные блоки», из которых формировались планеты и их спутники, в Солнечной системе закончились. Эра образования планет подошла к концу. Вместе начавшись, истории восьми планет – четырех каменных и четырех газовых миров, – мириадов лун и миров еще меньших размеров разошлись, и каждый из них двинулся по своему уникальному пути в далекое будущее.

Пройдут миллиарды лет, и эти миры преобразуются и изменятся почти до неузнаваемости: поверхности по меньшей мере четырех планет покроются активными вулканами; не менее чем на двух каменистую поверхность зальют океаны жидкой воды; многие планеты и луны обзаведутся атмосферами, состоящими из входящих в их состав газов; вокруг газовых планет появятся великолепные по красоте системы концентрических колец. И по крайней мере одна планета, как мы знаем, сделается пристанищем для жизни.

Астероиды

По какой-то странной прихоти гравитации, из-за причудливого сочетания законов небесной механики в некоторых частях протопланетного диска планетезималям и планетарным эмбрионам помешало собраться воедино мощное притяжение Юпитера (и в меньшей степени Сатурна). Из-за особого расположения газовых гигантов, образовавшихся вскоре после самого Солнца, попавшие в эти части диска планетезимали так навсегда и остались толпой бродяг. Планеты в этой области Солнечной системы не сформировались, их «строительные блоки» обращаются вокруг Солнца поодиночке, разъединенные друг с другом.

Области разъединения существовали как внутри, так и вне орбиты Юпитера, которая лежит примерно впятеро дальше от Солнца, чем орбита Земли. Индивидуальные планетезимали, образовавшиеся из разных смесей конденсированной пыли, породили две различные популяции. Одна из них, внутри орбиты Юпитера, была в основном каменной, тогда как вторая, сформировавшаяся за Юпитером, где холоднее, отличалась сочетанием каменных и ледяных минералов. В ходе стабилизации Солнечной системы после ее рождения из туманности орбита газового гиганта много раз смещалась то в одну, то в другую сторону, и при ее колебаниях две популяции планетезималей все больше рассеивались в пространстве. Многие из малых странствующих миров при этом были разрушены. Но многие и выжили. В какой-то момент богатые льдом планетезимали из холодных внешних областей Солнечной системы хлынули в ее теплую внутреннюю часть и рассеялись в ней, смешавшись с уже населявшей эту область популяцией каменных тел. Не в силах сопротивляться мощному гравитационному полю Юпитера, не дававшему им соединяться, обитатели этой части Солнечной системы сохранились в ней на протяжении четырех с половиной миллиардов лет. Это и есть то, что мы называем сегодня «поясом астероидов».

Пояс астероидов населяют миллионы тел, образовавшихся в различных частях Солнечной системы. На сегодняшний день в поясе астероидов остается «всего лишь» 3 000 миллионов миллиардов тонн камня, что составляет 0,05 процента массы нашей планеты. Если бы все эти камни каким-то чудом соединились, этого все равно не хватило бы на целую планету. Даже Меркурий, самая маленькая из каменных планет, содержит примерно в 100 раз больше камня, чем весь пояс астероидов. Из богатых льдом планетезималей, пришедших из внешней Солнечной системы, многие, рассеиваясь, попали на вытянутые эллиптические орбиты вокруг Солнца. Сегодня мы называем их кометами. Когда они приближаются к Солнцу, с их поверхности испаряются льды и органические молекулы; струи этого пара выбрасываются в пространство. Кометы, состоящие в основном из льдов, представляют одну крайнюю ветвь планетезималей, а астероиды, сложенные преимущественно из скальных пород – другую. В действительности большинство планетезималей по своим характеристикам лежит где-то посредине: даже самые богатые льдом кометы содержат много каменной пыли и даже у самых каменных астероидов заметны слабые признаки сохранившейся с незапамятных времен воды.

Время так же сильно влияет на характеристики астероида, как и его положение. Когда в остывающем протопланетном диске еще только начали конденсироваться первые хлопья пыли, рождающаяся Солнечная система буквально купалась в быстро распадающихся радиоактивных изотопах (их еще называют «радиоизотопами»). Занесенные в коллапсирующие туманности из атмосфер близлежащих звезд-гигантов короткоживущие радиоизотопы быстро распадались и при этом выделяли большие количества ядерной энергии; они «жили быстро и умирали молодыми».

Одним из самых короткоживущих радиоизотопов в ранней Солнечной системе был алюминий-26 (26Al). Он практически полностью распадался чуть больше, чем за три с половиной миллиона лет, выделяя при этом огромное количество энергии. Планетезимали, сформировавшиеся рано, еще до того, как 26Al успел полностью распасться, содержали в своем каменном веществе много этого «ядерного горючего» и в результате плавились. Это разрушало входившую в состав туманности пыль, из которой они когда-то и сформировались. Геологическая драма, которая разыгрывалась в этих мирах, была короткой: сначала там образовывалось много раскаленного докрасна жидкого камня – лавы, затем ее тепло быстро рассеивалось в пространстве, и планетезимали снова замерзали – теперь уже навеки.

Последние остатки пыли, которые могли сконденсироваться в каменные породы, сделали это уже после того, как новорожденная Солнечная система остыла. За несколько миллионов лет после образования протопланетного диска большая часть короткоживущего радиоактивного изотопа распалась, не оставив следа и лишив тем самым более поздние планетезимали ядерного топлива, которое могло бы их расплавить. Хотя многие из «запоздалых» планетезималей все же сумели слегка разогреться, в целом они оставались относительно холодными, и в них сохранились зерна первоначальной пыли из материнской туманности. Так что и астероиды, и порожденные ими метеориты являются хранилищами частиц пыли протопланетной туманности – частичек первозданной Солнечной системы.

* * *

Когда мы смотрим в телескоп на светящийся нагретый газ и рождающиеся планетные системы в сердце туманности Ориона, мы смотрим в свое далекое прошлое. Вокруг новорожденных звезд формируются диски; «звездный ветер» от молодых горячих звезд выдувает фантастические своды в толще газовых волокон туманности; звезды-гиганты выбрасывают свежесинтезированные элементы в окружающую среду В других частях неба астрономы наблюдают концентрические промежутки в протопланетных дисках, образованные планетезималями, которые вбирают в себя окружающий их газ и пыль. Мы воочию видим возникновение новых планет – новых миров. При помощи телескопов мы многое узнали о том, как формируются и развиваются новые планетные системы. Но ключевой по-прежнему остается проблема расстояния – туманности лежат за сотни и тысячи световых лет от Земли. Мы можем что-то узнавать о них только наблюдая их издалека.

Земные камни могут рассказать нам о геологической истории Земли, но только метеориты хранят информацию о том, какой была Солнечная система на заре своего существования. Взяв в руки обломок астероидной «шрапнели», мы прикасаемся к ранней истории Солнечной системы, переносимся назад к началу каменной летописи – когда первые пылинки туманности начали конденсироваться и образовывать планетезимали.

Различия в геологических характеристиках метеоритов отражают различия двух типов астероидов: тех, что плавились, и тех, которые этого избежали. Именно по этому критерию мы и делим метеориты на два основных семейства: те, которые произошли из нерасплавленных астероидов, называют «хондритами», а порожденные астероидами, прошедшими стадию плавления, – «ахондритами».

В ахондритах записана короткая геологическая эволюция расплавленных астероидов. Когда новорожденная Солнечная система была доверху полна свежеобразованными каменными мирами, в этих камнях стремительно записывалось великое множество историй, и эти повествования так же необыкновенны и чудесны, как истории коллапсирующей туманности, которая им непосредственно предшествовала.

4. Шары из металла и расплавленного камня

Плавление – фактор геологического разрушения. Скальные породы Земли постоянно подвергаются сокрушительному тектоническому давлению и непрестанному выветриванию, но ничто не разрушает их так основательно, как нагрев. При переходе вещества из твердого состояния в жидкое атомы в камне теряют химическую связь друг с другом – вещество распадается на атомы. При расплавлении камень навсегда теряет почти все свои основные характеристики. Однако природа находит расплавленному камню хорошее применение и посредством этого воссоздает его заново.

Обновляющее действие плавления испытали, конечно, не только земные камни. Случилось это и с некоторыми из тех камней, которые падают с неба. Радиоактивный изотоп алюминия – 26Al – был особенно мощным источником тепла в планетезималях. Быстро распадаясь, радиоизотопы высвобождали большое количество атомной энергии, заключенной в их ядрах, и полностью расплавляли многие планетезимали. В результате пыль, изначально наполнявшая протопланетную туманность и впоследствии сконденсировавшаяся в планетезимали, была полностью уничтожена. Целые миры, состоявшие из пылевых агломераций, трансформировались в светящиеся раскаленные шары из жидкого камня.

Большинство лавовых планетезималей имело небольшие размеры и остыло примерно за несколько миллионов лет. Их геологические генераторы тепла быстро израсходовали все запасы своей энергии и снова насквозь промерзли. Даже крупнейшие тела, которые могли сохранять запасы внутреннего тепла дольше, остыли примерно за 100 миллионов лет. И когда жидкие скальные породы замерзли и кристаллизовались, расплавленные планетезимали снова превратились в твердые тела, в недрах которых «заморозилась» история их интенсивного разогрева и полного химического преобразования. Ахондриты – метеориты, которые произошли от этих некогда расплавленных астероидов, – это самые старые известные нам вулканические камни.

Изменения в микроскопическом масштабе – превращение крошечных зерен пыли в жидкую магму – были только самым началом трансформации. Вся внутренняя структура расплавленных астероидов была в корне преобразована процессом, называемым «дифференциацией», в ходе которого эти астероиды из пылевых тел, более или менее однородных по всему объему, трансформировались в тела, обладающие двумя разнородными геологическими слоями: металлическим ядром и окружающей его каменной мантией с тонкой наружной корой.

Схема внутреннего строения астероида, испытавшего на заре своей истории масштабное расплавление. Несмотря на то что Земля во много сотен или тысяч раз крупнее большинства астероидов, она в разрезе выглядит похожим образом.

Тяга к железу

Железо было одним из наиболее распространенных элементов в пылевой части первичной туманности. Когда пыль, слипшаяся в планетезимали, расплавилась, железо выделилось из ее состава. Хоть гравитационное поле планетезималей и было чрезвычайно слабым, его силы хватало на то, чтобы мягко стягивать высвобожденное железо к центру тела. Металлическое железо благодаря своей высокой плотности медленно погружалось в кипящую магму и, проходя сквозь нее, в больших количествах собиралось в центре планетезимали.

Существует целая группа химических элементов, которые геологи называют «сидерофильными». Это слово происходит от древнегреческих σίδηρος (сидерос), что значит «железо », и φιλία (филия), то есть «любовь»: сидерофильные элементы «железолюбивы». Они проявляют высокую степень химической тяги к железу. В геологических системах – как земных, так и небесных – сидерофильные элементы обычно следуют за железом при его переходах от одного минерала к другому. Куда бы ни отправилось железо, сидерофильные элементы устремляются за ним. Среди четырнадцати таких элементов – никель, платина, иридий, вольфрам и золото. И когда эти элементы тоже высвободились из состава первичной пыли в процессе расплавления, они вслед за железом погрузились к центру своей материнской планетезимали. Объединившись, все эти вещества образовали большой пузырь металлической магмы – ядро планетезимали.

Если бы мы могли взглянуть на расплавленное металлическое ядро недавно прошедшей процесс дифференциации планетезимали, мы увидели бы, что оно ярко, как Солнце, сияет ослепительным красным светом. На деле, однако, это ядро было бы скрыто от взора окружающим его слоем менее плотной магмы, сквозь который металлы погружались в центральную область планетезимали. Лишенный большей части железа и почти всех сидерофильных элементов, по химическому составу этот внешний слой очень сильно отличался от центрального шара из металлической магмы.

Тяга к кислороду

Магма, окружающая металлическое ядро в центре расплавленного астероида, была богата элементами, которые геологи называют «литофильными». Именно они в основном и образовывали слой, расположенный непосредственно над ядром: мантию. «Лито-» происходит от древнегреческого λῐ́θος(литос), то есть «камень». Литофильные элементы – «камнелюбы»; у них высокое химическое сродство с кислородом, и они легко соединяются с богатыми кислородом минералами, обычно присутствующими в различных каменных породах. Плотность у них низкая, и поэтому они не опускаются к центру расплавленной планетезимали, а остаются в ее более высоких слоях, плавая на поверхности жидкого металла, который составляет ее ядро. Литофильные элементы очень широко распространены в камнях на поверхности Земли; среди них – знакомые нам кремний, алюминий, кальций, натрий и магний.

Ядра планетезималей занимали около половины их общего объема. В разрезе ядро выглядело бы кружком, внутри которого заключена плотная масса расплавленной каменной породы. Процесс образования ядер общий для Земли и всех остальных планет: Меркурий, Венера, Марс и Луна тоже имеют железо-никелевые ядра. Расплавленные планетезимали, хоть они в сотни или тысячи раз меньше, по своей внутренней структуре не намного отличались от планет. Вокруг Солнца бесшумно обращались по своим орбитам большие и малые шары из металла и расплавленного камня.

Быстро рассеяв свое внутреннее тепло в окружающее пространство, расплавленные породы кристаллизовались. Прошедшие процесс дифференциации планетезимали затвердели, образовав слоистые, как луковицы, тела со слоями различной природы. Железо-никелевые ядра в центре миниатюрных миров кристаллизовались и образовали твердые формации, состоящие из металлических минералов. Такие породы изредка можно встретить на земной поверхности; там и здесь они усеяны богатыми серой пузырьками размером с монетку. Плотная оболочка каменной мантии, заключавшая в себе металлическое ядро, тоже охлаждалась и кристаллизовалась; в ней образовался целый ряд каменных минералов, хорошо знакомых нам и на Земле. Тонкий покров, окружающий самый внешний слой каменной мантии, составлял поверхность планетезимали – каменную кору. Итак, при движении изнутри наружу в структуре планетезимали наблюдается упорядоченная последовательность: металлическое ядро, заключенное в броню из каменной мантии, а сверху каменная кора.

После остывания планетезималей их геологическая история вовсе не заканчивалась. Многие из них разлетались на части вследствие катастрофических ударов и столкновений, обогащая нарождающуюся Солнечную систему множеством каменных обломков. Другим пришлось сбросить свои каменные мантии и обнажить металлические ядра в ходе скользящих столкновений. И в наши дни, спустя более четырех с половиной миллиардов лет, пояс астероидов все еще выбрасывает за свои пределы эти некогда расплавленные камни и некоторые из них падают на Землю как метеориты-ахондриты.

Металлические камни

Даже сегодня, когда мы окружены технологиями, которые еще несколько десятилетий назад показались бы настоящей магией, прикосновение к железному метеориту вызывает ощущение чуда: на ощупь они непривычно холодные и неожиданно тяжелые – примерно в два с половиной раза тяжелее земного камня таких же размеров. Тяжесть метеоритного железа даже сейчас продолжает меня поражать.

В середине XIX века французский геолог Адольф Буасс первым предположил, что железные метеориты по составу близки к глубинным недрам Земли. Он оказался прав: железные метеориты – это части расколотых на куски ядер прошедших дифференциацию планетезималей. Само их существование говорит о случившейся в прошлом катастрофе. Либо каменная мантия, заключавшая в себе ядро, была полностью сорвана и выброшена в пространство в результате длительной бомбардировки, либо вся планетезималь в целом была буквально вывернута наизнанку катастрофическим ударом другого тела, что и привело к выбросу железных осколков.

На первый взгляд железный метеорит выглядит как типичный небесный камень, покрытый черной, будто лакированной корой плавления. Но на срезе открывается характерная для железо-никелевых сплавов переливающаяся серебристая поверхность, усеянная маленькими желтоватыми сернистыми пузырьками. При полировке поверхность становится идеальным зеркалом. Чтобы убедиться в инородности железных метеоритов, нет нужды измерять их экзотический изотопный состав или анализировать их странные геологические характеристики.

Два основных минерала, из которых состоят железные метеориты – камасит и тэнит – представляют собой кристаллические смеси железа и никеля в различных пропорциях. У них одинаковый серебристый блеск, но вся красота узоров срастания этих двух минералов проявляется в ходе специальной химической процедуры, называемой «травлением». Когда на полированную поверхность железного метеорита наносится небольшое количество химической смеси концентрированной кислоты и спирта, эта смесь воздействует на камасит и тэнит в разной степени. Серебристый блеск каждого из них тускнеет и приобретает новый оттенок. Возникает изысканный сетчатый узор переплетающихся прожилок металлических минералов, который космохимики называют «видманштеттеновыми фигурами»1. Характерные игольчатые кристаллы камасита как бы пронизывают участки тэнита. Это уникальное геологическое явление встречается только в железных метеоритах. Известны кристаллы метеоритного тэнита размерами до метра – это говорит о невероятно медленном темпе охлаждения этих фрагментов ядра планетезимали на протяжении многих миллионов лет.

Когда я писал свою докторскую диссертацию, мне представилась счастливая возможность подвергнуть травлению полированную поверхность небольшого – размером с дыню – куска железного метеорита Кампо дель Сьело. И я никогда не забуду, как на поверхности металла, будто на поляроидном снимке, постепенно стали появляться древние видманштеттеновы фигуры – структура металлических кристаллов, образовавшаяся четыре с половиной миллиарда лет назад.

Еще одна любопытная особенность железных метеоритов – их магнетизм. В расплавленных металлических ядрах появлялись мощные магнитные поля, действие которых распространялось на тысячи или сотни тысяч километров вокруг. Когда ядра охлаждались и кристаллизовались, генерация сильных магнитных полей прекращалась, но следы действия магнетизма запечатлевались в металлических минералах ядра. Этот остаточный магнетизм сохранился по сей день – поэтому железные метеориты отклоняют стрелки компасов и прилипают к магнитам.

Недосягаемое ядро

Знания о глубоких недрах Земли мы в основном получаем из анализа ее сложного магнитного поля, гравитационных характеристик и исследования землетрясений. Земля обладает сильным магнитным полем, происхождением которого она обязана своему частично жидкому металлическому ядру; наша планета слишком тяжела и ее гравитационное поле слишком сильно, чтобы она могла целиком состоять из твердых скальных пород. Стало быть, в недрах Земли должна существовать область крайне высокой плотности, и проще всего представить себе, что это массивное металлическое ядро. Наиболее подробную информацию о недрах Земли дают землетрясения: происходя вблизи земной поверхности, они посылают сейсмические волны вглубь планеты, и, наблюдая, как эти вибрации отражаются и рикошетируют от различных геологических слоев, мы получаем подробную картину распределения физических характеристик мантии и ядра.

Магнетизм, гравитация и сейсмичность – мощные инструменты зондирования самых глубоких областей нашей материнской планеты. Но их возможности не идут ни в какое сравнение с той информацией, которую мы получили бы, если бы имели в своем распоряжении кусочек вещества земного ядра и могли бы подвергнуть каждую его частичку детальному изучению в лаборатории. Это произвело бы настоящую революцию в нашем понимании родной планеты. Однако ядро Земли находится у нас под ногами на глубине почти в 3 000 километров, и поэтому абсолютно недостижимо. Сможем ли мы добраться до столь глубоких областей планеты когда-нибудь в далеком будущем? Думаю, что это невозможно, и все-таки – а вдруг?

Пока этот день не настал, железные метеориты для нас единственный способ прикоснуться к веществу из центрального ядра планетарного тела. Разрезая на части и подробно исследуя в лаборатории осколки ядер планетезималей (таких как метеорит Кампо дель Сьело), мы пришли к более глубокому пониманию устройства и характеристик ядра нашей собственной планеты.

Исчезнувшие мантии

Мы живем на тонкой внешней оболочке коры, внутри которой заключено все вещество Земли. Под этим тончайшим, как папиросная бумага, геологическим слоем лежит каменная мантия, простирающаяся вниз до самого металлического ядра в центре нашей планеты.

Мантия Земли занимает огромный объем – 85% общего объема земного шара. Состоит она главным образом из литофильных элементов (магния, кремния и кислорода), которые остались наверху после того, как в эпоху дифференциации Земли железо погрузилось вниз, к центру планеты. Эти элементы преимущественно образуют кристаллы оливина и минерала под названием ортопироксен, а на больших глубинах преобразуются в такие экзотические минералы, как вадслеит, ринг-вудит и бриджманит.

Считается, что некогда расплавленные планетезимали, подобно Земле, подверглись дифференциации и в них образовались металлические ядра с сопутствующими им каменными мантиями. Но загадочным и обескураживающим представляется, что из примерно 60 000 метеоритов, известных сейчас науке, ни один не соответствует геологическим характеристикам пород земной мантии. Нет ни единого метеорита, который состоял бы из характерных взаимосвязанных кристаллов бутылочно-зеленого оливина и черно-зеленого ортопироксена. Проблема исчезнувших мантий не дает покоя многим космохимикам. Где же они? Фактом своего отсутствия метеориты из оливин- ортопироксеновых мантий рассказывают нам историю внезапной катастрофы. Популяция планетезималей, в которых формировались мантии, по-видимому, была полностью уничтожена вскоре после своего образования. Их существование в Солнечной системе было кратким. Вскоре после остывания почти все они, по всей вероятности, были разрушены коварными ударами – лобовыми, которые просто разбивали их вдребезги, или касательными, которые срывали мантии с их ядер. И ни одно из таких тел не дожило до нашего времени.

Свет на эту загадочную ситуацию проливают железные метеориты. Среди них изредка встречаются экземпляры с необычно маленькими кристаллами камасита и тэнита в решетчатых узорах видманштеттеновых фигур, из чего видно, что они остыли очень быстро, а значит, не могли образоваться в обернутом толстой внешней мантией ядре. С их родительских планетезималей мантии, вероятно, были сорваны, когда их ядра еще оставались жидкими. Потеряв свой изолирующий каменный покров, ядра этих планетезималей быстро остывали, и металлические минералы, образовавшиеся в них, остались «недомерками».

В отличие от железной шрапнели, образовавшейся из ядер, каменные осколки раздробленных мантий были физически хрупкими. После того как они были выброшены из родительского астероида ударом, они подверглись стиранию микроскопическими зернами межзвездной пыли и быстро превратились в изъеденную этой пылью комковатую массу. К нашей эпохе они давно уже разрушились, в то время как их металлические современники выжили и продолжают выпадать на Землю дождем железных метеоритов. Некоторые из оголенных ядер таких лишенных мантий планетезималей существуют и сегодня в поясе астероидов[10], и недавно выброшенные их фрагменты (такие как метеорит Кампо дель Сьело) после межпланетных странствий попадают на Землю.

Группируя около 1 200 известных железных метеоритов по сходству их химических, изотопных и геологических характеристик, мы установили, что они были порождены по крайней мере тремя дюжинами различных прошедших стадию дифференциации астероидов. Три дюжины миров, каждый со своей собственной историей и геологической эволюцией, которая закончилась катастрофой.

«Палласово железо»

Разрушение первых расплавленных миров породило совершенно новый тип астероидов, сложенных из замысловатой смеси камня и металла, от которых произошли железокаменные метеориты. Самые удивительные среди них – палласиты. Этот исключительно редкий вид метеоритов (сейчас их известно всего около сотни) назван в честь немецкого натуралиста Петера Симона Палласа. В 1772 году находясь в экспедиции в Сибири в районе Красноярска, Паллас набрел на странный металлический булыжник. Местный кузнец за двадцать три года до этого нашел его в горах и, решив, что он пригодится в кузнице, тридцать километров тащил его к себе в деревню, что довольно непростое дело, так как весом глыба была примерно с два концертных рояля. Но старания кузнеца (к счастью для будущего науки о метеоритах) пропали даром: металл оказался непригоден для обработки и имел множество дефектов.

Местные крестьяне говорили Палласу, что этот камень – священный дар небес. Но Паллас как истинный ученый отнесся к этим рассказам скептически. Он заметил, что металл, из которого состояла глыба, был испещрен странными желто-зелеными кристаллами и имел ноздреватую текстуру, напоминающую морскую губку. Загадочная находка заинтересовала Палласа, и спустя пять лет он организовал перевозку глыбы в Санкт-Петербург, в Императорскую Академию наук для дальнейшего исследования. Там она получила известность под названием «палласово железо».

Полное название книги Эрнста Хладни «Железные массы» звучало так: «О происхождении железной массы, найденной Палласом, других подобных ей железных масс, и о некоторых связанных с этим явлениях природы». Хладни был твердо уверен, что найденный Палласом камень прилетел из космического пространства. Спустя несколько лет после того, как Хладни опубликовал свою работу, кусок «палласова железа» оказался в химической лаборатории Эдварда Ховарда в Лондоне, и здесь его внеземное происхождение было подтверждено – наряду с происхождением целой коллекции других камней, тоже, предположительно, небесных (в их числе метеорит Уолд Коттедж). Роль, которую «палласову железу» суждено было сыграть в науке о метеоритах, оказалась критически важной.

Палласиты с их россыпью бутылочно-зеленых размером с мелкую монетку кристаллов оливина, вкрапленных в массу металлического железа, выглядят очень привлекательно и заманчиво по сравнению с другими камнями. Если сделать срез палласита толщиной с папиросную бумагу и осветить с тыльной стороны, железо света не пропустит, в то время как оливин будет пропускать ярко-зеленые лучи – такие срезы напоминают витражные окна с цветными мозаичными стеклами, сквозь которые проходит солнечный свет. Ни в геологическом, ни в каком-либо ином отношении палласиты не похожи на земные минералы – их красота уникальна.

Долгое время их происхождение – где и как именно они образовались, на каких родительских астероидах – было загадкой. А за необыкновенной красотой палласитов скрывалась почти катастрофическая история. Первозданную прелесть оливиновых кристаллов кое-где нарушают бегущие по их поверхности трещины. И хоть многие из этих минералов ценятся как драгоценные камни (кристаллы оливина размером с абрикос нередко можно было заметить в диадемах и ожерельях австрийских аристократок), некоторые камни безнадежно испорчены глубокими трещинами и другими дефектами.

Время от времени внутри оливиновых кристаллов замечали крохотные капельки металла. Эти маленькие пузырьки, как мельчайшие магнитики, хранят информацию о древних магнитных полях, наведенных, когда расплавленные ядра их материнских планетезималей еще генерировали сильный магнетизм. Чтобы магнитное поле оказалось «вмороженным» в такие миниатюрные магниты, окружающее вещество должно было иметь температуру около 350 °C; будь оно горячее, мощное магнитное поле расплавленного ядра планетезимали просто прошло бы сквозь крохотные металлические пузырьки совершенно бесследно.

Это наблюдение имеет далеко идущие следствия. Когда ядро родительской планетезимали еще оставалось расплавленным, гигантские кристаллы оливина (и металлические пузырьки внутри них) должны были уже остыть, а это значит, что они располагались на небольшой глубине, далеко от ядра и ближе к поверхности родительского астероида.

Откуда же тогда взялся металл, подмешанный в палласиты? Металлическое железо в таких количествах встречается только глубоко в ядре – как же оно могло попасть в поверхностные слои малой глубины? Простое объяснение состоит в том, что палласиты образовались при колоссальной силы столкновениях между двумя планетезималями. Когда две планеты сталкивались, все еще расплавленное металлическое ядро одной из них – возможно, его мантия к этому времени уже была сорвана предыдущим столкновением – впрыскивалось в оливи-новую мантию второго. Захватывая в себя, будто красными горячими пальцами, огромные оливиновые кристаллы мантии, металл в конце концов остывал и затвердевал, и оливин навсегда оставался запертым в железной клетке. Столкнувшись, астероиды не разрушили друг друга, а смешались воедино, образовав гибридный мир.

Продолжают эту историю изотопы кислорода. Состав смеси кислородных изотопов в оливиновых зернах меняется от одного палласита к другому – это указывает, что палласиты произошли не от одного-единственного астероида. Драматический процесс смешивания древних миров в эпоху формирования Солнечной системы многократно повторялся.

Здесь как раз уместно задуматься о том, как нам повезло. Земля когда-то была планетезималью – малым зерном, из которого вырос каменный шар нашей планеты – и она выжила в буре катастрофических столкновений по чистой случайности. Из всей длинной цепи случайностей, которая привела к нашему сегодняшнему дню, выживание планетезимали, в конечном счете породившей Землю, было одним из первых звеньев. И наше существование – Земли и всех живых организмов, которые ее населяют, – с самого начала висело на волоске.

Тонкие покровы

В ходе бурной истории формирования Солнечной системы какому-то количеству планетезималей удалось в основном сохранить свою целостность и впоследствии превратиться в сегодняшние астероиды. На протяжении четырех с половиной миллиардов лет они сберегли свою исходную слоистую, как у луковицы, структуру – металлическое ядро, каменная мантия и каменная кора – и, избежав разрушения, все еще выбрасывают из своих каменистых поверхностных слоев метеориты. В результате ударов осколки скальных пород («каменные ахондриты») выбрасываются с поверхностей малых планет в межпланетное пространство. Ведя свою родословную от поверхностной магматической коры некогда расплавленных астероидов, такие метеориты сохраняют высокую степень сходства с некоторыми типами вулканических пород на земной поверхности.

Дело шло к полуночи 2 сентября 2015 года, когда один такой камень упал с неба в провинции Бингель на востоке Турции. Когда он вошел в земную атмосферу, небо мгновенно озарилось таким ярким сиянием, что его зарегистрировали камеры наружного наблюдения за 150 километров от места падения. Последовала серия оглушительных взрывов, камень развалился на части, и град осколков обрушился на деревню Сарычичек. Черные обугленные каменные обломки на улицах и крышах домов не оставили никаких сомнений в том, что этой ночью произошло падение метеорита.

За последовавшие недели и месяцы в окрестностях деревни было собрано больше пятнадцати килограммов осколков метеорита Сарычичек. Космохимики быстро поняли, что он принадлежит к группе метеоритов, названной в честь Эдварда Ховарда «ховардитами». Ховардитов известно чуть больше 350. Под обугленной корой они, по сравнению с их собратьями – железными и железокаменными ахондритами, – выглядят, если можно так выразиться, заурядными. Они целиком состоят из бледно-серых гранул, там и сям испещренных маленькими черными крапинками и крохотными белыми чешуйками. Вы могли бы наткнуться на такой обломок камня на какой-нибудь стройплощадке – он во многих отношениях напоминает кусок бетона. Если бы не лаково-черная оплавленная корка, при взгляде на ховардит мысль о его небесном происхождении вряд ли могла бы прийти в голову, даже если бы вы нашли его в пустыне.

Однако именно эти метеориты – хороший пример того, как много может рассказать нам каждый камень, даже самый, казалось бы, невыразительный.

Когда тонкий срез ховардита попадает под объектив геологического микроскопа, его скучные бледно-серые кристаллы вдруг преображаются, и мы видим калейдоскоп ярких и живых красок.2 Восхищенному взгляду исследователя открывается хаотическая мозаика ярко-оранжевых кристаллов, отливающих то темно-красным, то светло-голубым, то серо-белым на непрозрачном угольно-черном фоне.

Крохотные кристаллы, из которых состоят ховардиты, образуют беспорядочную россыпь остроугольных фрагментов неправильной формы со случайными вкраплениями стекла. Большая часть этих минеральных фрагментов имеет микроскопические размеры – даже самые крупные из них не больше сантиметра в поперечнике. Эти кристаллические чешуйки разбросаны совершенно хаотически, что составляет разительный контраст со строгой упорядоченностью видманштеттеновых фигур в железных метеоритах и с напоминающими драгоценные камни кристаллами оливина в палласитах. Ховардиты выглядят так, словно их структура подверглась яростной деформации. А присутствие стекла говорит о том, что в какой-то момент своей геологической истории они испытали мощный тепловой удар.

Фрагментированная, неупорядоченная форма соединения кристаллов свойственна и таким обычным для земной поверхности минералам, как пироксен, плагиоклаз и ортопироксен. Даже если вы никогда в жизни не обращали внимания на попадающиеся вам камни, вы почти наверняка много раз видели и пироксен, и полевой шпат (а вероятно, и ортопироксен). Все они когда-то кристаллизовались из расплавленной магмы. Пироксен и плагиоклаз – основные минералы, входящие в состав базальта, черно-серого вулканического камня, образующегося из застывшей магмы. Он в огромном количестве встречается на островах вулканического происхождения, таких как Гавайи и Исландия. Ортопироксен образуется многими способами, но чаще всего на большой глубине, в подземных магматических бассейнах – там он формирует плотные кристаллы, выпадающие из магмы в осадок и огромными кучами накапливающиеся на дне бассейна.

Подобным же образом, вероятно, образовались и минералы в ховардитах. Но как они оказались настолько сильно фрагментированными? Расплавленный камень, как правило, остывает и кристаллизуется в виде аккуратно переплетающейся правильной мозаики. На Земле исходная переплетенная текстура магматической породы стирается и маскируется под воздействием выветривания и метаморфизма, но астероиды таких процессов не знают. Здесь нет ветра, дождя или инея, которые могли бы постепенно перемолоть магматические породы и превратить их в песок. Здесь очень холодно и не существует тектоники плит, которая могла бы превратить эти породы в новые виды камня. Так что же так перемешало структуру ховардитов? Ключ к ответу на этот вопрос дают некоторые другие каменные ахондриты, падающие с неба.

Метеоритное трио

В 1808 году, спустя шесть лет после того, как Ховард опубликовал свой первый систематический химический анализ семейства метеоритов, очередной болид обрушился с небес на деревню Штаннерн на территории современной Чехии. Град камней застучал по земле. Многие из них быстро подобрали очевидцы происшествия: шестьдесят шесть обломков общим весом в пятьдесят два килограмма без промедления были доставлены в музеи и научные институты. Космохимия была в 1808 году совсем молодой наукой и очень нуждалась в метеоритах.

Штаннернский метеорит оказался на тот момент уникальным. Под глянцевитой оплавленной коркой залегала пепельно-серая мелкозернистая порода, настолько мягкая, что крошилась под пальцами. Хоть это и был камень, по своим геологическим характеристикам он отнюдь не напоминал другие каменные метеориты – такие как Уолд Коттедж. Ученые быстро заметили его поразительное сходство с породами, обычными для островов вулканического происхождения.

Странный метеорит состоял главным образом из пироксена и плагиоклаза, основных компонентов земных вулканических базальтов. Метеорит Штаннерн был в буквальном смысле куском базальтовой породы, свалившимся из космоса. К 1900 году в Европе, Северной Америке и Индии были зарегистрированы падения еще девяти метеоритов похожей геологической природы. Они были легко отличимы от других, «обычных», типов каменных метеоритов и названы «эвкритами», от греческого слова 8i)Kpivf|g (эвкринес), что и означает «легко отличимый».

Минералы, из которых состоят эвкриты, должны были – как базальты на Земле – иметь вулканическое происхождение, но достаточно беглого взгляда на тонкий срез эвкрита, чтобы заметить их хаотическую структуру. Взаимосвязь кристаллов, обычная для магматических земных пород, здесь отсутствует. Геометрически правильные кристаллические формы, характерные для пироксена и полевого шпата в земных базальтах, в эвкритах почти не встречаются: кристаллы выглядят вкрапленными в массу камня осколками неправильной формы, случайным образом соединяющимися друг с другом. Многие из них смешаны с вулканическим стеклом – это свидетельствует о том, что в некоторый момент своей истории эвкриты подверглись мощному разрушающему воздействию.

Представитель другого необычного вида каменных метеоритов обнаружился в небольшой коллекции небесных камней, собранных на Восточно-антарктическом ледяном щите японскими исследователями в 1969 году. Под его почерневшей корой оказался целый ассортимент громадных кристаллов ортопироксена, некоторые размером с доброе куриное яйцо, перемежавшихся то здесь, то там случайно разбросанными меньшего размера кристаллами оливина и полевого шпата. Ортопироксеновые кристаллы, как и на Земле, должны были образоваться в залегающих глубоко под поверхностью магматических камерах. Большинство этих кристаллов, хоть и превосходили размерами те, что присутствуют в ховардитах и эвкритах, были на них очень похожи своими остроугольными очертаниями и хаотическим расположением. Сейчас известно уже почти 500 небесных камней такого типа; этой группе метеоритов присвоено название «диогенитов».

По своим геологическим особенностям базальтовые фрагменты пироксена и полевого шпата в эвкритах идентичны базальтовым фрагментам, обнаруживаемым в ховардитах. Подобным же образом фрагменты ортопироксена в составе диогенитов идентичны ортопироксеновым фрагментам ховардитов, вплоть до деталей их химического состава. Все выглядит так, будто ховардиты представляют собой однородную смесь двух различных типов метеоритов – эвкритов и диогенитов. Если бы вы могли смешать эвкрит и диогенит в блендере, получился бы ховардит. Это наблюдение можно объяснить простой, но ошеломляющей гипотезой: ховардиты, эвкриты и диогениты произошли из одного и того же астероида.

Эти три различные группы метеоритов содержат идентичную смесь изотопов кислорода, что убедительно подтверждает возможность их происхождения из одного родительского тела. Ховардиты (Н), эвкриты (Е) и диогениты (D) образуют «метеоритный клан HED», изучение которого дает нам беспрецедентную возможность проследить геологическую эволюцию их материнского астероида. Сейчас по всему миру собрано более 2 200 HED-метеоритов^3 общей массой более чем в полторы тонны. Это значит, что от родительского астероида клана HED у нас вчетверо больше материала, чем от Луны, – если сложить образцы, собранные экипажами Apollo, автоматическими станциями «Луна», и лунные метеориты. В отличие от железных и железокаменных метеоритов, клан HED зародился в неглубоких слоях родительского астероида – не глубже нескольких десятков километров. Все они – образцы пород коры, наружной каменной оболочки планеты.

Мир бурлящей магмы

Эвкриты рассказывают нам о полыхающем прошлом их материнской планеты, рисуют картины огненного мира. Базальтовая природа их кристаллов ясно свидетельствует об удивительном явлении: их родительский астероид проявлял вулканическую активность на самых ранних этапах своей истории. Некоторые из холодных каменных миров, которые мы сегодня видим в поясе астероидов, тоже когда-то были вулканическими провинциями; их поверхности напоминали рельеф нынешних Гавайских островов. Из расплавленных кратеров извергались фонтаны огня; потоки лавы толстыми слоями заливали все вокруг. Выброшенные высоко вверх расплавленные массы выпадали на поверхность огненным дождем и собирались в огромные раскаленные докрасна озера. Ползущие из них языки лавы быстро застывали в леденящем холоде внешнего пространства, образуя мелкозернистые базальты. Куски этой коры мы сегодня и распознаем в эвкритах. А ниже, под расплавленной поверхностью родительского астероида клана HED, лежал мир диогенитов. Огромные подземные бассейны магмы кипели и бурлили, постепенно охлаждаясь до точки, при которой из жидкого камня возникали кристаллы ортопироксена. Изолированные от внешнего пространства километрами камня и магмы, они остывали очень медленно, вырастая до гигантских размеров прежде, чем спуститься вниз и присоединиться к огромным скоплениям больших кристаллов у основания подземных пустот.

Общее для этих трех групп метеоритов то, что все они носят следы разрушений: от былой идеальной формы магматических кристаллов теперь остались только осколки. У астероидов, как и у Луны, нет атмосферы, которая защищала бы их поверхность от космических бомбардировок. На протяжении многих миллиардов лет на них обрушивался град сокрушительных ударов. Именно так метеориты клана HED и приобрели свою осколочную геологическую структуру: удары расщепляли магматические кристаллы снова и снова. Признаки ударного разрушения отличают весь геологический облик ранней Солнечной системы.

Удары колоссальной силы выбили в коре родительского астероида клана HED глубокие кратеры. При этом из недр планеты, из глубоких слоев ее коры на поверхность выбрасывались фрагменты диогенитов, которые смешивались с обломками мелко залегавших в коре эвкритов. Соединяясь друг с другом, эти разнородные фрагменты порождали третью, последнюю группу представителей клана HED – группу ховардитов. Снова и снова космическая бомбардировка пробивала поверхность астероида, и с каждым разом скальные породы, образовывавшие его кору, выбрасывались наружу и разрушались все больше и больше. Некогда огромные камни крошились на микроскопические фрагменты, которые затем объединялись в новые структуры.

Мощнейшие волны сжатия, проходившие сквозь обломки камня во время ударных событий, вызывали мгновенные подъемы температуры вещества – настолько сильные, что крохотные камешки плавились, сразу же сливаясь и образуя вулканическое стекло. Оно действовало как клей, цементировавший каменные зерна в единую массу. Отдельные беспорядочно разбросанные скальные фрагменты в ходе этого процесса снова образовывали большие каменные массы. Во многие ховардиты вкраплены отдельные участки, сами состоящие из сплавленных в одно целое эвкритов и диогенитов: это ховардиты внутри ховардитов. В таких структурах отражаются четыре с половиной миллиарда лет непрерывного и неумолимого преобразования каменистой поверхности их родительского астероида.

Поиски родительских астероидов

Сейчас нам известно более 60 000 метеоритов и почти 800 000 астероидов. Изучая метеориты, мы многое узнаем об астероидах, которые их породили. Но, хоть на первый взгляд это и может показаться странным, мы довольно плохо понимаем, обломки каких именно астероидов мы находим на Земле. Огромное геологическое разнообразие метеоритов говорит о том, что мы располагаем образцами множества различных и порой уникальных астероидов. Связать найденный на Земле метеорит с каким-то из сотен тысяч летающих в космосе астероидов – задача невероятной трудности. Метеориты клана HED составляют редкое исключение: это единственная группа метеоритов, обладающих явными признаками принадлежности одному конкретному астероиду.

В 1960 -х и 1970-х годах предпринимались скоординированные усилия по систематическому изучению свойств солнечного света, отражаемого поверхностью астероидов. Различные виды камня отражают свет по-разному. Поэтому, измеряя точные спектральные характеристики света, отраженного каменистой поверхностью небесного тела, можно сделать выводы о геологическом строении этого тела. Так родилась геология в межпланетных масштабах. Со временем были получены геологические характеристики каменистых поверхностей многих сотен астероидов. Но еще в самом начале этих исследований выяснилось, что один астероид в этом отношении стоит особняком: астероид Веста.

Веста – второй по размерам объект пояса астероидов и четвертый по времени открытия. Он настолько велик, что его можно легко заметить в бинокль. Космохимики и планетологи часто описывают его не просто как планетезималь, а как зародыш планеты. Превращению Весты в полномасштабную планету помешало взаимодействие с мощным гравитационным полем Юпитера. Но, хоть малая планета так и не вышла из эмбрионального состояния, она все же успела достаточно разогреться, чтобы расплавиться и пройти дифференциацию. Несмотря на жестокую бомбардировку малыми и большими телами (некоторые удары, например, как тот, после которого образовался кратер Реясильвия, чуть не разнесли астероид на части), Веста сумела выжить. Теперь это, несомненно, крупнейший прошедший дифференциацию астероид, один из немногих сохранившихся до настоящего времени.

В 1970-х было установлено, что отражательный спектр скальных пород на поверхности Весты характерен для базальта. Значит, у астероида была базальтовая магматическая кора, вроде эвкритовой. Некоторые участки спектра указывали и на присутствие ортопироксена, который, должно быть, выбрасывался наружу из приповерхностных слоев в результате мощных ударов – что происходило и с диогенитами. Неудивительно, что в научном сообществе тут же появились предположения, что именно Веста и была местом рождения метеоритов клана HED. Но Веста находится далеко от «люка Кирквуда» – ее положение в поясе астероидов неблагоприятно для того, чтобы выброшенные с нее камни могли быть захвачены гравитационным полем Земли и доставлены на земную поверхность.

Спустя почти 200 лет после открытия Весты и примерно через двадцать лет после того, как было установлено, что ее поверхность похожа по составу на HED-метеориты, планетологи открыли еще с десяток астероидов с отражательными спектрами, очень похожими на спектр базальта. Одним из них был астероид с порядковым номером 4 147, носивший имя Леннон – в честь Джона Леннона, который, кстати, сочинил когда-то знаменитую песню «Across the Universe» («Через Вселенную»). Эти куски камня размером с гору (самый крупный из них – около десяти километров в поперечнике, в пятьдесят раз меньше Весты) гравитационно связаны с Вестой и имеют сходные с ней орбитальные параметры. Почти наверняка они были выброшены с поверхности Весты парой катастрофических ударов. Эти малые обломки старой Весты, расположенные, как и она сама, на расстоянии от 2,3 до 2,5 а.е. от Солнца, получили общее название «вестоиды».

Но ни один вестоид не удален от Солнца на 2,5 а.е. – ведь там лежит один из открытых Кирквудом «великих провалов». Любой каменный объект, попавший в «люк Кирквуда» – от вестоида размером с гору до камешка с Весты размером с кулак, – вскоре окажется на орбите, которая унесет его вглубь внутренней Солнечной системы, где он потенциально может столкнуться с Землей. Так устроена «орбитальная магистраль», по которой HED-метеориты могут добираться до Земли.

Мы получили невероятный шанс разглядеть Весту с близкого расстояния с поразительными подробностями. С июля 2011-го по сентябрь 2012-го космический аппарат NASA «Рассвет» (Dawn) исследовал хаотически неровную базальтовую поверхность Весты с орбиты вокруг астероида. В ходе тринадцатимесячного исследования камеры космического зонда зарегистрировали эвкрито- и диогенитоподобные камни, беспорядочно разбросанные по усыпанной щебнем поверхности. Эти данные укрепили догадку о связи Весты с HED-метеоритами – почти наверняка они прилетели именно отсюда. Две гигантские вмятины, зияющие вблизи южного полюса Весты, ударные кратеры Реясильвия и Вененейя, вероятные места рождения вестоидов, как раз и являются потенциальной родиной HED-метеоритов.

Как жаль, что Гершель и его современники-астрономы не узнают, что крохотные звездообразные точки, которые они видели в свои телескопы, оказались мирами со своей уникальной геологической эволюцией и многовековой историей развития. Жаль, что они не смогут подержать в руках эти метеориты и подумать о том, что прикасаются к кусочкам тех самых миров, которые они сумели открыть, находясь от них на огромном расстоянии.

* * *

Образовавшиеся в разных структурных частях малой планеты – от оголенных ядер до фрагментов коры и обломков разрушенной мантии между ними, три разновидности ахондритов – железные, железокаменные и каменные – представляют собой остатки давно исчезнувших миров, состоявших из металла и расплавленного камня. Астероиды не просто безжизненные каменные глыбы, сохранившиеся от эпохи формирования Солнечной системы. Это миры со своей собственной, пусть и краткой, геологической историей. Метеориты позволяют нам наглядно представить, какие разрушительные силы действовали в далекую эпоху образования планет. Бомбардировка поверхности астероидов телами меньших размеров создавала там хаотическое нагромождение пересекающихся друг с другом каменистых кратеров всевозможных масштабов. Круглые стены кратеров накладывались друг на друга, в них смешивались породы разных видов и образовывались новые виды камня. Ахондриты демонстрируют нам способность Природы создавать из разрозненных обломков скальных пород новые прекрасные геологические формации, такие как HED-метеориты и палласиты.

Но история эпохи расплавленных астероидов и образования ахондритов оказалась написанной поверх другого текста – она заслонила собою более раннюю историю коллапсирующей туманности, историю эпохи, когда каменная пыль материнской протопланетной туманности стала слипаться в зародыши будущих астероидов, комет и планет. Чтобы докопаться до истории развития этой туманности – протопланетной колыбели, где существование первых миров Солнечной системы только начиналось, – нам понадобится взглянуть на метеориты, которые зародились на астероидах, не испытавших действия разрушительных сил тепла.

5. Космические отложения

Осадочные породы – прекрасные рассказчики. Прежде всего, они хранят окаменевшие остатки древних форм жизни, существовавших на Земле на протяжении эонов геологического времени. Еще в них в планетарном масштабе записаны хроники изменений окружающей среды в процессе дрейфа по поверхности земного шара участков суши, медленно плывущих в расплавленном океане кипящей мантии. Слои осадочных пород несут следы испарения целых морей, образования обширных соляных пластов и повторного насыщения их подземными водами; они «помнят» испепеляющую жару древних пустынь и их превращение в ледяные равнины; в их структуре зафиксированы русла протяженных речных систем и очертания берегов давно исчезнувших морей, в которые эти реки когда-то впадали.

Скопления рыхлых отложений – будь они глыбами размером с автомобиль или микроскопическими илистыми частицами – сжаты внешним давлением и сцементированы в процессе роста новых минералов, образующих скальную породу. Каждое зернышко в составе осадочной породы старше самой породы: эти зерна должны были существовать до того, как из них сформировался камень.

Пыль, образовавшаяся в коллапсирующей туманности, быстро разрушилась в тех астероидах, недра которых расплавились. Некоторые астероиды, однако, разогрева своих недр избежали, и поэтому в них сохранилась пыль, в результате слипания которой они и возникли. Все решало соревнование между временем и размером: если астероид образовывался слишком рано, горсточка короткоживущих радиоизотопов в его недрах быстро его расплавляла; с другой стороны, если он был слишком большим, его громадная масса не позволяла теплу легко его покинуть, и его недра опять-таки разогревались до точки плавления.

Метеориты, порожденные нерасплавленными астероидами, называются хондритами. Поскольку хондриты состоят из бесчисленного количества отдельных зернышек космической пыли, они часто считаются образцами осадочных пород. Но нельзя при этом забывать, что они образовались не из слежавшихся под ветром песков пустыни и не из отложений на дне океана – их скрепило и довело до размеров астероида воздействие гравитации внутри протопланетного диска.

Сейчас из каждых десяти метеоритов, падающих на земную поверхность, восемь оказываются хондритами. Хондритами были многие из прославленных небесных камней, изучение которых привело к рождению космохимии: метеорит Топхэма из Уолд Коттедж, четыре из восьми метеоритов, химически проанализированных Ховардом в его экспериментах 1802 года, восемь из девяти метеоритов, случайно открытых к 1969 году японской экспедицией на Восточно-антарктическом ледяном щите, и, что особенно впечатляет, примерно 85 процентов вообще всех метеоритов, найденных с тех пор в Антарктике. Общее количество собранных хондритов давно перевалило за сорок тысяч.

Хотя все хондриты состоят из вещества, никогда не подвергавшегося расплавлению, они очень разнообразны по составляющим их сочетаниям видов пыли. Они делятся на три геологически различных класса: углистые, обыкновенные и энстатитовые. Эти классы, в свою очередь, подразделяются более чем на десять индивидуальных групп, существование которых отражает огромное разнообразие каменных тел пояса астероидов.

Альенде

8 февраля 1969 года на северо-западе Мексики по предрассветному небу пронесся ярко-голубой болид, сияющий ярче полуденного Солнца. Даже в Соединенных Штатах – в Нью-Мексико, штат Техас, и в Аризоне очевидцы наблюдали это великолепное зрелище: болид на сверхзвуковой скорости пронесся на север. С неба пролился дождь из тысяч раскаленных, светящихся от жара камней, когда огромный болид развалился на множество кусочков над мексиканским штатом Чиуауа. Ударные волны от взрыва сотрясли всю атмосферу. Кое-кто из перепуганных местных жителей бросился искать укрытия в окрестных церквях. Взошедшее Солнце осветило на земле множество покрытых черной коркой обугленных камней – один из них чуть не угодил в здание почты в городке, по названию которого метеорит и получил свое имя: Пуэблито-де-Альенде.

Не прошло и двух дней, как радиостанции в Техасе сообщили о падении метеорита Альенде. По случайному стечению обстоятельств это сообщение услышал, сидя за рулем своего автомобиля, заведующий Лабораторией по приему образцов лунного грунта в Космическом центре в Хьюстоне доктор Элберт «Берт» Кинг. Его лаборатория была новым подразделением Космического центра (которому позже присвоили имя президента США Л. Джонсона), созданным с единственной целью: хранить и изучать камни, которые в течение ближайшего года должны были доставить с поверхности Луны астронавты программы «Аполлон». Это была на тот момент самая передовая в мире, оснащенная сложнейшим оборудованием лаборатория для изучения космических камней.

С помощью своей говорящей по-испански секретарши возбужденный услышанной новостью Кинг немедленно принялся звонить редакторам газет городка Пуэблито-де-Альенде и его окрестностей. Через пару часов он уже был на борту самолета, направляясь к месту падения.

Кинг стремился как можно скорее собрать обломки небесного камня, пока они еще не успели подвергнуться разрушительному воздействию окружающей среды. Взбадривая себя крепким кофе, он сумел добраться до места менее чем за двадцать четыре часа с момента получения новости. К этому времени после падения метеорита прошло немногим более трех дней. То, что нашел Кинг, навсегда изменило наше представление о Солнечной системе.

Первые увиденные Кингом камни лежали на письменном столе редактора газеты. Один из них был размером с футбольный мяч. Оба были покрыты знаменитой черной обугленной корой: несомненно, это метеориты. Кинг взял камень в руки. Он состоял из бесчисленного количества зерен, слившихся воедино: это был хондрит. Но это был не просто старый хондрит, как множество других, – Кинг определил, что он принадлежал к исключительно редкому классу «углистых хондритов», а еще точнее, к подгруппе углистых хондритов, называемых «CV хондритами».1[11] Эти камни темно-серого цвета усеяны случайным образом разбросанными коричневыми и белыми крапинками.

В сопровождении толпы газетных репортеров, помогавших с переводом, и полицейского, служившего проводником, Кинг отправился туда, где местные жители находили на земле небесные камни. У всех, кто попадался им на пути, уже был такой камешек. Когда день подошел к концу, уникальность ситуации разъяснилась – дело было не только в том, что Альенде оказался исключительно редким типом метеорита, но и в том, что до земной поверхности долетело огромное количество его вещества. Такое случается раз в жизни, и то, что через несколько дней после падения на его месте оказался космохимик, тоже было обстоятельством первостепенной важности.

В тот же день Кинг покинул Мексику, увозя с собой набитую камнями сумку общим весом почти семь килограммов[12]. Драгоценный углистый груз прибыл в Космический центр в Хьюстоне спустя всего 101 час после того, как закончил свое космическое путешествие. Доставка ценнейших углистых хондритов послужила генеральной репетицией прибытия лунных камней, которые через несколько месяцев должен был по плану доставить в Хьюстон с Луны экипаж «Аполлона-11». Кроме того, у ученых из NASA появилось теперь много возможностей испытать новейшие аналитические инструменты, которые были разработаны для исследования образцов с «Аполлонов».

На протяжении последовавших дней, недель и месяцев ученые и собиратели, прибывшие со всех концов мира, занимались поиском обломков метеорита Альенде. На площади более 300 квадратных километров было собрано две с лишним тонны материала. Альенде оказался одним из крупнейших небесных камней, падение которых наблюдалось человеком. Благодаря своему размеру, редкости и удачным обстоятельствам падения Альенде стал, наверное, наиболее тщательно изученным камнем в истории.

Оказалось между тем, что термин «углистый» исторически ошибочен. Многие из первых хондритов, упавших с неба в XIX веке, когда классификация метеоритов только зарождалась, оказались богаты углеродом. С тех пор было открыто и описано также много хондритов с низким содержанием углерода, но их все равно продолжали называть «углистыми». Однако, если отвлечься от этого случайного недоразумения, можно сказать, что все углистые хондриты состоят из осадочных пород, в которых прекрасно сохранились фрагменты космических отложений, образовавшихся в коллапсирующей туманности. И самый знаменитый из них – метеорит Альенде.

Слово «хондрит» происходит от греческого /6v8pog (хондрос), что значит «зерно»; это буквально «камни, состоящие из зерен». Название идеальное: с первого взгляда на хондрит ясно, что он сложен из бесчисленного количества отдельных зернышек – каменных пылинок. В метеорите Альенде самые крупные хлопья первичной пыли из протопланетной туманности обычно размером с ноготь, но можно найти и сколь угодно более мелкие, вплоть до микроскопических. Отдельные зерна очень разнообразны по своим геологическим характеристикам: некоторые из них образовались в тесной близости к только что загоревшемуся Солнцу, в то время как другие – в темных и холодных внешних областях Солнечной системы. Изучение вещества таких метеоритов, как Альенде, позволяет нам охватить взглядом историю всего протопланетного диска.

Первые хлопья

В массе космических отложений метеорита Альенде привлекают взгляд снежно-белые каменные прожилки, часто причудливой формы. Некоторые из них напоминают перекрученные жгуты, похожие на застывшие язычки пламени, другие имеют приблизительно круговую форму. Во многих отношениях они напоминают беспорядочно разбросанные среди моря темных зерен светлые пушинки, но при более внимательном рассмотрении оказываются сосредоточениями необычных минералов, богатых кальцием и алюминием.

Точно такие же структурные элементы всего за год до падения Альенде открыла и описала французский минералог Мирей Кристоф Мишель-Леви. Она нашла их в CV-хондрите под названием Вигарано.

Мишель-Леви заключила, что эти необыкновенные (exceptionnel) снежно-белые объекты кристаллизовались в процессе конденсации из раскаленного газа при температуре выше 1 400 °C. Они совершенно не похожи на минералы, которые мы находим в породе, кристаллизовавшейся из жидкой магмы; эти кристаллы сформировались непосредственно из газа. Газ превратился в пыль. Исследовательница случайно наткнулась на самые старые минералы в Солнечной системе: первые хлопья пыли, образовавшиеся в коллапсирующем межзвездном облаке, из которых в конечном счете и сформировались планеты, астероиды и кометы. Эти образования вслед за Мишель-Леви стали называть «кальциево-алюминиевыми вкраплениями». Возможно, это самая странная и наиболее тщательно изучаемая находка из всех, спрятанных внутри метеоритов.

Кальциево-алюминиевые вкрапления, или сокращенно CAI, образовались при нулевой силе тяжести из остывающего облака коллапсирующей газовой туманности. Кристаллизуясь из тонких газовых прядей внутри туманности, они, наверное, напоминали снежинки, возникающие в разреженном воздухе. В большинстве углистых хондритов CAI выглядят крохотными белыми пятнышками, но в Альенде они просто огромные и достигают в длину нескольких сантиметров. Здесь они тоже ясно выделяются на фоне массы значительно более темных зерен. Большую часть того, что мы узнали о самых первых днях нашей Солнечной системы, рассказали нам CAI только из одного этого метеорита.

Странности изотопов

В 1973 году группа ученых из Чикагского университета сделала удивительное открытие. Смесь изотопов кислорода в кристаллах CAI оказалась непохожей на все, что до этого было обнаружено в минералах любого другого вида, земных или внеземных. При этом свидетельством космической природы CAI является то, что в этих смесях не соблюдаются пропорции, характерные для фракционирования земных минералов: в CAI непропорционально много 160, легчайшего из изотопов кислорода. Если на Земле зачерпнуть ведро океанской воды, в ней из каждых 100 000 атомов кислорода всего примерно 240 не будут принадлежать изотопу 160, а в CAI таких атомов будет 227. Разница, казалось бы, невелика, но по изотопным стандартам она огромна. Подобные смеси изотопов кислорода на Земле не встречаются никогда. Оказывается, что почти во всех метеоритах тоже содержатся экзотические смеси изотопов кислорода – но не настолько, как у CAI.

Понадобилось почти сорок лет, чтобы осознать все значение этой особенности изотопного состава метеоритов. В 2004 году космический зонд NASA «Genesis» вернулся на Землю после трехлетнего путешествия, во время которого он занимался сбором частиц, летящих от Солнца. При приземлении космического аппарата в пустыне штата Юта случилась авария – не раскрылся парашют. Но собранные образцы первичных частиц солнечного ветра удалось все же извлечь из-под обломков. В результате одной из самых изощренных спасательных операций в истории науки доставленные на Землю сгустки солнечной атмосферы были сохранены в неповрежденном виде.

Космохимики, которые измерили изотопный состав содержавшегося в этом веществе кислорода, обнаружили, что на Солнце, материнской звезде нашей планетной системы, смесь изотопов кислорода почти идентична той, что была найдена внутри минералов в составе CAI^2. Значит, есть изотопное сродство между кислородом на Солнце и кислородом, содержащимся в CAI, то есть CAI, крошечные белые кристаллические прожилки в минералах, составляющих метеорит Альенде, унаследовали свои изотопы кислорода от места своего образования. Значит, они формировались рядом с Солнцем! Конденсируясь из волокон туманности, они проносились мимо кружащейся и бурлящей солнечной поверхности, почти задевая ее.

А после конденсации из раскаленного газа эти маленькие снежно-белые частички первичного Солнца были мощным звездным ветром отброшены назад, в зоны образования планетезималей. Там они объединились в скопления вместе с другими пылевыми частицами, по прошествии времени вошли в состав каменных астероидов, и наконец некоторые из них стали веществом планет.

Разновидности пыли

Как и другие зерна космических осадочных пород, входящие в состав углистых хондритов, CAI вкраплены в цементообразную основу, называемую «матрицей». Под сильным микроскопом матрица оказывается скоплением бесчисленных наноскопических пылевых зернышек. Почти все они гораздо мельче одной тысячной толщины человеческого волоса, но когда имеешь дело с метеоритами, да и вообще с любыми камнями, невооруженным глазом обойтись никогда не удается.

Сегодня CAI и матрица сосуществуют бок о бок в одном и том же метеорите, но в протопланетном диске они должны были перемешиваться в огромных пылевых облаках. Когда в таких клубящихся тучах космических осадочных пылинок накапливалось достаточное количество вещества, они коллапсировали – сжимались под действием собственной тяжести и образовывали планетезимали. Но, несмотря на то что в хондритовых метеоритах CAI и зерна матрицы расположены в непосредственной близости друг к другу – видно, что они соприкасаются, – они рассказывают нам совершенно различные геологические истории. Мы знаем, что CAI формировались вблизи обжигающе горячего Солнца, но матрица содержит богатое разнообразие материалов, образовавшихся в условиях леденящего холода. Эти так называемые «летучие» материалы[13] возникли в глубине темной периферии протопланетного диска, где было достаточно холодно, чтобы из газовой туманности смогли сконденсироваться низкотемпературные минералы.

Порывы солнечного ветра, истекающего с поверхности Солнца, отбрасывали CAI далеко наружу, в холодные периферические области протопланетного диска. Но потоки CAI не струились в разные стороны в плоскости протопланетного диска – они высоко взлетали над ней по баллистическим траекториям и затем выпадали на диск пылевым дождем. В диске они смешивались с минералами матрицы, богатыми летучими веществами, и формировали хаотические и сложно структурированные пылевые облака, которые в конце концов коллапсировали и образовывали рой осадочных планетезималей, слишком маленьких, чтобы они могли расплавиться.

Спустя более четырех миллиардов лет некоторые из этих CAI покинут свои планетезимали в составе маленьких кусков камня, отколотых от родительского тела мощным ударным столкновением. Фрагменты этой каменной шрапнели отправятся обратно во внутреннюю часть Солнечной системы, и один из них приблизится к третьей от Солнца планете, покрытой океанами воды. После короткого огненного полета сквозь окружающую ее плотную газовую оболочку камень благополучно шлепнется на участок суши.

Любопытные создания, населяющие этот мир, разрежут упавший камень на куски и вновь откроют CAI солнечным лучам. Они назовут прилетевший из глубин космоса камень «Альенде».

Открывая глубину времени

Бездна времени вызывает у нас состояние беспокойства. Мы – животные, которых эволюция приучила к восприятию настоящего в масштабе часов и дней, а будущего – в масштабе месяцев или, самое большее, нескольких десятилетий. Поэтому такие меры времени, как тысячелетие, ускользают от нашего понимания и воображения. Возраст Солнечной системы, четыре с половиной миллиарда лет, – это что-то вроде шестидесяти миллионов сроков человеческой жизни, поставленных в непрерывный ряд, один за другим. На этой временной шкале геологические масштабы переходят в астрономические.

За время нашего краткого пребывания на Земле мы открыли для себя шкалы времени во много миллионов раз длиннее наших коротких жизней. Единственный для нас способ точно разметить время геологических событий – будь это момент начала эволюции сложных форм жизни, дата катастрофического столкновения двух астероидов или время отложения толстых слоев пепла в результате мощного извержения вулкана – это суметь датировать возраст камней, в структуре которых эти события записаны.

Понимание простого порядка, которому подчиняются последовательности каменных пород, может помочь нам определять время их возникновения. Здесь может быть построена относительная хронологическая шкала: например, связь между слоями песчаника, отложенными один поверх другого, можно использовать для установления порядка, в котором эти слои откладывались – чем глубже слой, тем старше порода. Но далеко по пути понимания на таком приблизительном, хоть и полезном принципе не уедешь. Относительная хронология – это что-то вроде знания, что королева Виктория жила где-то посредине между Юлием Цезарем и нами; никакой информации о реальной продолжительности времени, которое разделяет события. То же самое можно сказать и об относительной хронологии скальных пород.

Чтобы построить абсолютную хронологию, то есть продвинуться от простого расположения событий в порядке их возникновения к пониманию того, как давно эти события произошли, мы должны воспользоваться предусмотренным Природой замечательным устройством: встроенными в вещество атомными часами.

Существует много разновидностей атомных часов, которые подходят для датировки различных видов камня и работают на различных временных интервалах; но, отличаясь в деталях, в принципе они все действуют примерно одинаково. Все они основаны на существовании радиоактивных изотопов: радиоактивного «родителя», который, распадаясь естественным путем, образует нерадиоактивного «потомка».

Время течет, и атомные часы «тикают»: количество родительского изотопа в породе уменьшается (ведь он распадается), а новорожденный «потомок» постоянно накапливается. Точно измеряя количество изотопа-«потомка» в камне, мы можем вычислить количество «тиканий» атомных часов, а значит, и возраст камня. По соглашению, время мы в таких случаях отсчитываем назад от сегодняшней эпохи.

Урановый хронометр

Чтобы верно датировать события, которые разворачивались на определенной шкале времени, необходимо правильно выбрать радиоактивные часы. Точно так же мы поступаем и в жизни – для разных целей нам требуются различные измеряющие время устройства. Никто не станет отмечать время варки яйца по висящему на стене календарю или пользоваться секундомером, чтобы узнать, какой сейчас месяц.

Природа снабдила нас радиоактивными атомными часами, хорошо приспособленными для датировки процессов, которые в прошлом разворачивались на протяжении миллиардов лет. Их основа – элемент номер девяносто два, уран. Скорость его распада идеальна для датировки времени образования пород на самом раннем этапе формирования Солнечной системы.

Атом урана, как и любого другого радиоактивного изотопа, в каждую секунду с определенной вероятностью может распасться. Эта вероятность неизменна, она всегда имеет строго определенное значение, что и делает радиоизотопы столь надежным хранителем времени. При распаде ядра обоих изотопов урана – урана-238 (238U) и урана-235 (235U) – разрушаются с образованием новых, более легких изотопов другого знакомого нам элемента: свинца, элемента номер восемьдесят два.

Принцип действия урановых часов отличается изысканностью и легкой запутанностью. Ядро атома 238U распадается с образованием определенного изотопа свинца: 206Pb. А чуть менее массивный представитель уранового семейства, 235U, при распаде дает другой изотоп свинца: 207Pb. Оба эти изотопа свинца не радиоактивны: они устойчивы и, однажды образовавшись, существуют вечно. Вдобавок у свинца есть еще один устойчивый изотоп, который, в отличие от 206Pb и 207Pb, не образуется при радиоактивном распаде: 204Pb. Как и его устойчивые собратья, 204Pb может существовать вечно, и то его количество, которое присутствует в только что образовавшейся каменной породе, фиксировано раз и навсегда. А вот количества 206Pb и 207Pb переменны – они непрерывно растут по мере того, как уран с одной и той же скоростью распадается.

Распад обоих изотопов урана идет ужасно медленно. Если у вас есть очень маленькая кучка урана – 100 атомов 235U, то приготовьтесь ждать 700 миллионов лет, пока половина ее распадется и превратится в 207Pb. А в такой же щепотке 238U половина атомов превратится в 206Pb еще в шесть с лишним раз медленнее – за четыре с половиной миллиарда лет! Именно поэтому урановый хронометр идеален для датировки событий, происходящих на огромных временных интервалах.

Итак, в любой скальной породе 206Pb и 207Pb состоят из смеси двух видов свинца: исходного, который попал в нее при формировании, и появившегося в результате распада урана. Если мы измерим количество избыточного 206Pb и 207Pb, накопленного в камне с момента его образования, мы сможем вычислить его возраст. Исходный свинец мы называем «первичным», а продукт распада «радиогенным».

Как ни важна для нас Земля, в контексте всей Солнечной системы это всего лишь еще один камень, правда, большой и со своими причудами. Каменные породы Земли, как и астероидов, содержат смесь двух типов 206Pb и 207Pb: первичного свинца, присутствовавшего в пылевой туманности и подвергшегося процессу слипания, и радиогенного, накопившегося при распаде урана за геологическое время. Если бы мы измерили состав смеси свинцовых изотопов на сегодняшней Земле и на Земле, только что сформировавшейся (первичный свинец), различие между ними дало бы нам количество радиогенного свинца, которое накопилось за это время. Тогда можно было бы сосчитать, сколько раз оттикали урановые часы с тех пор, как Земля образовалась. Зная скорость, с которой уран преобразуется в свинец – частоту тикания урановых часов, – мы бы вычислили время, в течение которого они тикали, а это и дало бы нам возраст Земли. И самый главный вопрос человечества – откуда мы появились? — после 200 тысячелетий размышлений обрел бы точку отсчета.

Но проблема с измерением состава первичной свинцовой смеси в том, что на Земле эту смесь нам получить неоткуда. При образовании нашей планеты в нее попало огромное количество урана; поэтому тот свинец, который сейчас присутствует в земных породах, представляет собой неразделимую смесь первичной и радиогенной составляющих. Кроме того, на протяжении своей длинной геологической истории вещество Земли постоянно бурлило, кипело и взбалтывалось, и в его составе непрерывно перемешивались химические элементы и их изотопы. Первичный свинец смешивался с радиогенным снова и снова, и изначальный состав этой смеси утрачен навсегда.

К счастью для нас, в природе существуют камни, сохранившиеся в основном неизменными с момента их образования в далеком прошлом. Это, конечно, метеориты.

Уран – литофильный, то есть «камнелюбивый» элемент. Когда магматические астероиды плавились и дифференцировались на металлические ядра и каменные мантии, в ядра попало только самое незначительное количество урана. Но тогда как уран был выброшен из металлических ядер, значительное количество свинца там осталось. И, так как эти элементы были в сумятице дифференциации отделены друг от друга, распад урана не повлиял на количество первичного свинца – что критично, это был 206Pb или 207Pb – в металлических ядрах. Следовательно, свинец в составе железных метеоритов, фрагментов этих ядер, был «заморожен» там со времен образования их родительских астероидов. Этот свинец – поистине первичный. Значит, измеряя состав смеси изотопов свинца в железных метеоритах, можно установить начало отсчета атомных часов и вычислить возраст астероидов. И распространить эти оценки на возраст Земли и других планет.

Это звучит невероятно: измеряя что-то, казалось бы, не имеющее никакого отношения к окружающей нас реальности – состав смеси изотопов свинца в обугленном куске металла, свалившемся из космического пространства, – вычислить возраст Земли, начальную точку истории нашего мира, нашей истории. Но, как часто случается в науке, выполнение измерений, необходимых для определения столь важных параметров, оказывается сложнейшим процессом с множеством трудностей.

Клэр Кэмерон Паттерсон

Гаррисон Браун был назначен профессором химии Чикагского университета на следующий год после окончания Второй мировой войны. Он провел несколько предшествующих лет, участвуя в Манхэттенском проекте – занимаясь разработкой технологии и решением научных проблем, связанных с созданием первого в истории оружия массового уничтожения, ядерной бомбы. После войны Браун, подобно многим другим ученым, вовлеченным в столь морально неоднозначный проект, решил посвятить себя чисто научным вопросам. Его воображение захватила перспектива использования урана – элемента, на энергии которого строилось ядерное оружие и с которым он был хорошо знаком, – для определения возраста скальных пород.

Незадолго до этого физики-атомщики, пытаясь вырвать у атомного ядра его секреты, вывели уравнение, которое могло ответить на один из величайших вопросов науки: каков возраст Земли? Теперь все, что для этого требовалось, – подставить в него несколько чисел: скорость, с которой 238U и 235U распадаются и образуют свинец; нынешний состав изотопной смеси 238U и 235U в веществе Земли; нынешний состав смеси 206Pb и 207Pb в веществе Земли; и, главное, состав смеси первичных 206Pb и 207Pb во времена образования Земли. Урановая часть этой головоломки уже сложилась – в основном в процессе работ над созданием ядерной бомбы. Измерить современное соотношение свинцовых изотопов труда тоже не составляло – вещество земных недр было вполне доступно. Последним неизвестным членом в уравнении оставался первичный свинец. Все, что требовалось сделать, это найти его, выделить и измерить его состав.

Браун привлек к работе в новой области науки – точной датировке возраста каменных пород – своего аспиранта по имени Клэр Кэмерон Паттерсон. Паттерсон раньше тоже был участником Манхэттенского проекта и знал, как обращаться с масс-спектрометрами – приборами для определения изотопного состава. Так же как призма расщепляет солнечный свет в цветной спектр, масс-спектрометр позволяет «расщепить» камень и получить спектр масс составляющих его изотопов. Я не перестаю изумляться, что мы умеем безошибочно отличать друг от друга атомы, масса которых отличается всего на один нейтрон, а затем вычислять их относительное количество с умопомрачительной точностью. Масс-спектрометры – настоящее чудо техники.

Браун пригласил Паттерсона к себе в кабинет и рассказал ему о недостающем члене в магическом уравнении. Браун понимал, что первичный свинец спрятан внутри железных метеоритов: «Мы извлечем свинец из железного метеорита. Вы измерите его изотопный состав, вставите эту величину в уравнение… и станете знаменитостью – ведь вы определите возраст Земли!»

Паттерсон немедленно приступил к работе по измерению изотопного состава свинца в железном метеорите. Пять лет он потратил только на усовершенствование методов. Никто до него не пытался делать подобных измерений. Паттерсону вместе с другими членами его исследовательской группы пришлось разрабатывать совершенно новые технические методы. Им нужно было научиться точно измерять изотопный состав микроскопических количеств свинца – в тысячу раз меньших, чем те, с которыми кто-либо работал прежде. Свои методы Паттерсон испытывал на цирконе, силикате циркония, минерале, часто встречающемся на Земле, – он содержится во многих магматических породах. Образцы, которые использовал Паттерсон, были размером с булавочную головку. Если ему удастся точно измерить состав изотопной смеси свинца в микроскопическом образце циркона, думал Паттерсон, то он, конечно, сможет сделать это и с веществом железного метеорита.

Но раз за разом в цирконе загадочным образом оказывалось значительно больше свинца, чем ожидалось. Цифры, которые Паттерсон неизменно получал в результате своих измерений, выглядели абсурдно. После длительных мучительных попыток выйти из тупика Паттерсон нашел источник затруднений – им оказалось свинцовое загрязнение. Свинец присутствовал абсолютно во всем. В ходе химических процедур в лаборатории он попадал в образцы циркона, с которыми работал Паттерсон, искажая и заслоняя собой внутренний, подлежащий измерению свинец, находящийся в связанном состоянии в кристаллах циркона.

Выявление источников свинцового загрязнения потребовало огромных усилий. То, что в результате обнаружил Паттерсон, выглядело ужасно: оказалось, что свинец появляется отовсюду. Он был в кислоте, которая использовалась для растворения образцов; в воде, которая текла из крана в лаборатории; в стеклянной химической посуде, употреблявшейся для экспериментов; даже в окружающем воздухе, во взвешенных в нем частицах обыкновенной пыли. Казалось, он проходит сквозь стены. Свинцом был с ног до головы покрыт и сам Паттерсон: его волосы, одежда, ботинки, кожа. То же самое можно было сказать и обо всех его сотрудниках.

Но Паттерсон сумел обратить проблему свинцового загрязнения себе на пользу: он увидел в ней возможность научиться измерять изотопный состав свинца во многих разнообразных видах веществ.

Паттерсон лишь прикоснулся к проблеме, которой суждено было стать одной из главных экологических угроз современности: катастрофическому свинцовому загрязнению, охватившему всю планету, и в особенности ее города. Этилированный бензин, пары которого впрыскиваются в атмосферу из выхлопных труб миллионов автомобилей, стал особенно опасной частью этой проблемы. Другой опасностью были содержащие свинец краски – именно из-за них в лаборатории Паттерсона одним из источников свинца оказались стены. Исследования источников и степени глобального свинцового загрязнения (и связанного с ним массового отравления свинцом населения Земли) впоследствии стали главной темой научной деятельности Паттерсона; они внесли значительный вклад в успех всемирного движения за полный запрет этилированного бензина. Но в то время истинный масштаб и опасность свинцового загрязнения, его влияния на здоровье людей еще не были известны. Поэтому для Паттерсона главной проблемой, связанной с вездесущим свинцовым загрязнением, было искажение данных по изотопному составу циркона. Именно эта проблема загораживала ему дорогу к вычислению возраста нашей планеты.[14]

На избавление от свинцового загрязнения Паттерсон потратил пять лет, но в конце концов все же добился своего: измерил изотопный состав свинца в кристаллах циркона размером с булавочную головку. Его данные наконец перестали выглядеть абсурдными и приобрели смысл. Но чего ему это стоило! Устраняя малейшие следы свинца в своей лаборатории, он до изнеможения протирал химическую посуду и лабораторные химические скамьи тщательно очищенными перегонкой кислотами. Чистоте самих кислот, которые поставлялись в его лабораторию, он, впрочем, тоже не доверял и дополнительно перегонял их на самостоятельно изготовленных дистилляторах. Буквально ничего не казалось ему достаточно чистым.

Затем Паттерсон перешел к строительству собственной совершенно новой ультрачистой лаборатории, предназначенной для измерений состава железных метеоритов. Он приложил невероятные усилия, чтобы сделать эту лабораторию свободной от свинцового загрязнения. Воздух, поступающий внутрь помещения, очищался сложной системой фильтров, устраняющей из него все пылевые частицы. Соблюдался строжайший дресс-код: каждый входящий в лабораторию переодевался в специальный сверхчистый комбинезон.

В 1956 году, после того как в этой сверхчистой лаборатории он выделил из железных метеоритов первичный свинец и подготовил его образцы к исследованию, Паттерсон измерил изотопный состав этого свинца на своем масс-спектрометре. Записывающее устройство на выходе прибора выдало результат. Затаив дыхание, Паттерсон ввел полученные цифры в уравнение и выписал его решение. Это был возраст Земли. Она оказалась старой: чуть старше четырех с половиной миллиардов лет. В этот миг возраст нашей планеты знал только один человек в мире – он установил его первым в истории человечества. Это был Клэр Кэмерон Паттерсон.

Свои результаты и выводы Паттерсон опубликовал в статье «Возраст метеоритов и Земли»,3 которая стала классикой науки о Земле и планетах. Точный возраст Земли был определен в 4 550 000 000 лет. Изотопные измерения Паттерсона оказались очень точными: границы ошибок его вычислений были меньше двух процентов.4

Стоит упомянуть и кое-какие индивидуальные особенности использованного Паттерсоном «магического уравнения». Каждая из них – и определение скорости распада 235U и 238U, и развитие масс-спектрометрии, и средства измерения изотопных смесей – родилась в ходе разработки ядерного оружия. Из избыточно, до гротеска мощной техники уничтожения, способной вмиг погасить тлеющий в космосе огонек человеческой цивилизации, явился способ проникновения в глубины истории нашей планеты и нашего собственного происхождения. Чуть не разрушив наше будущее, мы открыли наше глубокое прошлое.

Начало

Паттерсон и его сотрудники определили время рождения Земли. Но, чтобы датировать события, разворачивавшиеся до ее образования, нужен камень, который сформировался еще до появления планет. К счастью, такие породы дошли до нашего времени в составе нерасплавленных астероидов: индивидуальные фрагменты космических отложений, сформировавшиеся в протопланетном диске и сохранившиеся внутри хондритов. Правда, их размеры в лучшем случае составляют лишь несколько миллиметров, и измерить их изотопный состав – исключительно трудная задача. И все же она разрешима.

О самом существовании изотопов стало известно всего за несколько десятилетий до того, как Паттерсон вычислил возраст Земли. Поэтому ученые и инженеры еще только разрабатывали методы их точного измерения.

Современные ультрачистые лаборатории и масс-спектрометры устроены гораздо сложнее и изощреннее, чем во времена Паттерсона – в 1950-х. Наука двигалась вперед. Появилась возможность определять возраст и гораздо более мелких фрагментов метеоритов. Современные масс-спектрометры позволяют с высокой точностью измерять состав свинца в образцах в тысячи раз мельче, чем даже те, с которыми работал Паттерсон, – массой всего в несколько миллионных долей миллионной доли грамма! Этими методами можно измерять возраст индивидуальных хлопьев пыли первичной туманности, сохранившихся в составе хондритов. Таким образом, мы можем заглянуть в глубины времени, когда планет еще не существовало и в протопланетном диске кристаллизовались первые частицы пыли.

Трудность ориентирования на временной шкале Солнечной системы состоит в том, чтобы точно отметить момент начала отсчета. Как мы убедились, образование Солнечной системы – история превращения первичной туманности из газовой в пылевую, а затем превращения этой пыли в миры – было не событием, а процессом. Этот процесс шел несколько миллионов лет. Где же мы проведем черту между «до» и «после» образования Солнечной системы, если граница между этими состояниями так размыта? По правде говоря, любая такая черта произвольна и условна, ее проведение – в основном вопрос выбора, а не реальных физических условий, заданных Природой. И все же Природа предусмотрела элегантное решение этой проблемы, спрятав его среди космических отложений, составляющих хондриты.

Исходную отметку на временной шкале задают CAI, первые хлопья пыли, сконденсировавшиеся в туманности. Это первые твердые частицы – каменные пылинки, образовавшиеся в завихрениях газа. Время их формирования диктует нам естественный выбор момента рождения Солнечной системы и начала ее «каменной летописи». Если мы измерим возраст CAI, мы тем самым определим и истинный возраст Солнечной системы.

Датировка возраста CAI по урановым часам требует точного измерения состава смеси изотопов свинца внутри индивидуальных микроскопических кристаллов в индивидуальном CAI. Если измерен изотопный состав свинца и урана для каждого типа минералов в CAI, из этого можно вывести количество накопленного радиогенного свинца, а отсюда вычислить и возраст. Все, казалось бы, ясно. Однако в аналитическом отношении это непростая задача.

В CAI содержится всего несколько миллиардных долей грамма свинца. Поэтому даже мельчайшее загрязнение – миллионная доля от миллионной доли грамма – будет катастрофическим. Для проведения такого анализа требуется лаборатория с самыми строгими мерами соблюдения чистоты, в которой буквально все непрерывно и агрессивно очищается дистиллированными кислотами. И такой анализ удалось выполнить! На сегодняшний день определен возраст четырех CAI. Всего четырех. Датировка индивидуальных фрагментов космической осадочной породы по «свинцовым часам» – передовое достижение современной космохимии.

В 2010 году космохимик Юрий Амелин впервые выполнил изотопные измерения, необходимые для вычисления «свинцового возраста» CAI из метеорита Альенде.5 В его ультрачистой лаборатории в Национальном университете Австралии он и его сотрудники ювелирно разделили на части индивидуальный CAI. с огромными предосторожностями извлеченный из среза метеорита Альенде, и провели тончайшие измерения его изотопного состава. Этот CAI, обозначенный «SJ101», был (и пока остается) самым старым камнем, возраст которого удалось подсчитать при помощи «свинцовых часов». Ему оказалось более четырех с половиной миллиарда лет: 4 567 180 000 лет, если точно. Этот возраст определяет момент начала нашего двадцатичетырехчасового «геологического дня».

Пределы погрешности этого измерения – полмиллиона лет с каждой стороны – столь же поражают воображение, как и сам получившийся возраст. В абсолютном масштабе эта неопределенность может показаться большой, но относительно самого возраста CAI она поистине крохотная. В масштабе нашего двадцатичетырехчасового геологического дня пятьдесят миллионов лет сожмутся до каких-нибудь пятнадцати минут.

С тех пор, как Амелин и его коллеги определили «свинцовый возраст» CAI из метеорита Альенде, было выполнено еще три датировки. Эти CAI были из другого метеорита – еще одного CV-хондрита под названием Ефремовка, упавшего в Казахстане в 1962 году. Измерения дали то же значение возраста: 4,567 миллиарда лет, что очень много даже по геологическим стандартам.

Время, когда из протопланетного диска сконденсировались CAI, принято, по крайней мере, на сегодняшний день, за возраст Солнечной системы. Время ноль: 4,567 миллиардов лет. Начало отчета часов, момент, когда началась наша история.

Наш дом – планетная система, обращающаяся вокруг звезды. Даже само ее название «Солнечная система» образовано от латинского слова sol, что значит «Солнце». Солнце – главный объект в нашей системе, и правильнее говорить, что это система звездная. Но, несмотря на это, мы определяем ее возраст по CAI, твердым кристаллическим объектам, сконденсировавшимся из остывающего облака. Мы определяем возраст нашей звездной системы не по звезде, а по камням.

* * *

Наверное, каждый помнит, как поразился в детстве известию о том, как давно были построены Великие пирамиды Египта (-4½ тысячи лет назад), или вымерли динозавры (~ 64 миллионов лет назад), или образовалась Земля (~4½ миллиарда лет назад). Наше открытие глубины прошлого времени и определение возраста Солнечной системы с помощью метеоритов составляет один из многих триумфов науки.

Наши предки воздвигали монументальные каменные сооружения, чтобы предсказывать движения звезд на будущее. А теперь мы используем природные атомные часы, тикающие внутри упавших с неба камней, чтобы установить идущую из глубокого прошлого шкалу времени, на которой разворачивалась история нашей Солнечной системы.

В глубине каждого метеорита записан целый эпос. Самые старые из этих историй, которые начинаются с конденсации проносящихся вблизи Солнца CAI, записаны в космических отложениях, некогда сконденсировавшихся и образовавших астероиды. В каждом хондрите содержатся сведения о миллиардах лет истории Солнечной системы. Эта история тянется непрерывной нитью через все геологическое время: от формирования пылевой туманности до образования Земли и от создания наскальных рисунков пещеры Бломбос до сегодняшнего дня.

6. Капли огненного дождя

Классификация метеоритов, как и большинство других систем категоризации, полна исторически сложившихся недоразумений и искажений. Термин «углистые хондриты» вызывает недоумение, потому что далеко не все они содержат достаточное количество углерода; точно так же и название наиболее распространенного из находимых на Земле типов метеоритов звучит странно. Они называются «обыкновенными хондритами», так как являются, безусловно, наиболее многочисленным типом небесных камней, к которому относится примерно восемьдесят процентов всех известных метеоритов. Но не следует обманываться – они ни в каком отношении не могут считаться «обыкновенными».

Некоторые важнейшие метеориты – топхэмовский Уолд Коттедж, который впервые привлек к метеоритам интерес научного сообщества, чешский метеорит Пршибрам, с помощью которого удалось доказать, что родина большинства небесных камней – пояс астероидов, восемь из девяти антарктических метеоритов, с которых в 1969 году началась антарктическая «метеоритная лихорадка», – были именно обыкновенными хондритами. К этому же классу относились и некоторые старейшие метеоритные падения.

Метеоритные падения минувших веков

Первое в истории наблюдавшееся людьми падение метеорита, о котором остались письменные свидетельства, произошло в Японии в 861 году н. э. Очевидцы сообщают о том, как покой тихой ночи был внезапно нарушен: по небу, ослепительно вспыхивая, пронеслось со страшным грохотом некое тело и обрушилось на землю, пробив крышу храма в деревне Ногаташи. Служители храма бережно уложили священный камень в деревянный ящик и тщательно его охраняли; там он и оставался на протяжении тысячи с лишним лет. После выполненного в 1983 году космохимического анализа метеорит был классифицирован как обыкновенный хондрит и получил название «Ногата» по месту своего падения.

Спустя 600 лет после события в Ногата появление метеорита было зарегистрировано в Энсисхайме, городе на французско-немецкой границе.

Перед самым полуднем 7 ноября 1492 года с неба раздался ужасный грохот. Эхо грома отразилось от склонов Швейцарских Альп, расположенных в 150 километрах к востоку. Никто никогда не слышал ничего подобного.

Единственным, кто видел источник этого грома, был мальчик, который с расширенными от страха зрачками следил за огромным телом, пронесшимся по небу и упавшим на пшеничное поле прямо за городской стеной. Жители Энсисхайма бросились к месту падения и обнаружили там яму, а на дне ее громадный 130-килограммовый обугленный «гром-камень». Как только его вытащили из ямы, толпа тут же принялась откалывать от него кусочки – все думали, что странный камень обладает магическими свойствами и принесет им удачу.

Никто, конечно, не поверил, что камень действительно упал с неба, – мало ли что померещилось мальчишке, по всей видимости, чокнутому. Даже спустя 300 лет, через шесть лет после того, как Хладни напечатал свои «Железные массы», французский химик Шарль Бартольд доказывал, что Энсисхаймский камень принесло водой с близлежащих Альп; он призывал не верить былым россказням о чудесах и считать их просто бреднями суеверных горожан.

Бургомистр Энсисхайма быстро прибыл на место происшествия и пресек разрушение камня возбужденной толпой. Глыбу привезли в город и поместили у входа в приходскую церковь, где он и оставался, закрепленный железной цепью, еще триста лет, – до тех пор, пока в 1793 году им не завладели французские революционеры, которые решили поискать для него другое место.

Сейчас камень покоится в великолепной витрине из дерева и стекла в Музее Регентства в Энсисхайме. От первоначальных 130 килограммов в нем осталось всего пятьдесят четыре. К счастью, камень теперь находится под защитой особого ордена: Братства Святого Георгия Стражей Энсисхаймского метеорита. «Стражи», одетые в красные плащи и бежевые шляпы с плюмажами, оберегают метеорит, стремясь сохранить ореол его загадочности для будущих поколений. Метеорит Энсисхайм, как и Ногата, – обыкновенный хондрит. И оба они, как и 52 000 других известных обыкновенных хондритов, не имеют ничего общего с обычными камнями.

Космические отложения в обыкновенных – как и в углистых – хондритах, образованные из пыли, из которой когда-то сконденсировались их родительские астероиды, никогда не подвергались разрушительному действию интенсивного нагрева. Оставаясь почти нетронутыми с момента образования, они тоже хранят каменную пыль, из которой сформировались астероиды и планеты. Однако в геологическом отношении обыкновенные хондриты отличаются от углистых.

Под тонкой оплавившейся коркой углистые хондриты темно-серые, почти черные. Многие из них очень похожи на уголь. Обыкновенные хондриты, с другой стороны, бывают разных цветов – от бледно-серого до бежево-коричневого. В них поблескивают случайные прожилки металла, и в целом они выглядят как ломтики гранулированного слоистого печенья.

На основе изотопного, химического и геологического сходства обыкновенные хондриты можно разделить на три группы с прогрессивно снижающимся содержанием железа: с высоким (группа Н), низким (группа L) и (предположительно) очень низким (группа LL). Эти различия отражены и на более глубоком уровне: для каждой группы характерна в целом одна и та же, но все же отчетливо индивидуальная смесь изотопов кислорода. Вероятно, каждая группа происходит от своего родительского астероида. Где-то в гуще пояса астероидов есть один, породивший метеориты группы Н, другой, от которого произошла группа L, и третий, давший начало группе LL.

Стоит лишь взглянуть на срезы наиболее древних образцов, как тут же становится совершенно ясно, что это космическая осадочная порода. Они почти полностью состоят из бесчисленных отдельных глобул, слои которых, скрепленные друг с другом в единый «сэндвич», образуют твердый камень. Если перейти от срезов к объемам, хондрит предстает состоящим из сферических бусинок[15], в среднем размером с маковое зернышко; впрочем, их размеры варьируют от булавочной головки до большой горошины. Они обычны для углистых хондритов вроде Альенде, но в хондритах обыкновенных они полностью доминируют. Эти бусинки называются «хондрами», по названию метеоритов, в которых они обнаружены. Хондры есть в каждом хондрите, от углистых до обыкновенных (и в тех, что занимают промежуточное положение), но, конечно, больше всего их в хондритах обыкновенных.

Ученый джентльмен

Из всех камней, предоставленных в 1802 году Эдварду Ховарду для систематического космохимического анализа, четыре были хондритами. Причем хондритами обыкновенными, хотя метеоритная классификация, которая присвоила им такое название, появилась гораздо позже. В своей публикации Ховард отметил, что три метеорита содержали «малые шаровидные тела», состоящие из стекловидной субстанции, и добавил, что «они имеют идеально гладкую и блестящую поверхность, и очень часто выглядят, как маленькие стеклянные шарики».

Ничего похожего никогда в каменных породах не наблюдалось. Мелкая сферическая галька и песчинки, сглаженные абразивными воздействиями и отшлифованные струями воды, часто обнаруживаются в осадочных породах на Земле. Но такие отложения не выглядят стекловидными, как те, что находятся в хондритах. Да и нет на астероидах ни речных струй, ни океанов, которые могли бы превратить камни в округлые «голыши».

Генри Клифтон Сорби родился в Шеффилде в 1826 году, почти через четверть века после того, как Ховард опубликовал свой основополагающий труд. К тому времени как он достиг совершеннолетия, ученые Европы уже с определенностью установили космическое происхождение метеоритов (хотя подробности этого процесса все еще горячо обсуждались). Окончив в пятнадцатилетием возрасте школу, Сорби продолжал свое образование дома. Он не учился в университете, но живо интересовался естественными науками. Генри был единственным ребенком в богатом семействе, и после кончины отца, в возрасте двадцати одного года оказался абсолютно свободным и прекрасно обеспеченным молодым человеком, не имеющим нужды в том, чтобы зарабатывать себе на жизнь. Вместо того чтобы вкладывать деньги в деловые предприятия, он стал тратить наследство на удовлетворение своей страсти к науке. Через много лет, в произнесенной им в 1874 году благодарственной речи при вручении медали Королевского общества, Сорби объяснял: «Когда молодым человеком я вступал в жизнь, у меня был выбор между познанием и богатством – и я решил встать на путь умеренности и посвятить себя науке».

Сорби закупил кое-какое оборудование и инструменты и устроил в своем фамильном особняке мастерскую и научную лабораторию. Здесь за работой он и провел всю оставшуюся часть жизни, прекратив свою деятельность только за одиннадцать дней до смерти в почтенном возрасте восьмидесяти двух лет.

Досконально ознакомившись с кристаллографией и исследованиями минералов, Сорби сосредоточил свои усилия на изготовлении геологических шлифов, необходимых при изучении структуры камня. Тщательно экспериментируя с различными способами шлифовки срезов камня и доведения их до толщины всего в тридцать микрон – тоньше человеческого волоса, Сорби разработал процедуры препарирования камня, которые используются и в наши дни.

Сорби научился изготовлять каменные препараты высочайшего качества. В своей статье 1850 года, посвященной исследованию мелкозернистого песчаника с побережья Йоркшира, он продемонстрировал, насколько глубокое понимание геологических свойств камня может быть достигнуто посредством изучения его микроскопической структуры. Из мелкомасштабных геологических характеристик породы можно сделать выводы о ее происхождении. Именно Сорби заложил основы техники «чтения» каменной книги, записанной «буквами» микроскопического масштаба.

Спустя десять лет после того, как он внес фундаментальный вклад в геологию Земли, Сорби обратил свое геологическое искусство от земных камней на камни космические. Его поощрял к этому астроном Роберт Филлипс Грег, незадолго перед тем опубликовавший компилированный каталог всех известных метеоритов и болидов. Сорби начал с того, что поставил себе задачу понять природу самой известной особенности всех метеоритов: обугленной и почерневшей оплавленной коры. Несмотря на то что эта уникальная особенность встречалась у метеоритов повсеместно, мало кто мог сказать хоть что-то вразумительное об этой странной и необычной геологической черте.

Тонкая кожица

Взяв срез метеорита и приготовив из него шлиф, Сорби исследовал кору плавления более подробно, чем кто-либо до него. Он заметил, что кора почти целиком состоит из стекла. Сорби знал, что это может означать только одно: в какой-то момент своего существования метеорит испытал очень сильное тепловое воздействие. Самым очевидным было предположить, что это могло произойти во время огненного полета раскаленного метеорита сквозь атмосферу – при этом внешние слои метеорита могли полностью расплавиться, а при охлаждении мгновенно превратиться в стеклянную оболочку. Метеорит летит с гиперзвуковой скоростью – неудивительно, что он нагревается до такой температуры, при которой плавится камень.

Земная атмосфера тормозит стремительный полет метеорита. Именно мощное сопротивление воздуха создает в метеорите гигантские напряжения, из-за которых большие камни (вроде Альенде) в процессе торможения разрываются на части. Но на высоте от десяти до тридцати километров над земной поверхностью космическая скорость полностью гасится, и метеорит продолжает падать к Земле со скоростью всего в 0,1 километра в секунду – как падает с большой высоты любой другой камень. А как только метеорит замедляется, его расплавленные внешние слои мгновенно остывают и приобретают стеклянную структуру.

Как только метеорит тормозится до скорости обычного падающего камня, его накал падает, и он перестает светиться – начинается фаза «темного полета». Последний отрезок его путешествия проходит на умеренной скорости. Его траекторией начинают управлять причуды погоды, и где он в конце концов приземлится, теперь в основном зависит от направления ветра. Именно поэтому даже метеоры и болиды, полет которых заснят на камеру, иногда долго не могут найти – их траектории на последних минутах падения предсказать исключительно трудно. Даже умеренный ветер может отнести падающий камень за мили от его первоначального курса.

Форма падающего метеорита тоже непредсказуемо влияет на его путь на стадии «темного полета». Как и земные камни, метеориты имеют самые разные формы: некоторые из них гладкие и округлые, другие бугристые и покрыты вмятинами, напоминающими отпечатки пальцев, втиснутых в мягкий пластилин (эти выемки называются «регмаглиптами»[16]), третьи имеют коническую форму с бороздками, бегущими по радиусам от центрального пика, как велосипедные спицы. Многие метеориты выглядят так, будто они вылеплены из мягкого воска.

Располагая сильным микроскопом и изощренным оптическим оборудованием, Сорби, кроме того, измерил толщину коры плавления. Она оказалась сравнима с толщиной яблочной кожуры – едва ли больше миллиметра. Однако внутренние части камня – вплоть до самой коры плавления – были совершенно не затронуты разогревом в атмосфере. Сердитые стеклянные язычки коры плавления то здесь, то там все же проникали внутрь метеорита на небольшую глубину, втиснутые огромным давлением между каменными кристаллами, но основная масса камня осталась нетронутой. Расплавленный поверхностный слой метеорита срывается с него прежде, чем жар успевает проникнуть внутрь камня.

В июньском выпуске журнала Королевского Астрономического общества «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society» Александр Стюарт Гершель, внук знаменитого астронома Вильяма Гершеля, описал прекрасный образец обыкновенного хондрита, который упал 14 марта 1881 года в Северном Йоркшире. Согласно его описанию, это был «идеальной красоты метеорит», чья «тонкая черная расплавленная корка… скрывает от взора его истинную каменную природу». К этому времени уже укоренилась традиция называть метеориты по месту их падения, и этот камень назвали «Мидлсбро».

Метеорит Мидлсбро упал всего в нескольких метрах от рельсов Северо-Восточной железной дороги. В ярком холодном свете послеполуденного солнца вспышка болида была незаметна, но грохота падающий метеорит наделал много. Взрывы в небе над Северным Йоркширом были слышны за тридцать с лишним километров. Рабочие, ремонтировавшие железнодорожную ветку, слышали над головой громкий прерывистый свист, оборвавшийся глухим и тяжелым ударом о землю где-то неподалеку. В насыпи они обнаружили на дне ямы камень размером с кулак. Чтобы достать до дна, в яму надо было засунуть руку до самого плеча.

Когда Гершель спустя несколько дней после падения увидел камень, он сразу же понял, что это исключительно необычный метеорит, и распорядился: «какие бы меры ни были в конечном счете приняты для сохранения, минералогического исследования и описания этого камня, его не следует подвергать большему искажению его первоначальной целостности, чем это будет вызвано абсолютной необходимостью».

Метеорит Мидлсбро, классифицированный как обыкновенный (L) хондрит, и вправду выглядит совершенно нездешним. Борозды, проделанные раскаленным воздухом во время его огненного спуска сквозь атмосферу, расходятся из центральной точки посредине внешней поверхности камня. Толстые лепестки расплавленной коры, облегающие камень, напоминают языки лавы, ползущие по пустынному ландшафту; их складки выглядят, будто корни дерева, сожженного лесным пожаром. Поверхность камня ярко-черного цвета.

Между несколькими научными учреждениями возникли трения по поводу того, где этот метеорит должен храниться. Не обращая внимания на запросы Британского музея и университета в Дареме, руководство Северо-Восточной железнодорожной компании полагало, что метеорит принадлежит графству, на территории которого он упал: Йоркширу В сентябре 1881 года, после того как несколько граммов отделили от камня и переслали в Британский музей, основная масса метеорита была официально передана Йоркширскому философскому обществу Метеорит был торжественно выставлен на всеобщее обозрение в Йоркширском музее в Йорке. Там он находится и по сей день. И даже непрофессиональным глазом видно, что «обыкновенный хондрит» Мидлсбро – камень совершенно необыкновенный.

Огненный душ

А Сорби продолжал углубляться в вещество метеоритов. Пройдя сквозь обугленные внешние слои упавших камней, во всеоружии своих инструментов и знаний, которые он приобрел, исследуя земные породы, он вглядывался в метеоритные шлифы под микроскопом в своей домашней лаборатории. И он, как никто другой, сумел проникнуть в геологическую природу крошечных сферических бусинок, из которых его метеориты почти целиком состояли: хондр.

Мощь геологического микроскопа, оснащенного набором сменных объективов и поляризационных фильтров, превращала каменные бусины в приготовленных Сорби шлифах обыкновенных хондритов в калейдоскоп радужных красок. Хондры были непохожи на все, что Сорби приходилось видеть. Да такого и вообще никто никогда не видел – ничего подобного не было ни в одном земном камне. В свой микроскоп Сорби разглядел, что круговые ряды мелких, как маковые зернышки, бусинок состояли из сложных соединений еще более крошечных кристаллов. Во многих отношениях хондры напоминали магматические породы. Большинство состояло из кристаллов, похожих на те, что встречаются в образованных из магмы земных камнях – но по своим геологическим характеристикам они очень сильно отличались от земных.

Некоторые хондры состояли из крупных, имеющих форму надгробий кристаллов оливина, вкрапленных в массу однородного стекла; другие образовывали сетчатую структуру из игольчатых кристаллов. Сплошь и рядом маленькие оливиновые кристаллы были плотно прижаты друг к другу, не оставляя места для проникновения стеклообразной массы. Через поляризующий фильтр цветные интерференционные блики на оливине сияли как сигнальные маячки, играя яркими пурпурными, синими и зелеными оттенками.

В нескольких необычных хондрах помещался целый набор кристаллических иголочек, которые расходились из одной точки круговой внешней кромки в радиальных направлениях. Как будто они когда-то были стеклянными шариками идеальной формы, которые потом чем-то вдребезги разбило, и теперь из них во все стороны торчат радиальные игольчатые осколки. Изредка встречалась хондра, не имевшая заметной кристалллической структуры и через поляризационный фильтр выглядевшая черным как смоль непрозрачным кружком. Такие хондры целиком состояли из однородного стекла, внутри которого не было никаких кристаллов.

Хондры сейчас являются основным предметом моих собственных космохимических исследований – у меня к ним слабость. Текстуры, которые в XIX веке наблюдал Сорби, в точности такие же, какие я вижу в хондрах сегодня; некоторые описания моих образцов практически идентичны описаниям Сорби. Когда я читаю их, мне кажется, что речь идет о тех же шлифах, с которыми я сейчас работаю у себя в лаборатории, хоть меня и отделяет от него целое столетие.

Сорби заключил, что хондры образовались из расплавленного камня: каждая крошечная космическая бусинка представляет собой микрокосм магматических кристаллов. Их магматическая текстура означает, что когда-то они были жидкими, а то, что практически в каждой хондре присутствует стекло, подсказывает, что расплавленные хондры быстро остывали (но не настолько быстро, чтобы рост некоторых кристаллов полностью прекратился). Тепло играло важнейшую роль в истории хондр.

Сорби заметил также, что, несмотря на необыкновенно разнообразные внутренние текстуры, все хондры, независимо от их геологической кристаллической структуры, более или менее круглые. Из этого простого наблюдения вытекало важнейшее следствие: хондры должны были образовываться как самостоятельные единицы, и слипаться в астероиды они могли только после того, как остыли и превратились в твердые каменные бусины. Если бы они были тесно связаны друг с другом (как сейчас), когда они еще были жидкими, они бы сплавились воедино и вдавились друг в друга, образовав бесформенную мозаику из деформированных зерен. На деле же они, как ни посмотри, остались круглыми. Значит, когда-то они оказались отделенными друг от друга и совершенно не касались друг друга, когда были еще горячими и расплавленными. Своими выводами Сорби поделился с научным сообществом в марте 1877 года; он, в частности, заметил, что «частицы, составляющие метеориты, были изначально индивидуальными стекловидными глобулами, подобными каплям огненного дождя».1

Выводы Сорби оказались абсолютно верными. Хондры были когда-то индивидуальными капельками расплавленного камня, свободно носившимися в толще протопланетного диска.

Предтечи

Вещество, нагретое и сплавившееся воедино, образовав хондры, вероятно, существовало в форме миниатюрных скоплений мелкой пыли: можно представить себе огромные облака мельчайших космических пылинок, плавающие в протопланетном диске.

Когда родительский фрагмент магматической каменной породы (такой как хондра), находившийся изначально в расплавленном состоянии, остывает, атомы этой жидкости сцепляются и образуют новые кристаллы. Новообразованные минералы кристаллизуются в предсказуемой и химически упорядоченной последовательности: сначала растет один тип минерала, за ним другой, затем еще один – в устойчивой прогрессии. В хондрах, однако, иногда встречается минерал, который из этой последовательности полностью выпадает. Химически эти странные минералы не принадлежат последовательности остальных кристаллов и стекла, поэтому они ни в коем случае не могли кристаллизоваться внутри хондр. Это посторонние объекты, каким-то образом проникшие внутрь кристаллических бусин.

Единственное возможное объяснение присутствия «неправильных» минералов внутри хондр заключается в том, что это сохранившиеся частицы вещества, предшествовавшего хондрам: остатки пылевых комочков, малых частиц первичной туманности, которые переплавились и спеклись воедино в процессе формирования хондр. Это реликтовые остатки пыли, из которой сконденсировались хондры: тепловой вспышки и высоких температур, действие которых ввергло пылевые комочки в череду огненных превращений, оказалось недостаточно, чтобы расплавить их полностью. И они сохранились до наших дней.

Остаточное космическое вещество

Оказалось, что хондры различаются по своему изотопному составу. Чуть ли у не каждого элемента можно найти странные и отличающиеся друг от друга смеси изотопов: у кислорода, хрома, титана, серы, вольфрама, да и у редко встречающихся элементов, таких как молибден и барий. Изотопный состав хондр выглядит хаотично, а это значит, что они должны были образоваться в разных частях протопланетного диска.

Признаки того, что они могли сформироваться в совершенно разных частях диска, есть даже у хондр, взятых из одного и того же метеорита: хаотические турбулентные потоки, в которые попадали хондры, вероятно, уносили их очень далеко от мест их первоначальной кристаллизации. Прежде чем они смешивались друг с другом, они могли быть унесены на сотни миллионов километров от мест их зарождения – и вот сегодня они лежат бок о бок, касаясь друг друга, на метеоритном шлифе.

После остывания и кристаллизации новообразованные хондры стали частью пылевого облака и наряду с другими космическими осадочными породами, такими как CAI, коллапсировали, формируя планетезимали. Многие хондры участвовали в образовании планет. Сорби отметил и это: «метеориты – это остаточное космическое вещество, не вошедшее в состав планет».

В широком смысле крошечные сферические каменные бусинки, из которых по преимуществу состоят хондриты, и являются главными «строительными кирпичиками» планет. Удивительное открытие космохимии заключается в том, что каменная глыба Земли была в основном сложена из этих магматических бусин размером с маковое зернышко. Миллионы миллионов миллиардов миллиардов хондр слились, чтобы построить планету размером с Землю. В процессе формирования Земли они, конечно, были уничтожены разрушительным действием тепла, но хондры, из которых образовались нерасплавленные астероиды, вопреки всему выжили. Мы находим их сегодня в хондритах.

Если бы в протопланетном диске отсутствовала пыль (в форме CAI и хондр), в нем не могли бы появиться планеты; без этих «строительных кирпичиков» их было бы не из чего построить. А из этого с необходимостью следует, что по крайней мере некоторые из космических осадочных пород, в том числе хондры, должны быть старше планет. Таким образом, получается, что крошечные магматические шарики, плотно уложенные внутри обыкновенных хондритов, предшествовали Земле, а значит, исследуя их геологические характеристики, мы сможем узнать что-нибудь о предыстории нашей материнской планеты.

Для определения возраста Земли даже по одному изотопному анализу Клеру Паттерсону нужно было много метеоритного вещества. Точно измерить возраст индивидуальных частиц космических отложений размером с маковое зернышко – таких как CAI или хондра – в 1950-х было невозможно. Но это возможно сейчас. В ходе наших исследований космических осадочных пород мы выяснили, что CAI – это самые старые из датированных камней, и использовали их возраст для определения возраста Солнечной системы. А что же хондры? Где их место на этой шкале?

Из трех с лишним десятков хондр, возраст которых определен по урановым изотопным часам^2, ни одна не оказалась старше CAI. Впрочем, несколько имеют тот же возраст, а это значит, что некоторые хондры начали формироваться одновременно с CAI. Но все CAI, по-видимому, сконденсировались в одно и то же время, тогда как разброс возрастов хондр огромен.

Возраст самых старых хондр такой же, как и у всей Солнечной системы, – 4 567 миллиардов лет; самые молодые образовались миллионов на пять лет позже. Пять миллионов лет! За этот короткий отрезок времени практически вся пыль – весь каменный строительный материал Солнечной системы, из которого слепились планетезимали и планеты, – уже пошла в дело, и «фабрика хондр» прекратила работу. В масштабе наших двадцатичетырехчасовых «геологических суток» вся пыль сформировалась за первые девяносто секунд. После этого ничего нового уже не появлялось; вещество только перерабатывалось, образуя планетезимали и планеты.

На протяжении пяти миллионов лет облака свежеспекшихся хондр сбивались в рои, которые продирались сквозь толщу протопланетного диска в виде масс ярко светящихся капелек раскаленной лавы. После нескольких дней пребывания в расплавленном состоянии каждая хондра остывала и затвердевала в виде крохотного магматического микрокосма кристаллов. При остывании раскаленные облака хондр тускнели. Вместе с CAI и другими зернами космических осадочных пород хондры слипались и образовывали плотные сгущения, из которых в конце концов формировались первые каменные миры. Триллионы триллионов хондр, число которых намного превышало количество звезд в наблюдаемой Вселенной, затягивались по спирали в гравитационные воронки и, слипаясь, давали начало астероидам и планетам. Каким необыкновенным должно было выглядеть это зрелище! И когда последние остаточные пылевые массы туманности поглощались каменными телами, обращавшимися вокруг Солнца, последние хондры выпадали на их новообразованные каменные поверхности подобно каплям огненного дождя.

К тому моменту, как образовались эти последние хондры, эра туманности завершилась. Солнечная система прошла череду превращений от бесформенного газового облака до плоского диска, способного породить полномасштабные планеты. Первая глава истории нашей Солнечной системы – от газа к пыли – оказалась короткой.

Многие хондры стали частью планет, которые сейчас украшают наше ночное небо. И почва у нас под ногами тоже в значительной степени обязана своим существованием маленьким, с маковое зернышко, шарикам застывшего камня.

Давняя тайна

Тот факт, что хондры образовались в результате спекания крохотных пылевых шариков солнечной туманности, наводит на вопрос: что же в первую очередь было причиной расплавления этих пылинок? Это один из вызывающих долгие споры «вечных вопросов» космохимии.

Еще когда Сорби исследовал характеристики хондр в изготовленных им шлифах обыкновенных хондритов, он безуспешно задавался вопросом о том, как эти хондры образовались. Своими затруднениями он делился с коллегами: «ни своими очертаниями, ни внутренней структурой [хондры] не дают никакой положительной информации касательно способа, которым они были образованы».

Он понимал, что они должны были однажды возникнуть в результате сильнейшего нагрева в чем-то вроде раскаленной атмосферы при «весьма специальных физических условиях». Если не считать планет, которым еще только предстояло родиться, рассуждал Сорби, единственным местом в Солнечной системе, где существовала температура, необходимая для превращения каменных пылевых частиц в расплавленные капельки, было Солнце. К тому времени, когда Сорби проводил свои микроскопические наблюдения небесных камней, телескопические наблюдения Солнца уже выявили вспышки, происходящие на его поверхности. Некоторые из этих вспышек были достаточно мощными, чтобы выброшенные потоки солнечного вещества достигли Земли, многократно превосходя ее по размерам. Сорби предположил, что такие солнечные взрывы могли выбросить свежесформированные хондры с солнечной поверхности и унести их в область планет.

Примечательно, что, хотя в то время Сорби не мог знать того, что нам известно сейчас, он случайно дал верное описание образования CAI. Сегодня мы знаем, однако, что в хондрах смесь изотопов кислорода совершенно не похожа на то, что мы видим на Солнце. Поэтому образование хондр вблизи Солнца исключено. Они должны были возникнуть вдали от молодой звезды, в глубинах вращающегося протопланетного диска, ближе к областям, где формировались планетезимали.

Что же внутри туманности могло разогреть пыль до температуры, превышающей ее точку плавления – вдали от Солнца, на холодных окраинах протопланетного диска? Что расплавило пылинки-предшественницы, из которых спеклись хондры? Какой непостоянный источник тепла мог превратить пылевые уплотнения в облака расплавленных огненных капелек?

Этого никто не знает.

Образование хондр – один из самых трудных и запутанных вопросов, связанных с природой метеоритов. Как именно маленькие хлопья пыли в протопланетной туманности превращались в капельки расплавленного камня, остается тайной. Но есть несколько правдоподобных догадок.

Мы знаем, что в огромных межзвездных туманностях, в которых образуются звезды, им случается и гибнуть. Массивные звезды заканчивают свою короткую жизнь грандиозными взрывами. Мы знаем, что и наша Солнечная система образовалась в окрестности звезды, которую постигла эта участь. И возможно, именно ударные волны от близкого звездного взрыва, смявшие протопланетный диск, и вызвали быстрый нагрев пылинок-хондр. Если это так, то получается, что смерть звезды могла запустить процесс рождения планет.

Мы знаем и то, что протопланетный диск местами содержал невероятно плотные скопления пыли. Когда крохотные хлопья пыли терлись друг об друга в процессе орбитального движения вокруг Солнца, они могли накапливать небольшой заряд статического электричества (как если бы вы потерлись головой о воздушный шарик, ваши волосы приобрели бы статический заряд и встали дыбом). При накоплении достаточно большого электрического заряда могли возникнуть значительные нарушения электростатического равновесия, которые могли разрешаться появлением грандиозных электрических разрядов. Каскады молний, пробиваясь сквозь пыль, могли оказаться достаточно мощными, чтобы расплавить ее и образовать хондры. Вспышки этих молний на короткое время освещали бы темные внешние области Солнечной системы, а на пути распространения разрядов оставались бы светящиеся капельки расплавленной пыли.

Возможно, однако, что процесс быстрого разогрева пыли был совершенно иным. Нет никаких разумных причин сомневаться в том, что планетезимали, обращающиеся вокруг Солнца, существовали почти сразу после образования Солнечной системы: скрытые в железных метеоритах атомные часы, по которым мы определяем время плавления планетезималей, указывают на то, что они сформировались в пределах одного миллиона лет после CAI («час ноль»). Может быть, именно в этих рано образовавшихся планетезималях, первых каменных мирах Солнечной системы, проносившихся сквозь облака пыли и вспарывавших их, как вспарывает воду форштевень океанского корабля, и произошло быстрое нагревание частиц, предшествовавших хондрам.

Мы рассказали лишь о трех из множества моделей, описывающих происхождение хондр. Каждая такая идея успешно объясняет многие характеристики хондр, но ни одна не способна охватить их все. Похоже, что в реальности все сложнее и хондры образовывались несколькими различными путями.

Чтобы раз и навсегда раскрыть секрет хондр, нужен комплексный подход, научное мировоззрение, построенное на объединении многих различных дисциплин. Вопрос о том, как возникли эти крошечные каменные шарики, первым поставил геолог XIX столетия, но традиционных инструментов геологии, по-видимому, оказалось недостаточно, чтобы на этот вопрос ответить. Затем космохимики попытались продвинуться дальше, пользуясь своими сложными аналитическими методами, но и это не помогло. Сегодня в игру вступили экспериментаторы – они моделируют условия образования хондр в своих лабораториях, тщательно имитируя параметры среды, существовавшей в протопланетном диске. Проблему пытаются решить физики и математики: на мощных компьютерах они моделируют условия внутри протопланетного диска. Подстраивая в своих программах те или иные параметры туманности, они пытаются воссоздать процесс образования хондр в виртуальном мире.

За редкими исключениями хондры преобладают в текстуре всех хондритов. И так как мы приходим к выводу, что они являются основным строительным материалом большинства метеоритов, которые, в свою очередь, произошли от астероидов, то приходится, продолжая эту мысль, заключить, что они играли такую же роль и в образовании планет. Именно они были ключевым элементом этого процесса. По всем признакам 4,6 миллиарда лет назад, когда Солнечная система находилась в процессе конденсации, хондры роились в ней повсеместно, от раскаленных недр внутренней Солнечной системы до ее ледяных окраин. Они были буквально повсюду.

И все же на сегодняшний день тайна происхождения хондр – это огромный провал в нашем понимании процесса образования планетезималей, а в конечном счете и планет. Мы далеки от конкретного ответа на вопрос о том, как возникли эти крошечные каменные бусинки. Как именно микроскопические пылевые уплотнения спекались воедино под воздействием тепла? Здесь в нашей истории Солнечной системы зияет дыра. И хоть отчасти (а скорее всего, в основном) эта загадка касается хондр, она мешает представить себе раннюю историю формирования и всего нашего дома, планеты Земля. Но я уверен, придет день, когда хондры выдадут нам свою тайну

В истории науки часто случается, что ответы на «вечные вопросы», понимание того, что долго не поддавалось описанию, приходят неожиданно. Новые парадигмы подчиняют себе целые научные дисциплины внезапно, почти без подготовки. Кто всего два столетия назад мог бы подумать, что в падающих с неба камнях таится столько секретов? Кто мог предвидеть, что мы прочтем в них историю невероятно далекого прошлого? И, без сомнения, еще гораздо больше таких секретов и историй пока остаются от нас скрытыми.

* * *

В начале 1960-х, почти через сто лет после того, как Сорби впервые описал сферические кристаллические продукты быстрого нагрева, благодаря хондритам было сделано еще одно неожиданное открытие. Странные объекты, настолько маленькие, что их не могли увидеть Сорби и его современники, уносят нас в прошлое гораздо более далекое, чем время образования хондр и CAI. По сути, они рассказывают о том, что было задолго до появления Солнечной системы.

Проникая вглубь структуры небесных камней, космохимики сумели прикоснуться к породам, возникшим далеко за пределами Солнечной системы.

7. Звезды под микроскопом

Почти все девяносто с лишним химических элементов, из которых состоят все тела во Вселенной – от деревьев, камней, астероидов до целых планетных систем, – обязаны своим существованием происходящим в природе ядерным реакциям. На атомном уровне все они идут внутри звезд. Мы называем этот процесс «нуклеосинтезом». Химия родилась в недрах звездных «плавильных тиглей».

Влияние звезд неразрывно связано с историей Солнечной системы, и характер этой связи выходит далеко за пределы созданных человеком и сосредоточенных на человеке религий и мифов. Мы сейчас видим глубочайшие корни нашей истории не в очертаниях созвездий и не в обитающих на небе божествах, а в свете отдельных звезд, попадающем в поле зрения телескопов. А отдельные главы этой истории записаны и в падающих с неба камнях.

Простое начало

Примерно 13,9 миллиарда лет назад произошел Большой взрыв, давший начало Вселенной. Это событие было началом всего. Как геологическая история Земли составляет всего лишь отдельный сюжет из истории Солнечной системы, так и вся история Солнечной системы – лишь маленький сюжет огромной истории Вселенной.

В первые доли секунды своего существования рождающаяся Вселенная была просто морем субатомных частиц: протонов и нейтронов, составных частей атомного ядра. На протяжении первой минуты или около того протоны и нейтроны были независимыми частицами. Поэтому можно сказать, что в это время существовал лишь один-единственный химический элемент: водород.

Несущие в себе гигантскую энергию колоссального первичного взрыва, протоны и нейтроны какое-то время оставались независимыми, непрерывно соударяясь и отскакивая друг от друга в сложном танце субатомных столкновений. Но по мере того, как Вселенная расширялась и остывала, ударные взаимодействия между протонами и нейтронами ослабевали, и ядерные силы начали связывать их друг с другом. И через несколько минут ядерные частицы стали объединяться, образуя новую форму вещества. Появился элемент номер два – гелий.

За пятнадцать минут после Большого взрыва расширяющаяся Вселенная остыла в 100 миллионов миллионов миллиардов раз. Ядерные реакции между протонами и нейтронами прекратились, а с ними и создание новых элементов. На этот момент химический состав Вселенной установился в пропорции «три четверти водорода и одна четверть гелия» (с несущественно малой добавкой лития). Таким он и оставался еще 200 миллионов лет. Если бы в те времена кто-нибудь составил Периодическую таблицу элементов, в ней было бы всего две клетки. Поначалу водород и гелий существовали в виде газовых волокон, заполняющих новорожденную Вселенную, настолько разреженных, что их едва ли можно было бы вообще заметить. Повсюду было холодно и абсолютно темно – ведь никаких звезд еще не возникло. Свету и теплу неоткуда было взяться.

По прошествии 200 миллионов лет газовые уплотнения, состоящие из водорода и гелия, начали сбиваться в облака. Вещество в первых туманностях накапливалось медленно. Внутри них не было звезд, и поэтому первоначальные туманности не светились, как сейчас. Но зародыши маленьких звезд уже появились. Скопления газа под действием собственного тяготения начинали коллапсировать – сжиматься к центру; в них образовывались плотные шары, окруженные вращающимися дисками из газовых волокон. В центрах этих шаров температура и давление достигали таких огромных значений, что там запускались реакции слияния атомных ядер – гигантские газовые сферы начинали светиться. Так родились первые звезды. Вселенная наполнилась светом. Закончилась долгая эпоха тьмы и началась эра звездного света.

А в газовых дисках вокруг первых звезд стали конденсироваться первые планетные системы. Однако древние солнечные системы были мало похожи на систему планет, в которой мы живем. Ведь во всей Вселенной пока было только два элемента – водород и гелий, и в протопланетных дисках при их остывании не могло образоваться никакой пыли. Конденсация минералов «от газа к пыли» была невозможна. Химии во Вселенной пока не существовало, не могло быть и камней. Первые планеты были чисто газовыми.

Но все медленно менялось.

Космические тигли

Наше Солнце – звезда средних размеров. И все же она весит ни больше ни меньше, как два миллиона миллиардов миллиардов миллиардов килограммов. При таких массах гравитационные поля звезд приобретают колоссальную силу, и вес огромного количества водорода и гелия, из которых состоит звезда, приводит к тому, что в центрах звезд давление и температура достигают поистине астрономических значений. Здесь, в ядрах звезд, атомы водорода соединяются, образуя гелий в результате цепочки ядерных реакций. И за миллиарды лет элемент номер один постепенно переплавляется в элемент номер два.

При этих реакциях выделяются огромные количества энергии. Итак, причина свечения звезд – создание новых элементов. Именно поэтому Земля купается в теплом солнечном сиянии, а не осталась холодным мертвым миром. Солнце – ядерный реактор, дающий жизнь.

По мере того как водород в ядре звезды медленно расходуется, накопившийся гелий начинает тормозить реакции слияния ядер – как пепел и зола мешают гореть костру. В конце концов, водородное «топливо» заканчивается, и реакция ядерного горения прекращается. Генератор звездной энергии на короткое время «глохнет», и звезда, неспособная сдерживать гравитационный напор собственной массы, сжимается.

Свежий водород из внешних слоев звезды поступает в окрестности ее заполненного гелием ядра и, будто сухой хворост, сваленный на тлеющие угли, вновь загорается. Теперь звезда состоит из раскаленного гелиевого ядра, окутанного пылающей оболочкой водорода, в которой идет термоядерное горение. Не производящее больше энергии ядро сжимается еще сильнее, и температура в нем растет. Внешние слои звезды под действием мощных тепловых потоков, идущих из ее глубины, начинают расширяться в окружающее пространство, и звезда раздувается до размеров, в сотню раз превышающих первоначальные.

Такая судьба ждет наше Солнце. Примерно через пять миллиардов лет оно израсходует все водородное топливо в своем ядре и раздуется, заполнив собой всю нынешнюю внутреннюю Солнечную систему. Внутри него окажутся Меркурий, Венера, и даже Земля.

Между тем оболочка горящего водорода вокруг ядра неуклонно превращается в гелий, и горение снова начинает задыхаться под слоем гелиевого пепла. Заполненное этим пеплом ядро медленно увеличивается в размерах и из-за этого еще больше сжимается и разогревается. В конце концов температура гелия достигает такой величины, что в нем тоже происходит внезапная вспышка термоядерного горения. Теперь ядро излучает в миллиард раз больше энергии, чем раньше – в нем опять идут термоядерные реакции. Ядра элемента номер два, гелия, соединяются по три и по четыре, образуя элементы номер шесть и восемь – углерод и кислород.

И по мере того, как первые звезды Вселенной проходят эти стадии своего развития, в мире постепенно появляется химия.

Но наконец охваченное гелиевым горением ядро в свою очередь начинает задыхаться под слоем углеродного и кислородного пепла и снова затухает. Происходит второй коллапс. В неуклонно сжимающемся ядре средней по размерам звезды температура и давление так и не возрастают до критических точек, при которых загораются углерод и кислород, – такие ядра затухают навеки.

Яростный рост температуры в коллапсирующем углеродно-кислород-ном ядре приводит к тому, что внешние оболочки звезды сбрасываются в пространство. Кажется, что звезда со слабым вздохом разлетается в разные стороны. Реакции ядерного горения полностью прекращаются по всей толще звезды – и это конец ее длившейся десять миллиардов лет жизни. Мощные пульсирующие выбросы массы уносят светящиеся облака водорода и гелия в межзвездное пространство. Из них рождаются новые туманности, в которых газ рано или поздно снова собирается в уплотняющиеся коконы, а из них образуются новые звезды. В бесконечной череде космических возрождений вокруг некоторых из них возникнут новые солнечные системы.

После кислорода

Звезды, более массивные, чем Солнце, не гаснут, когда их ядра заполняются углеродом и кислородом. Масса этих звезд так велика – ее огромная тяжесть создает настолько высокое давление в центре звезды, что температура там обеспечивает дальнейшее термоядерное горение. Его реакции захватывают ядра все более и более тяжелых элементов, поднимаясь ко все более высоким номерам Периодической таблицы. Каждый раз, когда «горючее» в ядре звезды истощается и реакции затухают, коллапс ядра вновь повышает его температуру и давление – и термоядерный костер, в котором «зола» вдруг превращается в «хворост», вновь разгорается адским пламенем. В этом пламени друг за другом продолжают образовываться все более тяжелые элементы.

Гелиевые ядра сливаются с кислородом, образуя десятый элемент – неон. В центральной области звезды накапливается тяжелая неоновая «зола», происходит очередное сжатие, и начинается горение неона. Теперь ядра гелия соединяются с неоном и образуют элемент номер двенадцать – магний. В каждой отдельной термоядерной реакции выделяется очень малое количество энергии, но так как звезды – гигантские космические тела, общее число реакций в секунду огромно, и этой энергии хватает на разогрев всей массы звезды. Горение магния порождает элемент номер четырнадцать – кремний; кремний дает шестнадцатый элемент, серу; из серы получается элемент номер восемнадцать – аргон. Затем друг за другом идут элементы с номерами двадцать, двадцать два и двадцать четыре – кальций, титан и хром.[17]

К определенному моменту в недрах массивной звезды образуется целый букет различных элементов. Но весь этот химический коктейль – от водорода до хрома – заперт глубоко под поверхностью звезды и никак себя не проявляет. Для того чтобы свежесинтезированные элементы смогли образовать вещество – молекулы, минералы, метеориты, живых существ – они должны покинуть недра материнской звезды.

В самых массивных звездах – тех, что в восемь или более раз тяжелее Солнца – настолько огромные температуры и давления, что ядерное горение в них позволяет подняться по Периодической таблице до еще более тяжелых элементов. В конце концов, в ядре звезды начинается «кремниевое горение» и синтезируются элементы с номерами двадцать шесть и двадцать восемь – железо и никель. И это – начало конца. Ни один из этих элементов не вступает в реакции ядерного горения. Тепловая машина в сердце звезды постепенно останавливается. После яркого горения в течение нескольких миллионов лет, кремний напоследок вспыхивает с необыкновенной силой и яркостью. Но эта вспышка длится лишь один день. Сфера из свежесинтезированных железа и никеля в звездном ядре быстро вырастает до размера земного шара.

Затем происходит космический катаклизм – звезда взрывается.

Неустойчивое ядро больше не производит энергию, которая могла бы уравновесить колоссальную силу тяготения, стягивающую массу звезды к центру, и коллапсирует. Как при развивающемся в обратной последовательности ядерном взрыве, ядро звезды за одну секунду сжимается от размера Земли (примерно 13 000 километров в поперечнике) до какой-то сотни километров (размеры графства Йоркшир). Внешние слои звезды, которые теперь не имеют никакой опоры, тоже обрушиваются к центру.

В течение этой секунды, за которую звезда катастрофически сжимается, ее коллапсирующие слои ускоряются до четверти скорости света – 75 ООО километров в секунду. Это вряд ли возможно даже вообразить. А в центре звезды температура поднимается до 100 миллиардов градусов. И тогда происходит нечто почти абсурдное: падающие к центру слои вещества отбрасываются назад от схлопнувшегося ядра, порождая колоссальную ударную волну.

Такие катаклизмические звездные взрывы мы называем вспышками сверхновых. На короткое время эти вспышки могут становиться ярче целых галактик.

Массивная звезда, освобожденная от связывающих ее мощных сил собственного тяготения, разрывается на части. При ее разрушении высвобождается невероятное количество энергии. В течение нескольких дней или недель сверхновая сияет как 100 миллиардов Солнц. Взрыв сверхновой – одно из самых грандиозных явлений в видимой Вселенной.

Ударные волны выбрасывают в окружающее пространство весь богатый ассортимент химических элементов, накопленный в недрах звезды в ходе ядерных реакций – от водорода до железа и никеля. Длинные тонкие волокна и протяженные облака раскаленного газа разлетаются от места взрыва сверхновой, как причудливые клочья разноцветных тканей, украшая собой океан межзвездного пространства.

А в эпицентре взрыва сверхновой остается то, во что превратилось прежнее ядро звезды. Сила гравитационного поля сколлапсировавшего ядра так велика, что электроны втискиваются в протоны атомных ядер и образуются нейтроны. Все, что остается на этом месте, – быстро вращающийся остаток звездного ядра, полностью состоящий из нейтронов. Давление в нем огромно – он сжимается в шар диаметром около десяти километров и такой плотности, что кусочек его вещества размером с яблоко имеет такую же массу, как тридцать кубических километров камня. Мы называем такие звездные останки размером с город «нейтронными звездами» – и они принадлежат к числу самых экстремальных и экзотических объектов в известной нам Вселенной.

Возрождение

В гибели звезды нет никакой трагедии. Нет смысла оплакивать свет, вечно распространяющийся во Вселенной.

Самое первое поколение массивных звезд выбросило в космос образовавшуюся в их недрах смесь ядер различных тяжелых химических элементов, а звездные ветры и ударные волны сверхновых разнесли их на большие расстояния и обогатили ими окружающее межзвездное пространство. Межзвездные туманности, изначально состоявшие только из водорода и гелия, тоже обогатились этими химическими добавками. Так возникла космохимия.

Атомы, образовавшиеся в недрах звезд первого поколения, смешались с веществом туманностей и вместе с ним коллапсировали, формируя новые солнечные системы. Их затягивали в себя завихряющиеся воронки облаков, которые сжимались под действием собственной тяжести. Обильно обогащенные новыми элементами, эти туманности обладали теперь большим химическим потенциалом. Облачные водовороты становились плоскими и образовывали медленно остывающие протопланетные диски. В отличие от первого, новое, второе поколение протопланетных дисков содержало целый набор элементов Периодической таблицы, и камни, формирующиеся из этой химически обогащенной смеси, несли в себе хронику геологической истории миров.

Так элементы, образовавшиеся в недрах массивных звезд, постоянно перерабатывались в новые формы вещества в недрах новорожденных солнечных систем. Крохотные каменные пылинки вроде CAI и хондр, как микроскопические фениксы, возродились из пепла потухших звезд. Они и стали первыми камнями во Вселенной, с них началась ее геологическая летопись. Хлопья пыли первоначальной туманности слипались, образуя планетезимали, кометы и в конце концов планеты, – как это произошло и в нашей Солнечной системе 4,6 миллиарда лет назад. Ядерное горение в сердце массивных звезд – основа всей геологии. Без него во Вселенной так и не было бы ничего, кроме водорода и гелия.

Множество элементов из всех частей Периодической таблицы, встречающееся в Солнечной системе, подтверждает: она, по крайней мере отчасти, образовалась из останков погасших звезд. Как ни много лет существует Солнечная система, ее возраст не может даже сравниться с возрастом Вселенной. Прежде чем наша материнская туманность начала сжиматься, звезды уже более девяти миллиардов лет обогащали Вселенную тяжелыми элементами, оплодотворяя ее множеством новых атомов гораздо более сложных, чем гелий.

В 1970-х космохимики из Калифорнийского технологического института (знаменитого «Калтеха») исследовали гигантские CAI, гнездившиеся в только что упавшем метеорите Альенде. Виртуозная работа ученых привела их к совершенно неожиданному открытию аномального избытка 26Mg, тяжелого изотопа магния. Магний-26 – продукт распада нашего старого знакомого, короткоживущего радиоизотопа алюминия-26 (26Al), распад которого и расплавил первые астероиды. И единственное объяснение обнаруженных небольших избытков 26Mg заключалось в том, что во времена формирования Солнечной системы в ней существовал «живой» 26Al.

Открытие короткоживущих радиоизотопов вроде 26Al однозначно свидетельствует, что непосредственно перед коллапсом наша материнская туманность была «оплодотворена» звездными выбросами. Время между синтезом 26Al в недрах звезды и его внедрением в нашу протопланетную туманность было коротким – не больше нескольких миллионов лет. В противном случае к тому времени, как звездный алюминий добрался бы до нашей туманности, весь он уже превратился бы в магний-26.

История 26Al развивалась стремительно: синтез в недрах умирающей звезды – выброс в межзвездное пространство и полет сквозь него – перемешивание с нашей коллапсирующей туманностью – включение в состав CAI и первых астероидов.

Вокруг рождающейся Солнечной системы, как петарды, взрывались гигантские звезды, сбрасывая в пространство свои богатые тяжелыми элементами внешние слои. Яростные звездные ветры с поверхностей еще не взорвавшихся звезд тоже уносили с собой рои синтезированных атомов и радиоизотопов, и потоки этого ветра выдували внутри окружающих туманностей гигантские гроты и пещеры, похожие на готические соборы. Туманности дробились на турбулентные области повышенной плотности; возмущения плотности в толще газа приводили к появлению сгустков, в которых начинали действовать силы гравитации. Возможно, именно эти ветры, «дующие» от погибающих звезд, и были основной причиной коллапса туманностей.

Начавшийся коллапс уже ничто не могло остановить. В нем зарождались новые звезды и протопланетные диски, оплодотворенные космохимической смесью тяжелых элементов. По крайней мере в одном из таких дисков – в нашей Солнечной системе – и появились скопления химических молекул, способные разгадать и понять свою собственную историю.

* * *

Элементы до железа[18] включительно образуются в пылающих недрах массивных звезд в процессе ядерного горения. Но тогда возникает важный вопрос: откуда же берутся еще более тяжелые элементы?

Даже поверхностный химический анализ любого метеорита – да и просто любого камня – обнаруживает присутствие элементов из всех частей Периодической таблицы. Многие из них гораздо тяжелее железа, атомный номер которого всего лишь двадцать шесть. На Земле самый тяжелый из встречающихся в природе химических элементов – элемент номер девяносто два, уран. Ни один из шестидесяти шести элементов между железом и ураном – включая такие распространенные, как мышьяк (номер тридцать три), серебро (сорок семь) и свинец (восемьдесят два), – не мог быть «сварен» в звездных ядерных печах. Значит, в звездах действуют какие-то процессы, параллельные термоядерному синтезу.

Туманность, в результате коллапса которой образовалась наша Солнечная система, миллионы лет обогащалась огромным количеством химических элементов, выброшенных многими давно погибшими звездами. Элементы тяжелее железа синтезируются в звездах двумя путями: посредством названных без особой изобретательности «медленного» и «быстрого» процессов. Оба процесса развиваются похожим образом, но на совершенно различных временных масштабах; некоторые элементы – точнее, некоторые изотопы некоторых элементов – могут образоваться в результате обоих процессов, другие же образуются исключительно в результате какого-то одного из них. И выходит так, что в Солнечной системе в бюджет элементов тяжелее никеля каждый из этих процессов вносит одинаковый вклад.

Как медленный, так и быстрый процессы образования тяжелых элементов основаны на том, что к атомным ядрам присоединяются нейтроны. Оба процесса требуют присутствия химического «посева» – заранее обеспеченного в недрах звезды запаса тяжелых элементов. Этот синтез не мог осуществляться в первом поколении звезд, состоявших из чистого водорода и гелия, – он происходит только в звездах, коллапсировавших из вещества туманностей, уже оплодотворенных хотя бы малыми добавками тяжелых элементов.

На первый взгляд идея рождения новых элементов посредством добавления нейтронов выглядит контринтуитивно – в конце концов, ведь принадлежность атомного ядра к тому или иному элементу определяется именно числом протонов, а не числом нейтронов в нем. В сложном и запутанном царстве химии нейтроны выглядят сторонними наблюдателями – они влияют только на массу атома. Но именно они порождают у большинства элементов семейства разнообразных изотопов.

Способность образовывать изотопы одних и тех же элементов позволяет нейтронам порождать и элементы совершенно новые. Как мы убедились в случае с 26Al и на примерах природных атомных часов, не все изотопы устойчивы; при радиоактивном распаде они превращаются в новые элементы, и для этого не требуется включать термоядерную «печь».

Медленный процесс с участием нейтронов

Как и можно было ожидать, медленный процесс рождения тяжелых элементов идет не очень быстро.

Когда ядро звезды начинает задыхаться инертными углеродом и кислородом, в окружающих его оболочках, в которых происходит горение гелия и водорода, обильно вырабатываются нейтроны. Нейтроны – это просто побочный продукт термоядерного горения. И если горящие оболочки слегка сдобрены тяжелыми элементами, например железом, образовавшимся в предыдущем поколении массивных звезд и унаследованным нашей звездой, в ней вполне может начаться медленное образование новых элементов. Каждый раз, когда атому случается столкнуться с одним из таких одиноких нейтронов и когда нейтрон при этом попадает в определенное место атома на определенной скорости, нейтрон и атом сливаются. Вследствие этого массовое число атома увеличивается на единицу и образуется более тяжелый изотоп, хотя сам элемент на некоторое время остается тем же.

Но поглощение нейтронов в звездных оболочках – процесс сложный и длительный. Между встречами одного и того же атома с одиноким нейтроном может пройти от нескольких сотен до тысяч лет (поэтому такой процесс и называют медленным). Но каждый раз, когда это происходит, получаются все более тяжелые изотопы.

Если ядро проглотит больше нейтронов, чем может вместить, оно утратит способность сохранять свою целостность. Тут-то и начинается магия медленного процесса: в неустойчивых изотопах происходит радиоактивный распад. Небольшой избыток нейтронов в атомном ядре приводит к тому, что один из них самопроизвольно разрушается и преобразуется в протон. На месте нейтрона появляется протон – и, так как принадлежность атома к тому или иному элементу определяется именно числом протонов, в результате мы получаем новый химический элемент.

Проходят сотни миллионов лет, и постепенно, шаг за шагом, нейтрон за нейтроном поглощаются ядрами тяжелых элементов в недрах звезды. Каждый раз, когда при этом образуется радиоактивный изотоп, он быстро распадается с увеличением количества протонов на единицу и рождением нового элемента. Один за другим постепенно появляются все более и более тяжелые изотопы, а из них – все более и более тяжелые элементы. Медленный процесс захвата нейтронов разворачивается на всем пространстве Периодической таблицы – в строгой последовательности, от железного предела термоядерного синтеза до висмута, элемента номер восемьдесят два, включительно, друг за другом образуются все ее элементы.

Возьмем для примера железо-56 (56Fe), тот самый предельный элемент ядерного горения. Если звезда содержит полученный от предыдущего поколения гигантов запас атомов 56Fe, он и послужит «запалом» медленного процесса захвата нейронов. Когда атом 56Fe поглощает нейтрон, его атомный номер увеличивается на единицу и образуется 57Fe. Может пройти еще 10 000 лет, пока этот атом не поглотит еще один нейтрон – образуется атом 58Fe. После поглощения третьего нейтрона возникает радиоактивный атом 59Fe, который быстро претерпевает радиоактивный распад с образованием кобальта-59 (59Со). Так, превратив железо в кобальт, элемент двадцать шесть в элемент двадцать семь, звезда преодолевает предел формирования тяжелых элементов при ядерном горении.

Пока звезда странствует по извилистым тропам многовековой космической истории, медленный процесс в ее недрах постепенно захватывает все новые клетки Периодической таблицы, выковывая один тяжелый элемент за другим. И каждый раз, когда последовательные захваты нейтронов заканчиваются радиоактивным тупиком, атом перепрыгивает в следующую клетку Периодической таблицы, и медленно, но неуклонно недра звезды обогащаются все новыми химическими элементами.

Быстрый процесс с участием нейтронов

Если медленный процесс неспешно создает тяжелые элементы почти в каждой звезде, то его стремительный близнец, быстрый процесс, требует вполне определенного набора точно подобранных обстоятельств.

Предел, до которого медленный процесс может производить все более и более тяжелые изотопы того или иного элемента, определяется в основном одним фактором: скоростью радиоактивного распада новорожденного изотопа. У радиоактивного изотопа, возникшего в результате медленного процесса, есть шанс поглотить еще один нейтрон и стать еще тяжелее только в том случае, если он распадается достаточно медленно. На пути быстрого процесса такого барьера не стоит. Дело в том, что в мире звезд встречаются среды с крайне высокой плотностью нейтронов – в каждом кубическом сантиметре объема их содержится примерно 1 000 миллиардов миллиардов. В этих условиях временные ограничения, с которыми встречается медленный процесс, перестают действовать. При таком количестве нейтронов атомные ядра будут поглощать их непрерывно, один за другим на протяжении долей секунды, и успеют распасться прежде, чем к ним добавится очередной нейтрон. Тяжелые ядра быстро распухают до карикатурно больших размеров, превращаясь в ультратяжелые изотопы.

Столь богатые нейтронами звездные среды возникают только при экстремальных ситуациях в звездном мире. В отличие от стабильных и ординарных условий, при которых развивается медленный процесс, эти ситуации во Вселенной мимолетны, а нейтроны в этих плотных роях частиц «живут» всего несколько минут.

Когда интенсивное снабжение индивидуальными нейтронами внезапно прекращается, о быстром процессе напоминает лишь оставшийся после него разнообразный ассортимент ультратяжелых изотопов. Эти уродливые ядра-монстры невероятно неустойчивы и немедленно порождают лавинообразную череду радиоактивных распадов. При каждом из них ядро поднимается вверх по Периодической таблице – образуются все более и более тяжелые элементы. Цепочка радиоактивных распадов продолжается, пока случайно не образуется какой-нибудь устойчивый изотоп; тогда каскад распадов резко прекращается. Все элементы Периодической таблицы тяжелее висмута, до урана включительно, образуются благодаря быстрому процессу в экстремальных звездных «печах». В число этих веществ входят и некоторые из наиболее высоко ценимых нами: элементы сорок семь, семьдесят восемь и семьдесят девять, то есть серебро, платина и золото.

Космохимия издалека

Присутствие в Солнечной системе – как на Земле, так и в метеоритах – богатых нейтронами изотопов, синтезированных в результате

быстрого процесса, доказывает, что наша первичная туманность была «оплодотворена» выбросами из экстремальных нейтронных образований. Но еще долго после того, как в 1950-х впервые была сформулирована гипотеза о быстром процессе,1 никто не мог утверждать, что такие образования в природе могут существовать – это оставалось лишь предметом спекуляций. Ясно было, что для синтеза всей тяжелой части Периодической таблицы требовалось существование невероятно плотной нейтронной среды – но где именно в космосе искать место, один кубический сантиметр которого вмещает тысячи миллиардов миллиардов нейтронов, оставалось загадкой. В нормальных звездах, во всяком случае, это было невозможно.

Главным кандидатом на роль источника изотопов, появляющихся в ходе быстрого процесса, были звездные взрывы: вспышки сверхновых. В эпицентре этих гигантских взрывов, затмевающих своим блеском целые галактики, часто образуются нейтронные звезды – продукт коллапса массивного звездного ядра. Интуитивно представляется, что новообразованная нейтронная звезда вполне может быть местом, в котором происходит быстрый процесс синтеза изотопов.

Однако компьютерное моделирование взрыва сверхновой и математические модели, описывающие физические условия образования нейтронной звезды, неизменно терпят неудачу при попытках воспроизвести синтез изотопов посредством быстрого процесса. Это серьезная проблема. По всей видимости, большинство нейтронов в недрах нейтронной звезды заперты в остатке звездного ядра и не участвуют в продуцировании новых изотопов.

Астрономические наблюдения, которые ведутся уже несколько десятилетий, тоже не помогли внести ясность в этот вопрос. Каскад радиоактивных распадов, заканчивающийся образованием богатого нейтронами нерадиоактивного изотопа, должен сопровождаться выделением огромной энергии, которая должна была бы заставить выброшенное при взрыве сверхновой вещество светиться характерным и предсказуемым образом. Но такого послесвечения, сопровождающего взрывы звезд, ни разу не наблюдалось.

Таким образом, как ни соблазнительно было бы считать сверхновые и их остатки местом, в котором реализуется быстрый процесс, скорее всего, это все же не так. Локализация быстрого нуклеосинтеза и происхождение половины элементов тяжелее железа в Солнечной системе остается окутанным тайной. Однако эта завеса недавно стала приподниматься, и об одном из самых увлекательных и волнующих триллеров современной науки стоит рассказать.

17 августа 2017 года, после продолжавшегося 130 миллионов лет путешествия сквозь межгалактическое пространство, до Солнечной системы дошла рябь пространственно-временной ткани Вселенной. Пройдя сквозь Землю, она со скоростью света отправилась дальше в глубины космоса. Эти малые возмущения пространства-времени, продолжавшиеся около 100 секунд и называемые гравитационными волнами, были одновременно зарегистрированы двумя астрофизическими обсерваториями – Лазерной Интерферометрической Гравитационноволновой Обсерваторией (LIGO) в Вашингтоне (США) и интерферометром Virgo в Кашине (Италия). Эти наблюдения изменили все.

Гравитационные волны можно описать как складочки и морщины, бегущие по ткани пространственно-временного континуума. Они отправляются в путешествие по Вселенной, когда два невообразимо массивных объекта сталкиваются и сливаются друг с другом. Они были одним из ключевых предсказаний общей теории относительности Альберта Эйнштейна (1915), хотя сам Эйнштейн считал, что они слишком слабы, чтобы их когда-нибудь можно было бы зарегистрировать. И вот в 2017 году мы их зарегистрировали.

Гравитационно-волновые детекторы LIGO и Virgo можно назвать гравитационными телескопами. Каждый из них состоит из четырехкилометровой Г-образной трубы со сложной системой лазеров внутри. Такой приемник способен улавливать пространственно-временную рябь размером в одну десятитысячную часть диаметра протона (0,0000000000000000001 метра). Именно такая головокружительная точность нужна для регистрации волн, распространяющихся в «ткани» Вселенной.

Примерно около 130 миллионов лет назад (когда по Земле еще гуляли динозавры) в далекой галактике два сверхплотных звездных трупа – нейтронные звезды – сцепились в смертельном спиральном танце. С бешеной скоростью обращаясь друг вокруг друга, нейтронные звезды постепенно рассеивали свою огромную гравитационную энергию в пространство и в результате медленно сближались.

Дюйм за дюймом они все туже закручивали свою орбитальную спираль, пока вдруг не слились воедино. Последние спазмы их гравитационной энергии разлетелись во все стороны в форме гравитационных волн. Эти волны, результат столкновения нейтронных звезд, мы и зарегистрировали 17 августа 2017 года.

Сразу же после их регистрации астрономическое сообщество всего мира бросилось на поиски той точки на небе, откуда эти волны пришли. И небо откликнулось. Не прошло и одиннадцати часов, как группа астрономов, работавшая на телескопе имени Генриетты Суоп в Чили, нашла их оптический источник.

Две сливающихся нейтронных звезды – каждая с массой больше солнечной и размером с небольшой город – выделили поистине громадное количество взрывной энергии. Выброшенное взрывной волной вещество разлетелось со скоростью в четверть скорости света. Великолепное световое шоу озарило всю Вселенную.

Во всем мире группы наблюдателей, вооружившись как наземными, так и космическими телескопами, начали наблюдательную кампанию, которая длилась несколько месяцев. Было собрано испущенное при взрыве излучение во всех диапазонах электромагнитного спектра – радиоволны, инфракрасный, оптический и ультрафиолетовый свет, рентгеновские и гамма-лучи. В беспрецедентных по охвату наблюдениях уникального небесного фейерверка приняло участие более 3600 ученых со всей планеты.2

В последние секунды своего существования две нейтронные звезды в яростном взрыве разлетелись на части и наполнили окружающее их пространство огромным количеством нейтронов. Выброшенное в результате взрыва вещество было как бы пропитано ими. В дни, последовавшие за взрывом, стремительно разлетавшийся во все стороны нейтронный душ и перегретый газ, конечно, охлаждались, но все же оставались более горячими, чем ожидалось. Что-то явно не давало веществу остыть.

Некоторые изотопы в нем, очевидно, были радиоактивными. Распадаясь, они выделяли энергию в окружающее пространство, не давая выброшенной материи слишком быстро остыть. Отдельные виды атомов в клубящемся облаке разлетающегося вещества, кроме того, поглощали часть испущенного при взрыве излучения, но систематическим и упорядоченным образом: разные химические элементы поглощали свет на строго определенных длинах волн. По этим спектроскопическим «отпечаткам пальцев» астрономы сумели восстановить химический состав выброшенного вещества – в нем оказалось много тяжелых элементов. Даже сейчас, спустя несколько лет после взрыва, астрономы продолжают исследовать спектроскопические характеристики выброса и идентифицировать в нем все новые и новые элементы: например, в конце 2019 года там был найден стронций, элемент номер тридцать восемь, который присутствует в наших костях и зубах.

При одном только этом взрыве в пространство было выброшено сто миллиардов миллиардов миллиардов килограммов тяжелых элементов – примерно 15 000 масс Земли. Из этих 15 000 земных шаров десять состояли из чистого золота – взрыв в буквальном смысле породил это золото и выбросил его в космическое пространство.

Избыток нейтронов; выброс радиоактивных изотопов; тяжелые элементы. Все эти линии сходятся в одной точке: разлетающееся облако было переполнено радиоактивными атомами, образовавшимися при быстром поглощении выброшенных при взрыве нейтронов, и эти атомы тут же распались, породив богатые нейтронами устойчивые изотопы. Астрономы добились своего – они отыскали место рождения половины химических элементов Солнечной системы тяжелее железа и нашли тигель, в котором выплавились все элементы тяжелее висмута. Они нашли место, в котором происходит быстрый процесс нуклеосинтеза.

Теоретическая астрофизика и теория образования метеоритов поставили вопрос о том, где появились эти элементы и изотопы, а открытие гравитационных волн осветило путь к ответу на него.

* * *

Если не считать первичных облаков водорода и гелия, образовавшихся в минуты перед самым Большим взрывом, то можно заключить, что все элементы Периодической таблицы были, в общем и целом, синтезированы внутри звезд[19]. Элементы легче железа появились в ходе термоядерных реакций, а более тяжелые в основном сформировались в результате поглощения нейтронов в ходе медленного и быстрого процессов.

Образовавшиеся элементы выбрасывались в форме газа и пыли в космическое пространство погибшими и умирающими звездами. Так они и попали в состав нашей первичной туманности. То есть атомы, когда-то образовавшиеся в окружении других звезд, смешались в облако, из которого впоследствии возникла наша Солнечная система.

Если не принимать во внимание небольшие локальные различия, Солнечная система удивительно однородна. Да, в холодных периферийных ее областях больше ледяных тел; да, есть отличия и у астероидов, например, в соотношении различных изотопов кислорода. Но эти различия в основном объясняются физической и химической эволюцией протопланетного диска после его коллапса. Любые вариации изотопного состава внутри первичной туманности, отражавшие исходные различия многочисленных звездных источников «строительного материала» для будущей Солнечной системы, были почти полностью стерты в ходе перемешивания туманности перед ее коллапсом. Интенсивное нагревание диска в процессе его образования привело к тому, что почти все испарилось и перемешалось – в том числе и частички пыли, коллапсировавшие вместе с газом. Мы утратили все подробности нашей богатой событиями звездной древности – первичная туманность перед самым образованием CAI, хондр и астероидов, была почти идеально однородна.

Но только почти.

Странные благородные газы

К середине XX века начали появляться указания на странные и экстремальные варианты изотопного состава, встречающиеся глубоко в недрах метеоритов. Одними из первых элементов, у которых наблюдался такой причудливый изотопный состав, оказались благородные газы. Знаменитые своей инертностью гелий, неон, аргон, криптон и ксенон занимают в Периодической таблице крайнюю колонку справа. Они очень мало склонны участвовать в сложных процессах химических реакций и роста кристаллов. Поэтому, когда они встречаются в массе камня, они сами по себе редко встроены в жесткую минеральную структуру. Обычно они ютятся внутри правильных кристаллических структур между составляющими их атомами.

Изотопов у благородных газов много: у гелия (He) их два, у неона (Ne) и аргона (Ar) по три, у криптона (Kr) шесть, а у ксенона (Xe) целых девять. Каждый из них образован в результате особого вида звездного синтеза. Например, пять средних изотопов ксенона – 128Xe, 129Xe, 130Xe, 131Xe и 132Xe – частично взращены на скупом нейтронном пайке медленного процесса, а два самых тяжелых – 134Xe и 136Xe – могли образоваться только в результате быстрого процесса при столкновении нейтронных звезд. Первые странности появились при измерениях ксенона. В середине 1960-х, постепенно нагревая маленькие обломки метеоритов – в частности, хондритов – в вакуумной печи при отсутствии воздуха, космохимики научились разлагать и высвобождать запертые в камне газы, среди которых был и ксенон. Соблюдая все меры предосторожности, они отправляли выделенный ксенон в масс-спектрометр и тщательно измеряли его точный изотопный состав.

Изотопная смесь ксенона, заключенного в метеоритном веществе и освобожденного нагреванием до 900 °C, была непохожа ни на что, доселе измерявшееся в каком-либо камне, из какой бы части Солнечной системы он ни происходил. Хондриты по своей природе представляют собой сочетание бесчисленного количества индивидуальных пылевых частичек, сформировавшихся в протопланетном диске в разное время и в разных местах. И вот в этих метеоритах обнаружился какой-то доселе неизвестный тип космических отложений, где и находился странный ксенон и откуда он выделялся при достижении определенной температуры.

Похожие необычные изотопные аномалии были вскоре найдены и у выделяющегося из метеоритов неона, а следом и у криптона, азота и углерода. Их экзотический изотопный состав требовал объяснения. Ведь в пределах Солнечной системы изменения в соотношении изотопов обычно составляли не более одного процента от одного процента, а здесь отношения отличались от нормы во много сотен раз! В Солнечной системе не было известно химического или физического процесса, который мог бы привести к этим причудливым изотопным составам газов, скрытых внутри хондритов, – особенно если принять, что во время формирования Солнечной системы вещество протопланетной туманности было хорошо перемешано и однородно.

Изотопные иголки в космических стогах сена

Следуя лишь туманным намекам, вытекавшим из странного поведения благородных газов, космохимики начали поиск причины изотопного «чуда». Микроскопы им здесь помочь не могли – сама природа аномальных космических пород была совершенно неизвестной.

Полностью новый подход возник лишь в середине 1970-х, когда космохимики из Чикагского университета отыскали аномальные минеральные зерна в обломках метеорита Альенде. Упавший всего за несколько лет до этого, полный первичных космических осадочных частиц, таких как CAI и хондры, Альенде идеально подходил для решения подобных задач.

Большие фрагменты метеорита Альенде были помещены в химически устойчивые колбы и растворены в самых агрессивных известных кислотах: концентрированной соляной кислоте, дымящейся азотной, смертельно опасной плавиковой и пузырящейся aqua regia (называемой в России «царской водкой»), смеси концентрированных азотной и соляной кислот, знаменитой своей способностью растворять даже золото. В этих невероятно мощных растворителях вещество Альенде распалось на атомы и исчезло, как сахар в горячем чае. Минералы, пережившие 4,6 миллиарда лет истории Солнечной системы, в том числе CAI и хондры, были полностью разрушены.

Но, как это ни поразительно, некоторые минералы устояли даже перед неодолимой силой едких химических веществ.

На дне колбы осталась едва заметная щепотка бледных микроскопических кристаллов, с которыми ничего не смогла сделать мощь концентрированных кислот. Эти зернышки оказались невероятно прочными. Космохимики осторожно слили кислотный раствор из колбы. Оставшийся после этого кристаллический осадок был со всеми предосторожностями собран и помещен в масс-спектрометр, оснащенный печью. Аккуратно повышая температуру странных зерен, космохимики высвободили из них запертые там благородные газы.

Все сошлось идеально. Наноскопические зернышки из метеорита Альенде, не тронутые разъедающей все мощью кислот, и оказались источником странных изотопных смесей. В жертву исследованию пришлось принести большие куски метеорита, но поистине стоило сжечь стог сена, чтобы найти в нем эту иголку! Ведь космохимики наконец выделили ту самую загадочную космическую породу, в которой гнездились изотопные аномалии. В 1980-х кислотным травлением из семейства хондритов – включая Альенде – было изолировано еще больше аномальных зерен, и на этот раз их поместили не в масс-спектрометр, а под объектив мощного микроскопа. Размеры некоторых из таинственных зерен оказались на границе между геологическими и атомными масштабами – всего пять нанометров в поперечнике, в тысячу раз меньше красного кровяного тельца! Но, несмотря на их малость, странные зерна все же были идентифицированы – и их минералогическая природа шокировала космохимическое сообщество. Это были бриллианты. Настоящие космические алмазные кристаллы.

За следующие пять лет ученые изолировали и исследовали еще больше аномальных кристаллических частиц. Были опять получены наноалмазы, а с ними – наноскопические кристаллы графита (неалмазная форма углерода) и карбида кремния (крайне редкий минерал, обнаруживаемый почти исключительно в метеоритах). Все три вида зерен содержали экстремальные смеси изотопов каждого элемента, который был доступен измерению. Продолжая растворять один обломок метеорита за другим, исследователи наращивали запас крошечных вместилищ странных изотопов.

Почему же эти наноскопические кусочки камня так отличаются от «нормального» вещества, из которого состоит вся наша Солнечная система? Что скрывается за их вопиюще аномальным изотопным составом? Ведь в Солнечной системе ни один известный нам процесс – физический или химический – неспособен привести к изотопным аномалиям такого масштаба. В этом и кроется ответ. Да, в нашей Солнечной системе ни один известный процесс не может привести к появлению таких аномалий изотопного состава. Эти зерна не могли кристаллизоваться внутри хорошо перемешанного протопланетного диска, на орбите вокруг молодого Солнца, вместе с CAI, хондрами и другими «нормальными» сгустками космических отложений.

Ответ неизбежен. Эти зерна кристаллизовались в других местах. Они появились близ других звезд. Это кусочки вещества других «солнечных систем», пережившие эпоху образования нашей планетной системы и попавшие нам в руки после того, как 4,6 миллиарда лет оставались внутри метеоритов. Это настоящие частицы звездной пыли.

Звездная пыль

В звездных ветрах, рвущихся с поверхности умирающих звезд, в оболочках, сбрасываемых сверхновыми, в выбросах, происходящих при столкновениях нейтронных звезд, – всюду конденсируются из газа в межзвездную пыль микроскопические частички минералов. Крошечные зерна звездной пыли, унаследовавшие от своих материнских звезд экзотические сочетания изотопов, свойственные термоядерному синтезу, медленному процессу или быстрому процессу, отправляются в долгие странствия по безграничному океану межзвездного пространства, подобно микроскопическим парусникам.

В свой черед некоторые из них в этом странствии набрели на туманность, из которой впоследствии образовалась наша Солнечная система. Множество звездных пылинок смешивалось с медленно закручивавшимися волокнами горячего газа, и еще много миллионов лет плавало в его облаках. Наконец, туманность стала сжиматься – возможно, под воздействием ударных волн, распространявшихся от близкой сверхновой, которая добавила к ней новые порции звездной пыли, – и постепенно коллапсировала в протопланетный диск. Вместе со всей туманностью в коллапсе участвовали и попавшие в нее зерна звездной пыли.

Большая часть этих пылевых кристалликов была уничтожена тепловой энергией, освобождавшейся в коллапсирующем диске. Испарившись, пылевые зерна стали частью газового облака и смешались с тонкими газовыми волокнами туманности. Их изотопные странности были при этом навсегда утрачены. Пройдя стадии превращений сначала из газа в пыль, потом из пыли в газ, призраки давно умерших звезд наконец окончательно растворились в общей массе газовой туманности.

Но некоторые зернышки, несмотря ни на что, сумели выжить. Они были выброшены из недр своей материнской звезды и отправились в долгое путешествие в межзвездном пространстве; смешались с нашей первичной туманностью и вместе с ней участвовали в процессе коллапса во вращающийся протопланетный диск; слипались с другими частичками космических отложений – CAI, хондрами и разнообразными мелкозернистыми взвесями – и образовывали планетезимали; скрываясь в астероидах, пережили столкновения с другими телами и разрушительные бомбардировки; 4,6 миллиарда лет кружились на орбите вокруг Солнца в составе пояса астероидов; в результате удара были оторваны от своего родительского астероида и выброшены в пространство; совершили межпланетное путешествие к Земле внутри метеорита и преодолели огненный спуск к ее поверхности сквозь земную атмосферу; подверглись воздействию концентрированных кислот в космохимической лаборатории; и только тогда, наконец, были чудесным образом обнаружены любознательными обитателями Земли. Зерна все это пережили и преодолели. То, что они вообще существуют, – просто феноменально; то, что мы нашли их, – свидетельство мощи нашего научного метода и богатства информации, заключенной в метеоритах.

Эти крохотные частички звездной пыли должны были существовать задолго до того, как 4,6 миллиарда лет назад начался коллапс нашей материнской туманности. Они старше Солнечной системы. Таким образом, эти микроскопические звездные пылинки – самые старые объекты из всех, которые человеку довелось «держать в руках» (не будем забывать, что пылинки эти можно увидеть только в мощный микроскоп). Они старше всего, что окружает нас в околосолнечном пространстве. Они гораздо старше и первых минералов, сконденсировавшихся в протопланетном диске – CAI, – и самого Солнца. В 2020 году группа космохимиков, объединившихся вокруг музея Филда в Чикаго (США), провела датировку семейства звездных пылинок по природному изотопному «секундомеру».3 Возраст некоторых зерен оказался больше семи миллиардов лет – на три с лишним миллиарда лет старше Солнечной системы. Крохотные камешки возрастом в семь миллиардов лет\ В голове не укладывается. Поэтому мы с полным правом можем назвать эти самые замечательные из всех частиц космических отложений «досолнечными» пылевыми зернами.

Мы, конечно, никогда не узнаем, какая в точности индивидуальная звезда их породила, – да и не все ли равно, ведь большинство этих звезд давно погасло. Но досолнечные пылинки – одно из немногих физических доказательств того, что они вообще существовали. Пылинки давно потухших звезд дождем падают на нас с неба в составе метеоритов.

На протяжении почти всей истории человечества люди могли наблюдать звезды только невооруженным глазом; последние четыреста лет мы смотрим на них в телескопы; и вот теперь, благодаря досолнечным пылинкам, мы можем разглядывать звезды и в микроскоп. Союз двух научных инструментов, который на первый взгляд выглядит абсолютно неестественным – союз телескопа и микроскопа, – показал нам звезды в совершенно новом свете. Крошечные частицы звезд – здесь, с нами, на Земле.

* * *

Наши предки чувствовали, что в звездах есть нечто важное, но у них не было способа узнать, в чем эта важность заключается и какую роль звезды сыграли в истории их собственной мимолетной жизни. Нам повезло – мы знаем то, чего наши предки знать не могли.

Открытие нуклеосинтеза – источника происхождения химических элементов и всего разнообразия их изотопов – стало одним из главных научных открытий в человеческой истории. На практическом уровне это открытие отвечает на фундаментальный вопрос: откуда взялись химические элементы? На человеческом уровне оно отвечает на вопрос, который люди задавали себе тысячелетиями: почему светят звезды? На духовном уровне оно является неотъемлемой частью ответа на самый вечный из всех вопросов: откуда появились мы сами?

Взгляните вокруг. В ваших руках углерод; ваши легкие с каждым вдохом наполняются азотом; в камнях у вас под ногами заключен кислород; в воде, которую вы пьете, растворены фтор, магний и кальций; в вашей крови много железа; мы украшаем себя изделиями из тяжелых элементов, их же используем как источники энергии для нашей техники и как строительные материалы. И все эти вещества образовались в ходе ядерных реакций в раскаленных недрах звезд, при яростных взрывах звезд в момент их гибели, при катаклизмических столкновениях нейтронных звезд. Многое из этого мы узнали непосредственно при исследовании метеоритов. Космохимия – великолепная и полная загадок область науки. Она раздвигает горизонты человеческого знания одновременно в многочисленных направлениях и в невероятных масштабах: от длящихся секунды взрывов сверхновых до миллиардов лет; от одиночных камней до целых миров; от микроскопических пылевых кристаллов до колоссальных звезд. Я не перестаю поражаться тому что понимание глубочайших свойств всей Солнечной системы может быть достигнуто исследованием каменной частицы размером с булавочную головку. Метеориты способны раздвинуть границы понимания от микроскопического масштаба до циклопического – и ничто не может послужить более прекрасным примером такого раздвигания границ, чем открытие звездных пылинок, заключенных в хондритах.

Если первой главой истории человечества считать коллапс первичной туманности и образование Солнечной системы, то синтез химических элементов в звездах будет прологом этой истории. И если мы отправимся по извилистой тропке назад в глубину времен, сквозь геологическое время в предшествующее ему космохимическое прошлое, мы в конце концов придем во время астрономическое, и досолнечные зерна-пылинки будут нашими проводниками. Они отодвигают начало каменной летописи ко времени рождения звезд.

Эти сияющие точки на небе – такая же часть нашей истории, как коллапс первичной туманности, как конденсация в ней пыли, как образование самой Земли. Все это связано воедино неразрывной цепочкой событий. И те самые атомы, из которых построена наша Солнечная система, те самые, которые когда-то родились в плавильных тиглях звезд, дошли в своем развитии до момента, когда они стали частью разумных существ, задающих себе вопросы о своем происхождении. Частью нас.

Историю рождения некоторых метеоритов можно проследить несколько ближе к нашему дому, чем историю происхождения пылевых зернышек с аномальным изотопным составом вблизи далеких звезд. Хондриты, нерасплавленные сгустки космических отложений, хранят в себе пылевые строительные кирпичики миров, а их подкласс – углистые хондриты – содержит нечто столь же замечательное и, пожалуй, более вдохновляющее: химические строительные кирпичики самой жизни.

8. Звездная смола

Шел 1969 год.

В феврале в Мексике упал двухтонный метеорит Альенде, принесший в себе на Землю первичные космические породы. Исследование одного этого метеорита принесло целую серию открытий: солнечный изотопный состав кислорода в CAI; доказательство присутствия в нарождающейся Солнечной системе «живого» 26Al; выделение и описание досолнечной звездной пыли, содержащей алмазы; точное определение возраста Солнечной системы – 4,567 миллиона лет, – датированное по CAI с помощью ураново-свинцовых изотопных часов. Альенде и сейчас остается одним из наиболее подробно исследованных камней в истории науки. И все же его падение было только началом.

В июне ракета-носитель Сатурн V унесла к Луне космический корабль Apollo 11с командой астронавтов. Оставив на лунной поверхности первые человеческие следы, они вернулись, привезя с собой на Землю более двадцати килограммов лунных камней.

А 28 сентября в тихой фермерской деревне в австралийском штате Виктория произошло событие, которому суждено было навсегда изменить наш взгляд на то, какое место мы занимаем в Солнечной системе. Все началось с падения еще одного небесного камня.

Заутреня

Ясное небо над деревней Мурчисон было пропитано тишиной и истомой, которые могут значить только одно – пришло воскресенье. Погода была безветренной и жаркой. Жители готовились идти в церковь к заутрене: ботинки начищены до блеска, волосы причесаны, одежда наглажена. И тут покой был взорван.

Вслед за первым взрывом раздался грохот, который, казалось, шел одновременно с земли и с неба. Как будто прямо с деревенской улицы взлетел реактивный самолет. Напуганный страшным ревом, домашний скот в панике рванул куда глаза глядят. Высыпали на улицу ошеломленные жители. Оглушительный гром, казалось, раздавался со всех сторон одновременно. Эхо второго взрыва обежало окрестности и слилось с непрекращаю-щимся грохотом, сделав его еще громче. Затем последовала вспышка. Ослепительное оранжевое пламя, окруженное раскаленным добела ореолом, разрезало небеса над Мурчисоном, затмив уже взошедшее утреннее Солнце. Огненный след быстро превратился в серо-голубую дымную гряду, которая была видна за 400 с лишним километров. И тут грянул третий взрыв. Его раскаты постепенно затихли, и снова воцарилась тишина.

Сбежавшиеся в церковь прихожане возбужденно обсуждали необыкновенное явление. Предлагались самые разнообразные объяснения: трагические (столкновение самолетов), фантастические (падение обломков космического аппарата), сверхъестественные (битва космических кораблей пришельцев). Чем бы это ни было, никто ничего подобного в жизни не видел.

Под постепенно рассеивающимся дымным следом, оставшимся на пути низвергнувшегося с неба пламени, на земле валялись упавшие камни. Чудесным образом никакого ущерба они не причинили – разве что один камень размером с кулак пробил крышу амбара и зарылся в сено. Камни были черные как смоль, покрытые гладкой, будто лакированной, коркой. На деревню Мурчисон только что упал метеорит.

Не прошло и часа после падения, как все поселяне бросились лихорадочно собирать упавшие с неба камни. Тут быстро выяснилось, что их очевидное небесное происхождение было не самой необычной их особенностью. В этих камнях было нечто гораздо более странное. Они пахли.

Камни издавали сильный химический запах, резкий, как у растворителя для краски. Некоторых селян это сначала насторожило – они боялись, что едкие испарения камней могут оказаться ядовитыми. Но над большинством жителей любопытство взяло верх. На окрестных полях было собрано и разнесено по домам около 100 килограммов каменных осколков. То, что камни были собраны сразу и не успели подвергнуться воздействию атмосферных явлений вроде дождя, оказалось критически важным обстоятельством – по сей день из всех когда-либо найденных метеоритов они в наибольшей степени сохранили свою первозданность.

В течение пяти дней после события новость о необыкновенном болиде вместе с кусочками странного камня достигла геологического факультета Мельбурнского университета. Несколько фрагментов метеорита достались декану факультета профессору Джону Ловерингу. Он заметил, что кора плавления на поверхности камня местами отвалилась, обнажив его внутреннюю структуру: из-под сетки трещинок наружу торчала угольно-черная порода. В массе темного, как бы закопченного вещества виднелись мелкие прожилки, одни снежно-белые и рыхлые, другие – круговые и серые, напоминающие зернистые каменные отложения, часто встречающиеся на Земле. Это были космические осадочные породы: рыхлые белые точки и черточки оказались не чем иным, как CAI, а круглые бусины – хондрами. Как и Альенде, упавший метеорит принадлежал к редкому типу углистых хондритов.

Но у Мурчисонского метеорита было множество отличий от Альенде. Ловеринг, как до него и жители деревни, заметил странный неприятный запах, исходивший от камня: «Первый обломок метеорита мне принесли в пластиковом пакете. Когда пакет открыли, мне в нос ударил крепкий запах химической органики, совсем как метиловый спирт: очень, очень сильный!» Как легко догадаться, метеориты с сильным запахом встречаются нечасто.

«Этот [метеорит] почти такой же необыкновенный, как лунная пыль!» – заявил Ловеринг журналистам. В руках он держал камень, которому суждено было стать одним из самых активно и тщательно изучаемых в истории геологии и космохимии и обогнать даже знаменитый Альенде. Во многих отношениях метеорит Мурчисон окажется гораздо более интересным, чем камни, привезенные с Луны экипажами «Аполлонов».

Но прежде чем мы разберемся в том, что именно скрывалось под спекшейся оплавленной корой метеорита Мурчисон, давайте кратко подытожим наши знания об элементе, который играет главную роль в научных исследованиях метеоритов: об углероде.

Элемент жизни

Углерод – четвертый по распространенности элемент во Вселенной, и второй по массе в человеческом теле после кислорода. Благодаря своим химическим свойствам он легко объединяется с другими химическими элементами – в том числе с другими атомами углерода – и образовывает огромное число молекулярных соединений. Углерод настолько хорошо приспособлен для соединения с другими элементами, что исследование таких соединений породило целую ветвь химии: «органическую химию».[20]

За последнее столетие химики идентифицировали и описали десятки миллионов органических молекул. Органика существует в разнообразных формах и масштабах. Некоторые органические соединения представляют собой длинные цепочки атомов углерода, на которые, как жемчуг на нитку, нанизаны меньшие группы атомов: среди последних часто встречаются водород, кислород, азот, а также, хоть и в меньшей степени, фосфор и сера (но далеко не только они). Другие органические молекулы состоят из центрального кольца углеродных атомов, обрамленного взаимопроникающими молекулярными группами – все это вместе напоминает венок с торчащими из него веточками. Третьи являются хитроумными сочетаниями первых двух: цепочки и кольца связаны воедино в молекулярные конгломераты, составленные из сотен атомов. Но все органические молекулы имеют одну общую особенность: углеродный «скелет».

Насколько мы знаем, в химическом смысле углерод занимает центральное место во всем, что связано с жизнью. Название «элемент жизни» им вполне заслуженно. Все известные нам живые сущности основаны на углероде. Наряду с водородом, кислородом, азотом, фосфором и серой, углерод составляет основную часть массы всех живых организмов – от деревьев до голубых китов. Наши тела более чем на 96% состоят из углерода, кислорода, водорода и азота.

Но, несмотря на их вездесущность в нашем ежедневном опыте (ведь мы и сами – живые организмы), в планетарном масштабе органические молекулы на Земле довольно необычны. Они редко встречаются в камнях у нас под ногами. Даже когда они обнаруживаются внутри геологической структуры – как в углеводородных горючих ископаемых: угле, нефти и газе, которые снабжают энергией нашу цивилизацию, – почти вся эта органика в конечном счете происходит от некогда живой материи. Нефть, к примеру, представляет собой продукт разложения погибших организмов, погребенных под слоями осадочных пород в глубоком геологическом прошлом.

Невзирая на исключительную редкость органических молекул в летописи камней из земных недр, мы то и дело обнаруживаем их в одном из самых необыкновенных и неожиданных мест: в метеоритах.

Гордый камень

К середине XIX века идея о том, что камни действительно падают с неба, была уже широко распространена в научном сообществе. Благодаря этому, когда 14 мая 1864 года особенно необычный камень упал с неба во Франции, он был бережно подобран и сохранен, прежде чем успел подвергнуться воздействию земной погоды и выветривания.

В восемь часов тринадцать минут вечера яркий болид залил светом улицы французского городка Монтобан. Очевидцы говорили потом, что он был «огромный – как будто полная Луна пронеслась по небу наподобие падающей звезды».

Световые сполохи были видны за 500 километров со всех направлений. Грохот прокатился по деревенькам Южной Франции и северным районам Испании. Кульминацией великолепного зрелища стал камнепад, случившийся к югу от Монтобана. Падение этого метеорита стало 219-м из всех документированных в истории и четвертым на французской почве. Новость о небесном световом шоу мигом достигла ушей французского научного сообщества. В районе падения удалось быстро собрать около 15 килограммов камней. Метеорит был назван по имени деревни, вблизи которой упал: Оргей (это слово по-французски значит «гордость»).

Большинство метеоритов, известных в то время, называли, за неимением лучшего слова, каменными. Если бы кому-то вздумалось бросить таким камнем в вас, метеорит перенес бы это испытание без ущерба (чего, возможно, нельзя было бы сказать о вас). Железные метеориты, «сделанные» из металла, конечно, могли бы перенести самое небрежное обращение, но даже и каменные метеориты (каменные ахондриты и хондриты) были довольно прочными.

Оргей оказался совсем другим. Во многих отношениях он больше напоминал крошащийся кусок угля, чем настоящий камень: он был угольночерным и снаружи, и внутри, испещренным здесь и там крошечными бледными прожилками, и таким ломким, что в крепких руках мог легко рассыпаться на мелкие крошки. В воде метеорит быстро разваливался, в результате чего образовывалась, как описывали в то время, «грязь, черная как сапожная вакса». Чудо, что Оргей вообще смог долететь до земной поверхности.

Первым ученым, исследовавшим метеорит, был знаменитый французский химик Франсуа Станислас Клез. Через три недели после падения Клез открыл внутри Оргея нечто замечательное: коктейль сложных органических молекул. Он нашел сходство между органикой метеорита и битуминозными породами на Земле, в которых содержались окаменевшие остатки древних форм жизни. Клез определил, что примерно три процента вещества небесного камня состояло из углерода в той или иной его форме.

Клез сообщил еще и о том, что в метеорите присутствует вода. Вода! Воду невозможно выжать из камня, будто из мокрой тряпки; она находится там в связанном состоянии, входя в структуру составляющих породу минералов, и высвободить ее можно только нагреванием камня. Клез сообщил, что содержание воды в метеорите оказалось невероятно высоким – около десяти процентов массы!

Оргей был сразу же отнесен к недавно обнаруженному необычному классу метеоритов, в котором, кроме него, было всего пять других экземпляров: к углистым хондритам. Он был необыкновенно похож на два ранее зарегистрированных углистых хондрита: на Алаис, упавший во Франции в 1806 году, и на Кольд Боккевельд, который упал в Западно-Капской провинции Южной Африки в 1838 году. Все эти три метеорита были угольно-черными и содержали значительное количество воды и углерода, а также такими мягкими, что легко крошились в руках.

При нагревании все три камня издавали резкий запах, похожий на запах нефти, и были просто нафаршированы органическими молекулами.

Коллекция метеоритов, содержавших органические молекулы и воду, росла. Трудно представить себе, как возбуждены и озадачены были тогдашние космохимики, обнаруживая в метеоритах эти вещества. В то время считалось, что органические молекулы связаны исключительно с живыми организмами, и их присутствие в камнях, прилетевших к нам с других небесных тел, казалось невозможным. В 1860 году в своей публикации, в которой он описывал органические молекулы, вплетенные в каменную ткань метеорита Кольд Боккевельд, маститый химик Фридрих Велер заявлял: «Согласно нашим сегодняшним знаниям, эти органические субстанции могли образоваться только в высокоорганизованных телах».

Ясно, что термином «высокоорганизованные тела» Велер прикрывал другое слово, – слово, которое было у всех на языке: жизнь.

Семена сомнения

Богатые органическими веществами и водой углистые хондриты продолжали прибывать на Землю на протяжении всего остатка XIX века и до середины XX.

Углистые метеориты, освещая историю Солнечной системы через призму геологии, имели отношение и к истории гораздо более недавней и близкой нам – к истории биологии. Присутствие молекулы жизни в камнях, которые прилетели с астероидов, привело многих космохимиков к мысли, что такие камни сыграли свою роль в происхождении жизни на Земле. А может быть, пойти еще дальше и предположить, что жизнь существует в Солнечной системе повсюду?

С другой стороны, к середине XX века даже небесные камни, пролежавшие на земле всего несколько дней или часов прежде, чем их подобрали, как Оргей, находились внутри земной биосферы уже около столетия. И нередко космохимики не могли избавиться от подозрения, что многие обнаруженные в метеоритах органические молекулы, а возможно даже большинство из них, были результатом «заражения», занесенного формами жизни, которые наполняют каждую трещинку земной поверхности, а вовсе не имеют внеземного происхождения.

В поисках ответа на эти вопросы ученые принялись за изучение самых богатых углеродом метеоритов: «CI-хондритов», которые были названы так в честь метеорита Ивуна (Ivuna), упавшего в Танзании в 1938 году. На сегодняшний день известно всего девять CI-ходритов – пять «падений» и четыре антарктических «находки». Их общий вес всего чуть больше двадцати килограммов, притом что один Оргей весит почти пятнадцать.

Но Оргей упал больше чем за сто лет до того, как были разработаны хитроумные космохимические исследовательские установки, такие, например, как в Космическом центре Джонсона, в котором хранятся антарктические метеориты и лунные камни, доставленные «Аполлонами». Метеориты, падающие в наши дни, вроде Альенде, могут быть помещены в стерильные условия лаборатории всего через несколько дней после падения. Им обеспечен постоянный обдув холодным воздухом, строгое регулирование влажности, защита от грязи и пыли; прикасаться к ним можно только в перчатках. Историческим метеоритам повезло гораздо меньше – они частенько хранятся в деревянных музейных шкафах или стеклянных витринах; температура и влажность воздуха, в котором они содержатся, почти или вовсе не регулируются.

После падения метеорита Оргей большинство его фрагментов осело в крупных музеях Европы, где они медленно впитывали земной воздух, а с ним неизбежно впускали в себя и армию микробов. Один из фрагментов, обозначенный как «№ 9419», был доставлен в Музей естественной истории в Монтобане во Франции в интервале от двух до четырех недель после падения. Девяносто восемь лет № 9419 терпеливо лежал в музейной витрине в запечатанном стеклянном сосуде, пока его не вытащили оттуда космохимики, чтобы исследовать содержащиеся в нем органические молекулы. За время пребывания в стеклянной тюрьме камень несколько раскрошился от влажного воздуха, иллюстрируя тем самым хрупкость этой разновидности богатых углеродом метеоритов.

Темный камень, частично покрытый лаково-черной оплавленной коркой, был доставлен в лабораторию в Чикаго и бережно разделен на куски. Исследовавшие его космохимики сразу же заметили нечто очень странное: рыжевато-коричневые гранулы, погруженные в смоляночерную массу. Это было не похоже ни на что, когда-либо наблюдавшееся в метеоритах.

Это были не CAI. И не хондры. Это были семена. И они находились внутри метеорита.

Исследователи подумали, что, возможно, они наткнулись на великое открытие: «высокоорганизованные тела» или, выражаясь без иносказаний, жизнь. Оргей был метеоритом, нашпигованным органическими молекулами и практически пропитанным внеземной водой. Если где-то суждено было найтись свидетельствам внеземных форм жизни, то, конечно, именно в таком метеорите. Неужели ученые и правда обнаружили внеземные семена?

Открытие внеземной жизни изменило бы облик науки, но оно требовало и самой жесткой проверки доказательств. Космохимики из Чикаго мобилизовали все свои запасы научного скептицизма, все профессиональное мастерство для решения вставшей перед ними задачи. И сомнения не замедлили появиться.

В массу метеорита Оргей оказались вкраплены не только семена. Там были найдены и фрагменты знакомой каменной породы – кусочки угля, того самого, что горит в печке. Раньше на фоне черноты самого вещества метеорита их не заметили. Кусок Оргея был испещрен угольными фрагментами.

Спустя еще несколько месяцев Альбер Кавалье, тогда директор музея в Монтобане, с несомненностью идентифицировал найденные в метеорите семена как принадлежащие тростнику Juncus conglomeratus, которого много на заболоченных полях и пастбищах. Juncus обычен на юге Франции. Метеоритные семена оказались вовсе не внеземными – они были французскими.

Мысль о возможной подделке разрослась в прямые подозрения, когда была сделана третья находка: клей. Обыкновенный клей, какой варят из лошадиных костей. Этим клеем была пропитана внутренность метеорита – он скреплял отдельные его части в одно целое и фиксировал семена и угольные фрагменты. Тут же обнаружилось, что и «кора плавления» вообще не была корой, образовавшейся, когда поверхностный слой метеорита расплавился при его полете сквозь атмосферу на гиперзвуковой скорости. «Корой» оказался тот же самый клей, нанесенный кисточкой на поверхность Оргея и оставленный сохнуть до появления лакового блеска.

Мистификация была раскрыта, и отчет об этом появился в журнале Science под привлекающим внимание заголовком «Грязный метеорит».1 В течение нескольких недель между падением Оргея и доставкой метеорита в Музей естественной истории в Монтобане в 1864 году неизвестный жулик попытался разыграть ученых, поместив внутрь камня семена. Личность мистификатора, как и его или ее мотивы, затерялась в глубине истории, но как минимум не исключено, что толчком для создания подделки послужило открытие Клезом органических молекул в метеорите. Пытался ли обманщик подстегнуть поиски жизни внутри CI-хондритов или, наоборот, дискредитировать эту идею, неизвестно.

Небесные следы или отпечатки земных пальцев?

В начале 1960-х с бурным прогрессом космических исследований внеземная органическая химия стала быстро возрождаться. Геологи, химики и биологи объединились, чтобы попытаться решить один из вечных вопросов человечества: как появилась жизнь? Этот вопрос ставит перед собой любая культура, религия, мифология.

Как получается, что неодушевленные атомы, углерод, кислород, водород, добавки других элементов, определенно не будучи сами по себе «живыми», сочетаются, образуя таких существ, как мы – определенно «живых»? Как химические соединения, начиная с таких простых основ, как крутящееся облако газа и пыли в протопланетном диске, приобретают сознание и становятся одушевленной частью планеты? Скажем проще: как, когда и где возникает жизнь? Процессы, которые изначально преобразовывали неживые химические элементы в живые организмы, формально называются «абиогенезом». И в то время, как в научном сообществе нет согласия по вопросу о том, как, когда или где именно произошел абиогенез, сомнений в том, что он произошел, нет – иначе как мы могли бы существовать?

Возможно, часть этой истории разыгрывалась в протопланетном диске и записана в «каменной летописи» новорожденной Солнечной системы. И какие-то ответы могут таиться в углистых хондритах.

Невзирая на мистификацию с Оргеем, исследование происхождения сложных органических молекул в некоторых углистых хондритах оставалось вполне серьезной и активной областью науки. Здесь просматривались три возможности: что эти молекулы принадлежали земной биосфере и были не более чем загрязнением метеоритного вещества; что в некоторый момент ранней истории Солнечной системы они самопроизвольно объединились чисто химическим путем; или – самая увлекательная возможность – что они сами были продуктами одушевленных конгломератов органических биологических молекул, то есть жизни.

Здесь встала трудная задача описания химического состава органики, содержащейся в углистых хондритах. В лабораториях по всему миру углеродосодержащие молекулы были одна за другой осторожно выделены из необычных метеоритов и идентифицированы на основании их химических свойств. Некоторые из них оказались простыми – они состояли всего из одного-двух атомов углерода, связанных короткими ответвлениями с кислородом и водородом. Но были и очень сложно устроенные: в них змеились длинные углеродные цепи, украшенные торчащими из них молекулярными рукавами, перекрученными наподобие узловатых ветвей; кольца, составленные из атомов углерода, были оторочены по периметру причудливыми молекулярными выступами, отходящими от окружности кольца под всевозможными углами. Углерод соединялся с большим количеством водорода и кислорода, к которым иногда добавлялось немного азота, фосфора и серы. Сложность и разнообразие этих молекул поражали.

Особенно богатое разнообразие органических молекул обнаружилось в метеорите Мюррей, который принадлежал к группе углистых хондритов, называемых «СМ-хондритами» (по названию метеорита Михей, упавшего в Украине в 1889 году). СМ-хондриты знамениты обилием органических молекул. В предрассветный час 20 сентября 1950 года в штате Кентукки (США), пролетев по небу в виде огненного шара через пять американских штатов с грохотом, от которого задребезжали оконные стекла на площади в 2 600 квадратных километров, метеорит Мюррей грудой обломков обрушился на землю. Один из его кусков пробил крышу жилого дома и остался лежать на полу. (Никто не пострадал.) Общий вес метеорита составил чуть выше двенадцати килограммов – он оказался одним из крупнейших известных СМ-хондритов. Некоторые обломки тут же подобрали, но поисковая партия была снаряжена только спустя несколько недель, во время которых шли дожди.

В 1962 году исследователи из Калтеха, занимавшиеся анализом органического «бульона», который пропитывал каменную ткань Мюррея, сделали волнующее открытие. Они идентифицировали в метеорите характерный класс органических молекул, существенных для жизни в том ее виде, в каком мы ее знаем: аминокислоты. Элементарные составляющие белков, аминокислоты, соединяются воедино, как кусочки мозаичного пазла, образуя биомолекулы, из которых состоим мы – как и все остальные живые организмы на Земле. Поэтому их называют «строительными кирпичиками жизни». В молекулярной машинерии они играют центральную роль, поскольку обеспечивают многие жизнеобразующие процессы.

Вот они-то, строительные кирпичики жизни, и плавали в море органических молекул, пропитывающем CM-ондрит.. На протяжении последовавших нескольких лет аминокислоты продолжали обнаруживать в различных группах углистых хондритов, таких как CI-хондриты (в том числе и в тех фрагментах метеорита Оргей, которые ранее оставались нетронутыми). Ситуация начинала выглядеть более сложной, чем казалось раньше. Но главная проблема оставалась нерешенной: найденные аминокислоты присутствовали в метеоритах в микроскопических количествах – как правило, несколько миллионных долей грамма во фрагменте метеорита размером с кусочек сахара. Они вполне могли оказаться результатом загрязнения метеорита в земной биосфере.

Регистрация в метеоритах крохотных количеств каких-либо веществ – органических или неорганических – задача технически очень трудная: приходится постоянно сражаться за понижение уровня возможного загрязнения. В 1965 году в журнале Nature появилась статья с шутливым названием «Аминокислоты в наших руках»2: в ней химики показали, что исчезающе малого количества жира в одном отпечатке человеческого пальца было бы вполне достаточно, чтобы объяснить присутствие «внеземных» аминокислот в углистых хондритах. Да, типичные количества аминокислот, обнаруживаемых в метеоритах, могли бы легко объясняться микроскопическими загрязнениями – хватило бы пары нечаянных прикосновений к ним (не говоря уж об отпечатках пальцев, случайно оставленных на пипетках, стеклянной химической посуде и лабораторных измерительных цилиндрах). Ничего не стоило бы загрязнить аминокислотами целую хондритовую глыбу, создав ложное впечатление, что в ней изначально содержались внеземные «строительные кирпичики жизни». Автор «Аминокислот в наших руках» отмечал: «То, что кажется нам следами небесных существ, вероятно, просто отпечатки земных пальцев».

Но сомнения вокруг происхождения аминокислот были рассеяны, когда в 1969 году с неба упал очередной необыкновенный метеорит. После того как раскаты грохота и ударные волны пронеслись над австралийским бушем, а в небе остался столб синеватого дыма, на фермерские земли вокруг деревни Мурчисон дождем посыпались ответы на научные загадки.

Хиральность

Без сомнения, на многих обломках метеорита Мурчисон успели остаться случайные «отпечатки земных пальцев». И все-таки он оказался таким большим, что неизбежные органические загрязнения не шли ни в какое сравнение с количеством органики внутри него. Обычно исследователи углеродных соединений в метеоритах вынуждены довольствоваться фрагментами размером с хлебные крошки; Мурчисон предоставил в их распоряжение целые глыбы.

Помимо всего прочего, сразу после падения камня от него распространился такой смрад, что не оставалось никакого сомнения: по крайней мере часть находившейся в нем органики была определенно внеземного происхождения.

Профессор Ловеринг из Мельбурнского университета менее чем за неделю после того, как ему доставили обломки метеорита Мурчисон, классифицировал его как СМ-хондрит[21]. Образцы, хоть и не столь богатые водой или органикой, как более редкие CI-хондриты, вроде Оргея, были очень свежими. Представился идеальный шанс выделить внеземные органические молекулы – в частности, аминокислоты – из вещества метеорита, не загрязненного земной биосферой и столетием небрежного обращения.

Новость о Мурчисонской органике быстро попала в прессу. Всего через две недели после падения в газете Canberra Times появился сенсационный заголовок: «Органические окаменелости в редких метеорах». Этот заголовок, конечно, был преувеличением – никаких «окаменелостей» обнаружено не было – но он, безусловно, отражал настроения времени. По чистому совпадению метеорит Мурчисон упал на Землю в тот самый день, когда привезенные экипажем Apollo 11 образцы лунного грунта прибыли в Австралию для научных исследований. Это еще сильнее подогрело возбуждение общества, и без того уже взволнованного наступившей эрой изучения космоса. Совпадение ни от кого не укрылось, в том числе и от Ловеринга, который заявил: «Образцы лунного грунта обошлись человечеству по 2,8 миллиона долларов за унцию. Нам повезло – метеорит достался нам даром».

Научный мир оказался более осторожен в оценках, чем массмедиа: прошло около четырнадцати месяцев после падения Мурчисонского метеорита, прежде чем ученые объявили о своих выводах. После приведения в действие всех механизмов уравновешивания мнений и сдерживания крайностей, чем обычно сопровождается любое солидное научное исследование, коллектив представителей трех американских академических институтов – Отделения экзобиологии NASA в Калифорнии, геологического факультета Калифорнийского университета и Центра изучения метеоритов при университете штата Аризона – опубликовал свои результаты. То, что обнаружили ученые, навсегда прекратило споры об аминокислотах.

Группа подвергла анализу десятиграммовый осколок Мурчисона (размером примерно с персиковую косточку) – по метеоритным меркам огромное количество материала. Этот фрагмент был взят из ядра более крупной глыбы, чтобы понизить риск случайно подхватить какие-нибудь «отпечатки земных пальцев», оставшиеся на поверхности метеорита. Обломок был превращен в порошок и обработан рядом химических реактивов в попытках выделить органику из камня. Чтобы уменьшить риск случайного занесения в образцы земных аминокислот, присутствующих в «фоновой» естественной среде, в ходе этой процедуры использовалась трижды дистиллированная вода.

В смеси органических веществ, выделенных из метеорита Мурчисон, было зарегистрировано семь видов аминокислот. Они присутствовали там в исключительно малых количествах – миллионные доли грамма, – но они определенно там были. Особое изумление сразу же вызвали две из этих аминокислот, саркозин и 2-метилаланин, так как обычно они не присутствовали в биологических системах, обнаруживаемых на Земле. Было непохоже, что эти аминокислоты попали в камень вследствие загрязнения. Указания на их внеземное происхождение были очень вескими.

Но решающим аргументом, неопровержимым доказательством внеземного происхождения аминокислот стало особое химическое свойство: хиральность. Это слово происходит от древнегреческого /eip (хейр), что значит «рука»). Вот в чем это свойство заключается.

Наши руки поменять местами невозможно. Хоть на первый взгляд и кажется, что правая рука идентична левой, на деле они фундаментальным образом отличаются по одной простой причине: наши руки представляют собой зеркальные отражения друг друга. Вот это и есть хиральность. Обладают свойством хиральности и ноги – лучшей иллюстрацией этого будет попытка надеть правый ботинок на левую ногу.

Хиральность присуща многим органическим молекулам. Две молекулы разной хиральности, как и руки, невозможно наложить друг на друга – они являются идеальными зеркальными отображениями друг друга. Если прижать их «лицом к лицу», как предмет и его отражение в зеркале, они идеально совпадут, но их ориентация при этом никогда не будет одинаковой. Аминокислоты именно таковы. У каждой из них есть двойник – идентичный химический близнец – с теми же химическими параметрами, но противоположной ориентации.

«Левосторонняя» и «правосторонняя» версии простой аминокислоты – аланина, – обнаруженной в Мурчисоне в 1970 году. Обе версии идентичны в отношении составляющих их атомов и расположения атомов вокруг центрального атома углерода, но при этом представляют собой зеркальные отражения. Их невозможно наложить друг на друга, как их ни изгибай или поворачивай.

Это значит, что каждый вид аминокислоты – а их сотни – может существовать в одной из двух разновидностей, «левосторонней» или «правосторонней», и эти разновидности, за исключением их противоположной ориентации, идентичны. Если две аминокислоты содержат в точности одни и те же сочетания составляющих их химических элементов и образуют одни и те же группы химических соединений, но имеют различную хиральность, они считаются разными молекулами. Например, когда аминокислота синтезируется в колбе чисто химическим путем (то есть, без участия живых организмов), получается смесь примерно равных количеств «левосторонней» и «правосторонней» аминокислот. Но с биологическими аминокислотами дело обстоит иначе.

Оказывается – и вот здесь-то и начинается магия – что все аминокислоты, используемые и синтезируемые живыми организмами на Земле, левосторонние. Жизнь в известной нам форме, когда дело доходит до ее фундаментальных химических «строительных кирпичиков», ориентирована строго определенным образом. Она асимметрична. Когда на Земле зародилась жизнь, она была построена на основе левосторонней молекулы. Почему она «выбрала» левосторонность – вопрос нерешенный. Возможно, формы жизни на углеродной основе, существующие в других областях Вселенной, если они существуют, правосторонние.

Но эта причуда земной биохимии позволяет нам провести важный тест. Если аминокислоты в метеорите Мурчисон являются продуктом жизнедеятельности биологических форм, мы должны ожидать, что все они будут ориентированы одинаковым образом; если же они появились в результате небиологических химических реакций, тогда следует предполагать, что среди них примерно в одинаковой пропорции окажутся как «левосторонние», так и «правосторонние».

Космохимики установили, что аминокислоты в Мурчисонском метеорите образуют смесь молекул разной хиральности: примерно по пятьдесят процентов «левостороннего» и «правостороннего» двойников. Это простое наблюдение решило спор: аминокислоты в метеорите не являются продуктом жизни, земной или внеземной. Но хотя оно, к нашему разочарованию, исключает биологическое происхождение аминокислот и других органических молекул в СМ-хондритах, оно убедительно доказывает их внеземную природу.

Со времени падения метеорита Мурчисон в 1969 году только в нем одном были идентифицированы десятки тысяч уникальных органических

молекул, но количество молекул, которые еще предстоит открыть, скорее всего, составляет много миллионов. И конечно, не в одном только Мурчисоне. Огромное разнообразие органических молекул обнаружено в метеоритах каждой из восьми групп углистых хондритов, а также в десятках уникальных углистых хондритов, которые трудно отнести к какой-то определенной группе. Только одних аминокислот там найдено более семидесяти видов.

По всей Солнечной системе

Обилие органических молекул в углистых хондритах говорит нам о том, что сложные химические соединения на основе углерода были широко распространены по всей новорожденной Солнечной системе и что они были обычным компонентом астероидов. И действительно, с тех пор, как мы вышли в космос и стали исследовать космические тела, мы обнаружили, что многие из них отличаются столь же сложным химическим составом. Очевидно, что органические молекулы в составе небесных тел скорее правило, чем исключение.

Титан, самое крупное тело в системе спутников Сатурна, окутан плотной атмосферой, состоящей из органических молекул: там идут дожди из жидкого метана (CH_4). Когда метановые капельки падают на ледяную поверхность, они образуют озера и моря жидких углеводородов, соединяющиеся сетью глубоко прорезанных в поверхности рек и потоков. Ультрафиолетовое излучение далекого Солнца вызывает в верхних слоях облачности химические реакции, в результате которых синтезируется настоящий коктейль из органических молекул, вероятно, не менее сложных, чем те, что содержатся в углистых хондритах.

Органика обнаружена и в атмосферах газовых гигантов: Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, и на большинстве их многочисленных лун. Кроме Титана, органические соединения зарегистрированы на спутниках Сатурна Энцеладе и Япете. Три из гигантских лун Юпитера – Европа, Ганимед и Каллисто – тоже богаты органическими молекулами, как и огромный спутник Нептуна Тритон.

И этим дело не ограничивается. В 2015 году космический корабль NASA «Новые горизонты» после девятилетнего полета к внешним границам Солнечной системы прибыл в систему Плутона. Плутон, миниатюрная планета, находящаяся на расстоянии примерно пяти миллиардов километров от Солнца, состоит из камня и смеси льдов: аммиачного (NH_3), метанового (CH_4) и водяного. Космические лучи от Солнца, далеких звезд и других галактик поглощаются этими простыми молекулами, и в результате образуются сложные соединения на углеродной основе. Синтезированная таким образом органика покрывает замерзший ландшафт, создавая характерную цветную лоскутную картину поверхности Плутона.

Пронесясь мимо Плутона на скорости почти в пятнадцать километров в секунду, космический зонд «Новые горизонты» продолжал свой полет и, преодолев еще 1,5 миллиарда километров (расстояние примерно такое же, как от Солнца до Сатурна), повстречался с другим затерянным миром: астероидом 2014 MU_69 Ультима Туле (в 2019-м переименованным в 486958 Аррокот). Эта малая планета стала самым далеким объектом, когда-либо достигавшимся людьми. «Новые горизонты» подлетел к нему под новый, 2019 год (прекрасный способ отметить новогодний праздник!) и в течение нескольких дней и недель передавал на Землю изображения этого мира размером с город.

Эти снимки прекрасны. На них перед нами предстает бугристый объект, по форме похожий на арахис. Он образовался в результате мягкого столкновения двух когда-то независимых тел, как и Плутон, состоящих из смеси камня и льда. Одна из самых поразительных особенностей планеты Ультима Туле – ее цвет, темно-красный, как и некоторые «заплатки» на Плутоне. Практически вся ее поверхность покрыта слоем органического вещества, будто патокой. Но за почти семь миллиардов километров от Солнца эта органика смерзлась и затвердела; мне кажется, под ногами она хрустела бы, как твердая снежная крупа.

В самом начале XX столетия астрономы, пользуясь наземными телескопами, зарегистрировали смесь органических молекул в огромном хвосте кометы Галлея, созданном испарением льдов с ее поверхности под воздействием солнечного тепла. Одна из органических молекул в этом букете химических соединений оказалась цианом (C_2N_2) – знаменитым ядом. 8 февраля 1910 года газета «Нью-Йорк Таймс» вышла с аршинным заголовком «ЯДОВИТЫЙ ХВОСТ КОМЕТЫ» на первой полосе. В заметке под этой шапкой в истерических тонах сообщалось, что хвост кометы Галлея может уничтожить жизнь на Земле: «Циан, этот смертельный яд… пропитает земную атмосферу и, возможно, задушит все живое на нашей планете».

Предприимчивые деляги поспешили нагреть руки на возникшей панике, продавая противогазы и «антикометные таблетки» – «эликсир, который поможет спастись от гнева небес». Перепуганные жители Соединенных Штатов доходили до того, что герметично закупоривали свои дома, затыкая пробками даже замочные скважины, чтобы сквозь них в дом не просочились ядовитые испарения. Но все эти приготовления оказались напрасными: экстравагантные предсказания апокалипсиса планетарного масштаба не сбылись. Органические испарения с поверхности кометы Галлея оказались настолько разреженными, что их едва ли можно было вообще заметить.

Органические молекулы зарегистрированы даже в космическом межзвездном океане – в холодных туманностях, где они порождаются пронизывающими всю Галактику космическими лучами. Сложный процесс образования этих молекул требует миллионов лет. Правда, это не так уж много – в космохимии мы оперируем миллиардами лет. Простые свободно плавающие в пространстве молекулы газа – окиси углерода (CO) и водорода (H_2) – время от времени сталкиваются с космическими лучами, которые передают им энергию, необходимую для реакций с другими газами и образования более сложных соединений. Этот процесс повторяется, каждый раз приводя к рождению все более массивных и сложных молекул, которые, конечно, лежат полностью за пределами нашей досягаемости и могут быть зарегистрированы только в мощные телескопы по своим спектроскопическим признакам.

И конечно, органические молекулы присутствуют на планете Земля, где их объединения принимают множество прекрасных форм, в частности деревьев, кошек и людей.

Органические соединения обнаруживаются во всех уголках Солнечной системы. Карл Саган, знаменитый астроном, писатель и популяризатор науки, вместе со своим коллегой Бишуном Харе из Корнеллского университета в статье, опубликованной в 1979 году в журнале «Nature», ввели в обиход специальный термин для описания таких молекулярных комплексов.3 Этот термин несет смысл, передающий скорее тактильное ощущение – нечто близкое, может быть, к маслам, содержащим много смолистых веществ: «В качестве описательного термина, свободного от связи с конкретной моделью, мы предлагаем название “толины”, хотя нас соблазняло и сочетание “звездная смола”».

Слово «толин» образовано от греческого θoλος(толос), что значит «мутный» или «грязный». Хоть это название мне тоже очень нравится, я все же предпочитаю «звездную смолу».

Происхождение

Саган и Харе придумали выражение «звездная смола» очень удачно: некоторые органические молекулы в углистых хондритах были унаследованы от межзвездной туманности, которая затем коллапсировала и образовала Солнечную систему. Они представляют собой ее выжившие остатки, хоть и немного видоизмененные в ходе бурных процессов формирования Солнечной системы, которые были заперты во льдах после того, как синтезировались под воздействием космических лучей. Межзвездные органические молекулы дождем сыпались на уплощающийся протопланетный диск и затягивались в завихряющиеся газопылевые воронки, где частицы слипались в первые зачатки миров. Энергия, высвобождающаяся при коллапсе облака, и, что еще важнее, свет новорожденного Солнца в центре диска инициировали химические реакции между молекулами газа. Из простых ингредиентов выплавлялись новые, сложные молекулы. Первичные межзвездные органические соединения тоже немного видоизменялись: какие-то их части отрывались, а на их место вставали новые группы атомов. Вдали от огненного пекла только что зажженного Солнца органика продолжала существовать. Органические соединения обращались вокруг Солнца во внешних частях протопланетного диска, наряду с крутящимися вихрями газа, хлопьями каменистой пыли и массами ледяных частиц.

После слипания с космическими отложениями в пропитанные углеродом планетезимали, органические соединения претерпевали дальнейшие изменения. Энергия, выделявшаяся при распаде активных радиоизотопов, разогревала родительские астероиды будущих углистых хондритов. В них вскипали водяные органические смеси, вызывая к жизни новые молекулярные соединения. Однако из-за своих малых размеров эти тела быстро остывали, и синтез новых молекул прекращался, едва начавшись. Оказавшись запертой внутри астероидов, эта органика сохранялась там еще 4,6 миллиарда лет.

Молекулы жизни изготовить нетрудно. Процессы пребиотической органической химии с виду просты; они происходили практически на каждой стадии образования Солнечной системы (и до него). Это ведь, в конце концов, «всего лишь химия». И если уж Природа устроена достаточно хитроумно, чтобы создавать системы планет из туманных клочьев газа, ее, конечно, не затруднит составить сложные молекулы вокруг углеродного скелета так, чтобы некоторые из этих образований со временем обрели сознание.

Водяные миры

Метеоритная вода тоже была и остается предметом интенсивного исследования, ведь практически каждый из примерно 2 500 известных углистых хондритов (и впридачу множество обыкновенных хондритов) содержит гидратированные (водосодержащие) минералы. Это доказывает, что вода входила в их состав до того, как они прибыли на Землю. Связанная вода в составе углистых хондритов исконно присуща метеоритам. Она пришла из космоса.

Некоторые метеориты – лучшим примером служат CI-хондриты, такие как Оргей, – полностью состоят из насыщенных водой минералов. Эти ультраредкие метеориты рождены никогда не расплавлявшимися астероидами, но, в отличие от большинства других хондритов, они не содержат пыли, из которой были сформированы их родительские тела. Все космические отложения, слипание которых привело к образованию материнского тела CI-хондритов, были разрушены действием воды. Все CAI, хондры и матрица были полностью преобразованы и замещены комплексом новых водосодержащих (гидратированных) минералов, и в процессе их кристаллизации внеземная вода оказалась внутри их структуры.

Многие углистые хондриты служат природными космическими термометрами – они содержат информацию о температуре воды. Измеряя характеристики сочетания гидратированных минералов, которые в них содержатся, и их изотопного состава, космохимики могут определить температуру циркулирующей в них воды. В различных метеоритах вода имеет разную температуру – от чуть теплой до кипятка; однако в большинстве случаев она мало отличается по температуре от воды в ванне.

Циркуляция теплой воды и таяние льда, который изначально участвовал в слипании вместе с пылевыми каменистыми хлопьями, происходили не только из-за солнечного тепла. Энергию для них давал и распад короткоживущих радиоактивных изотопов, полностью независимый от звездных источников тепла. Материнские астероиды углистых хондритов совсем не были геологически мертвыми мирами – они кипели гидротермической активностью, которая, в свою очередь, питала энергией синтез густой и многокомпонентной органической «звездной смолы».

* * *

Изучая метеориты, мы прослеживаем всю глубину наших собственных корней – от синтеза химических элементов до формирования Солнечной системы и постепенной «сборки» каменистых тел вроде нашей Земли. Углистые хондриты придают этим поискам биологический уклон.

Ни один метеорит не дает нам убедительного доказательства, что он когда-то содержал что-либо живое. Может быть, конечно, мы просто не наткнулись еще на признаки внеземной жизни в метеоритах. Но мне это кажется сомнительным. По моему мнению (и по мнению многих других космохимиков), гораздо более правдоподобный сценарий состоит в том, что углистые хондриты представляют собой химический «приквел» к истории жизни.

Они также прямо указывают на возможность существования жизни в других местах Солнечной системы. Звездная смола покрывает поверхности и пропитывает каменистые недра многих миров нашей планетной системы, в том числе и многих астероидов: сложные молекулы жизни широко распространены и обильны. Значит, по крайней мере, возможно, что они достигли одушевленной стадии развития и еще где-нибудь в Солнечной системе. В конце концов, жизнь на Земле появилась вскоре после того, как закончилось формирование нашей планеты – почему бы этому не произойти где-нибудь еще, если готовы все необходимые ингредиенты? В нарождающейся Солнечной системе было множество астероидов с теплой, насыщенной органическими веществами водой. Это были первые потенциально обитаемые места в Солнечной системе.

Да и сама наша Солнечная система, по всей вероятности, не обладает какой-то внутренне присущей ей уникальностью. Несомненно, «звездная смола» существует во множестве планетных систем по всей Вселенной. Даже если органические молекулы и не достигли одушевленности где-то еще в наших космических окрестностях, повсеместное присутствие органических молекул в рождающихся по всей Галактике солнечных системах делает возникновение жизни где-то еще во Вселенной не менее вероятным (а по моему мнению, и неизбежным). Химические «строительные кирпичики» жизни есть повсюду.

Правда, жизнь внутри астероидов, если она вообще может там зародиться, исчезла бы, вероятно, очень быстро. Даже умеренного размера углистые астероиды очень скоро остыли бы извне, как только запасы их внутреннего тепла рассеялись бы в пространстве. Их сфера обитания съеживалась бы с каждым тысячелетием, пока тепло не осталось бы только в их центрах. Со временем они промерзали полностью, и любые формы жизни, все еще цепляющиеся за существование, были бы побеждены холодом. Может быть, однажды мы пошлем к этим мирам наш космический зонд или отправимся туда сами и, взяв образцы пород из подповерхностных слоев, найдем в них замерзшие остатки первых форм жизни в Солнечной системе.

Мы наверняка знаем, что, по крайней мере до определенной степени, примитивные органические соединения покинули свои материнские астероиды и попали на поверхность юной Земли. Углистые хондриты могли оказаться теми семенами, из которых на новорожденной Земле родилось и выросло древо жизни.

Каменная летопись Земли хранит историю жизни на нашей планете. Когда мы хотим проследить эту историю в обратном направлении, пробираясь сквозь бездны времени по ее многочисленным ответвлениям, мы исследуем слои осадочных пород, в которых хранятся окаменелости: от останков наших обезьяноподобных предков к обитателям древних океанов и микробным матам, гревшимся на солнышке в мелких морях 3,5 миллиарда лет назад. И если мы проследим эту историю в обратном направлении от биологической стадии к биохимической и от нее к чисто химической, мы в конце концов обязательно придем к падающим с неба камням.

Углистые хондриты во всей их славе вполне могли быть нашими небесными дожизненными предками.

9. Камни с красной планеты

Некоторые астрономические объекты – настоящие бриллианты ночного неба. Их можно заметить даже в наиболее подверженных световому загрязнению уголках нашей планеты. Один из них, гигантский серебристый шар, висит над головой во всем своем великолепии, ни на что другое не похожий и такой яркий, что виден и днем. Это, конечно, Луна. Солнечный свет, отраженный от лунной поверхности, заливает серебряными лучами ночные ландшафты Земли, и это призрачное сияние тысячелетиями питает человеческие мифы и легенды. Восходы и закаты Луны, смена лунных фаз превращают наш спутник в прекрасные природные часы и календарь. Движение Луны по ночному небу позволяет определять, сколько часов осталось до возвращения на небосвод Солнца, а месячный цикл смены лунных фаз – новолуние, серп молодой Луны, полумесяц, растущий горб, наконец, полнолуние, затем все то же самое в порядке убывания – весь этот небесный парад укладывается примерно в тридцать дней. Луна была удобным хранителем времени для древних охотников и собирателей, чья жизнь зависела от отслеживания переходов одного времени года в другое.

Другие яркие небесные светила, на первый взгляд, не отличаются от звезд, но, если понаблюдать за ними повнимательнее, различия можно заметить. Явной смены фаз у них не происходит, и они не выглядят ослепительными сферами, как Луна. Вообще-то, они очень похожи на «нормальные» звезды, разве что с некоторыми странностями.

Кажется, что все звезды в течение ночи движутся по небу – они описывают на нем большие дуги, что на самом деле отражает вращение Земли вокруг ее оси. Но положения звезд по отношению друг к другу не изменяются. Все выглядит так, как будто они представляют собой неподвижные световые точки на бесконечно большом куполе, равномерно вращающемся у нас над головой. Однако некоторые «звезды» все же меняют свои положения на этом куполе, причем их смещения заметны на протяжении нескольких дней или недель. В течение одной ночи они точно так же описывают на небе большие дуги, но от ночи к ночи заметно перемещаются относительно «неподвижных» звезд. Эти медленно перемещающиеся среди звезд светила были замечены на небе еще в древности. Древние греки называли такие необычные объекты πλάνητες ἀστέρες («планетес астерес»), что значило «блуждающие звезды». И сегодня мы называем их планетами: их движения по небу объясняются тем, что они, как и Земля, обращаются вокруг Солнца.

На протяжении 200 тысячелетий мы, люди, были привязаны к поверхности Земли. Мы упирались в нее обеими ногами, не в силах от нее оторваться. Небесные светила вошли в наши мифы и легенды: Меркурий, посланник богов, стремительно несущийся куда-то по небу; Венера, одно из прекраснейших светил земного небосвода, метко названное именем римской богини любви и красоты; зловещая Красная планета Марс, получившая имя римского бога войны. Крупнейшая планета Солнечной системы Юпитер названа в честь главного божества римского пантеона. И Сатурн, планета, медленнее остальных странствующая по небу, носит имя римского бога земледелия, правившего миром во времена «Золотого века» изобилия и благодати. Мы персонифицировали планеты и спроецировали на них наши человеческие характеры, отношения и драмы.

Но мы не знали, что каждая планета может рассказать и свою собственную историю, а некоторые из этих историй, как и история самой Земли, записаны в структуре камня. Теперь, используя инструменты науки, мы раскрываем геологические истории планет точно так же, как мы прочли историю Земли. На протяжении одной человеческой жизни космические корабли были с филигранной точностью выведены на орбиты вокруг каждой из шести видимых невооруженным глазом планет^1. Автоматические научные лаборатории мягко приземлились на поверхность Венеры и Марса. Захватывающая повесть об исследовании Солнечной системы разворачивает перед нами парад фантастических технических достижений, которые стали результатом упорного и целенаправленного труда. Коллективная воля человечества способна решить самые трудные задачи.

В наших исследованиях «блуждающих звезд» – по крайней мере, одной из них – метеориты сыграли ключевую роль.

К Марсу

27 ноября 1971 года советский космический зонд Марс 2 на скорости в шесть километров в секунду вошел в атмосферу Марса. За шесть месяцев до этого он покинул Землю на борту мощной ракеты. Зонд, несущий портативную научную лабораторию, должен был совершить мягкую посадку на поверхность Марса. Драгоценный спускаемый аппарат, защищенный теплоизоляционным слоем, был, как швейцарский ножик с набором всевозможных лезвий, набит научными инструментами, способными при спуске выдержать высокое давление и перепад температур в 1 000 °C. Мягко уложить научный блок на марсианскую поверхность должен был компактно собранный бортовой парашют. Но парашют не раскрылся. Спустя три минуты после входа в атмосферу Марса связь с Марсом 2 прервалась. Но, несмотря на эту инженерную неудачу, Марс 2 стал первым искусственным объектом на поверхности Красной планеты.

Всего через девять дней после этого с Земли был запущен идентичный космический аппарат Марс 3. По горячим следам своего межпланетного двойника он прибыл к Красной планете 5 декабря 1971 года – и его постигла та же судьба.

Оба космических корабля прилетели на Марс в неудачный момент. Вся планета была охвачена колоссальной пылевой бурей. Ветер, дующий со скоростью 100 километров в час, поднимал облака песка и мелкой пыли на высоту до семидесяти километров – в восемь раз выше, чем вершина Эвереста. Пыль закрыла даже высочайший вулкан в Солнечной системе – гору Олимп. И по сей день эта пылевая буря остается крупнейшей из всех, когда-либо наблюдавшихся на Марсе. У космических кораблей, несущих спускаемые аппараты, не было на борту запаса горючего, достаточного для того, чтобы оставаться на околомарсианской орбите с пристыкованными научными лабораториями. Поэтому они не могли ждать, пока пылевая буря уляжется. У советских ученых и инженеров не было выхода: им пришлось предоставить драгоценные спускаемые аппараты их судьбе. Спасти их было невозможно.

Посадочные устройства Марса 3 и Марса 2 были идентичны. Проходившая под управлением компьютера процедура посадки сработала идеально, но порывы яростного марсианского ветра были слишком сильны – парашют оказался почти бесполезным. Марс 3 произвел жесткую посадку, и полученные при этом повреждения вывели его из строя. Спустя двадцать секунд после посадки Марс 3 замолчал. Но, прежде чем это случилось, он все же успел послать на Землю слабый сигнал – или, скорее, призрак сигнала. Это были данные с бортового устройства, предназначенного для создания первой в истории фотографии марсианской поверхности. Но полученный сигнал не нес никакого изображения – сквозь мешанину пикселей пробивались лишь бесформенные белые очертания. Как и его двойник, Марс 3 никогда больше не вышел на связь.

В марте 1974 года удача вновь отвернулась от советских межпланетных станций – близнецы Марс 6 и 7 тоже не смогли совершить мягкую посадку. Электрический ток так и не потек через микросхемы их сложных электронных устройств, бортовые камеры не сняли ни одного фото, манипуляторы не коснулись марсианских камней, и бортовые системы управления так и не дождались запускающего их работу сигнала с Земли. На поверхности Марса осталась лежать холодная мертвая груда металла и проводов.

В NASA не хотели повторения этих неудач и извлекли уроки из ошибок, допущенных при посадке спускаемых аппаратов серии Марс. В августе 1975 года NASA запустило к Красной планете свои межпланетные зонды «Викинг 1» и «Викинг 2». Каждый из «Викингов» состоял из двух частей – орбитального модуля и спускаемого аппарата.

«Викинг 1» лег на орбиту вокруг Марса в июне 1976 года. В течение месяца было выбрано место посадки, и спускаемый аппарат отделился от корабля. Через девять минут после входа в марсианскую атмосферу «Викинг 1» мягко коснулся твердой красноватой почвы. Мы были на Марсе. Прошло двадцать пять секунд после посадки, и первое фото отправилось к Земле. Событие транслировалось в прямом эфире на всей территории Соединенных Штатов – скан за сканом, первая фотография марсианской поверхности материализовалась на телевизионных экранах.

Это была, без сомнения, одна из важнейших фотографий в истории человечества. С ее появлением Марс, который на протяжении почти всего времени человеческого существования был не более чем яркой красной звездой, блуждающей по небу, превратился в самостоятельный мир со своими равнинами и холмами. На фото было видно, как одна из механических опор «Викинга 1» отбрасывает короткую тень на усыпанную камнями марсианскую почву. Человеческие существа, живые исследователи прибыть на Марс пока не смогли, и в их отсутствие «Викинг 1» как бы представлял на Красной планете человечество, которое разглядывало новый мир его механическими глазами.

В ежедневных специальных телевизионных выпусках события, разворачивавшиеся на марсианской поверхности, транслировались на домашние телеэкраны во всех уголках Соединенных Штатов. «Викинг 1» передал на Землю первую марсианскую сводку погоды: ночью до -86 °C, днем потепление до -33 °C, сильные порывы ветра со скоростью до тридцати двух миль в час. Погода, обычное и привычное земное понятие, оказалась реальностью и на другой планете. Спустя несколько недель на орбиту вокруг Марса вышел и «Викинг 2». Вскоре он присоединился к своему близнецу на марсианской поверхности.

Оба спускаемых аппарата передавали на Землю фотографию за фотографией. Россыпи булыжников, вокруг которых ветром намело песчаные барханы, покрывали почву вокруг посадочных опор «Викингов»: до горизонта простирались поля блуждающих песчаных дюн; в зимние месяцы красноватый песок и камни покрывались хрустящей белой ледяной коркой, смесью замороженной углекислоты и водяного льда. На Марсе тоже был горизонт, и над ним небо, отливавшее оранжевым из-за мелких частиц поднятой ветром пыли, освещенной тусклым Солнцем.

Спустя тридцать дней после посадки «Викинг 1» сфотографировал закат Солнца на Марсе. Впервые после миллионов закатов, которые люди видели у себя на Земле, они наблюдали, как Солнце опускается за горизонт чужой планеты.

Не от мира сего, не от мира того

В 2005 году, после того как на протяжении 324 марсианских дней марсоход NASA «Opportunity» объезжал просторы Красной планеты, он наткнулся на особенный камень. Тот резко отличался от обычных для марсианского рельефа шероховатых оранжевых булыжников своей как будто отполированной внешней поверхностью и множеством желобков на ней. Желобки эти очень напоминали регмаглипты[22], которыми покрыты метеориты у нас на Земле. Химический анализ показал, что странный камень почти целиком состоит из железа и никеля. Это был кусок металла, свалившийся с марсианского неба, – железный метеорит.

Как это принято для метеоритов, найденных на Земле, кусок астероидной «шрапнели» был назван по месту своего обнаружения: метеорит Теплоизоляционный Щит (Heat Shield Rock). Дело в том, что он валялся рядом с обломком теплоизолирующего обтекателя, предохранявшего марсоход Opportunity во время спуска на марсианскую поверхность почти за год до этого. На Красной планете нет защищающей ее плотной атмосферы – метеориты почти беспрепятственно попадают на марсианскую поверхность, а после падения долго не ржавеют. К тому же в безводной пустыне, покрывающей всю планету, метеориты не страдают от разрушительного воздействия дождей. С того времени марсоходы обнаружили на поверхности Марса еще девять метеоритов.

Оказалось, метеориты встречаются не только на Земле.

* * *

В конце 1970-х все еще было общепринятым мнение, что все метеориты произошли от астероидов. Аллан Хиллс 81005 – первый метеорит, отождествленный как фрагмент лунной поверхности, – был найден на Восточно-антарктическом ледяном щите только в 1982 году. Казалось невозможным, чтобы камень мог быть выброшен с поверхности крупного космического тела, такого как Луна или планета, и при этом избежал полного разрушения. Ведь, без сомнения, камни неспособны выдержать ускорений, необходимых для того, чтобы преодолеть притяжение столь сильных гравитационных полей.

Тем временем космохимики были на пути к систематизации метеоритов: разделения их на большие группы на основе геологического сходства. Эти схемы тоже базировались на гипотезе о том, что каждый метеорит произошел от малой планеты в поясе астероидов. Все метеориты, согласно этой гипотезе, должны представлять собой «шрапнель» – осколки столкнувшихся астероидов. И вдруг откуда ни возьмись появился метеорит, который упрямо отказывался укладываться в эту астероидную схему.

По мере того как геологические характеристики и записанные в метеоритах истории их рождения и жизни раскрывались на все более глубоком и фундаментальном уровне, появилось некоторое количество необъяснимых наблюдений. Теория явно что-то упускала из вида. Некоторые метеориты обнаруживали признаки происхождения от небесного тела гораздо более крупного, чем любой объект пояса астероидов. Особенно выделялись три группы таких странных метеоритов.

Три странных камня

Метеорит, относящийся к одной из этих необычных групп, потревожил буйную поросль осенних французских виноградников провинции Шампань-Арденны в 1815 году. С мушкетным грохотом он обрушился сверху. На безоблачном утреннем небе не появилось болида, но один винодел, встревоженный громом, заметил твердый объект, который падал с неба и приземлился неподалеку. Винодел подошел к образовавшейся ямке и нашел в ней камень. Новость мигом разнеслась среди местных жителей. Прибежавшие из близлежащей деревни Шассиньи крестьяне нашли и другие обломки небесного камня – каждый был покрыт черной коркой. Всего набралось килограмма четыре странного вида осколков, а сам метеорит по традиции получил впоследствии название Шассиньи.

Второй необычный метеорит упал на северо-востоке Индии ясным августовским утром 1865 года. Сенсационная новость была отмечена в калькуттской Calcutta Gazette’. «С неба с оглушительным громом упал камень, который ушел в землю на полметра». Крестьяне, возделывавшие свои посевы, заметили место падения камня и, как и французские виноделы за пятьдесят лет до этого, бросились собирать обломки. Через несколько минут после входа в верхние слои атмосферы Земли камень оказался в руках любопытных очевидцев его падения. Пятикилограммовый метеорит получил имя «Шерготти» по названию деревни, рядом с которой он упал.

28 июня 1911 года каменный град обрушился на египетскую деревню Эль Нахла эль Бахария, в сорока пяти километрах к востоку от древнего города Александрия. За падающим метеоритом по небу протянулся белый дымовой шлейф. Над деревнями, рассыпанными по дельте Нила, прогремели страшные взрывы. Местные жители сначала были напуганы разворачивавшимися в небесах событиями, но быстро пришли в себя и стали собирать куски упавшего камня; некоторые фрагменты метеорита погрузились в землю на глубину вытянутой руки. Было собрано больше сорока осколков общим весом более десяти килограммов. Большинство камней было покрыто очень ярко блестящей черной корой плавления, что только разожгло всеобщее любопытство. Метеорит назвали «Нахла»[23].

Несмотря на то что три описанных метеорита упали на трех разных континентах в пределах примерно ста лет, рассказы об этих событиях отличаются удивительным сходством. И в Шерготти, и в Нахла, и в Шассиньи очевидцы были сначала поражены или даже испуганы, но их страх быстро уступил место любопытству и восторгу. И хотя каждый из трех метеоритов чем-то отличался от остальных, у них была одна общая особенность: все они оказались камнями магматического происхождения, образовавшимися вследствие кристаллизации некогда расплавленной породы. Когда изготовленные из этих метеоритов шлифы попали под объектив петрологического микроскопа, в каждом обнаружился разноцветный калейдоскоп переплетающихся магматических минералов. Они оказались химически подобными друг другу. По мере того как на протяжении последовавшего столетия все больше метеоритов попадало в руки космохимиков, среди них находили и другие камни, похожие на Шерготти, Нахла и Шассиньи. Таким образом, к системе классификации метеоритов добавились три новые группы, объединенные геологическим сходством. По названиям первых обнаруженных представителей этих групп – Шерготти, Нахла и Шассиньи – относимые к ним метеориты стали называться «шерготтитами», «нахлитами» и «шассиньитами».

Ясно было, что эти три группы каким-то образом связаны, и большинство космохимиков склонялось к тому, что они произошли от одного и того же небесного тела. Больше того, росла уверенность в том, это родительское тело было гораздо крупнее любого известного астероида. Поэтому три новые группы метеоритов были объединены в семейство, которое стали называть «кланом SNC».

Шерготтиты, нахлиты и шассиньиты

Шерготтиты образовались после того, как магма выплеснулась на поверхность небесного тела и покрыла ее толстым ковром расплавленного камня. Когда светящаяся от жара лава остыла, она кристаллизовалась и превратилась в магматическую породу, знакомую нам по Земле, Луне и некоторым астероидам: базальт. Под микроскопом многие шерготтиты практически неотличимы от фрагментов остывших лавовых потоков с Гавайев и из Исландии. В какой-то момент их истории Шерготти и остальные шерготтиты были выбиты, вышвырнуты с поверхности их родительского тела ударом огромной энергии – вероятно, столкновением с малым астероидом. Ударные волны прошли сквозь базальт и оставили за собой переплетенную сеть трещин и расплавленных лавовых прожилок, которые быстро остывали, образуя стекло.

Нахлиты почти целиком состоят из больших кристаллов магматического минерала клинопироксена. Эти кристаллы рассказывают нам историю медленно остывающей магмы, которая, в отличие от образовавшихся на поверхности шерготтитов, кристаллизовалась в подповерхностных слоях, изолированная покрывавшим ее сверху камнем. Вероятно, нахлиты сформировались в основании этого толстого слоя подповерхностной магмы: большие клинопироксеновые кристаллы тонули в магме и накапливались в основании магматического пояса, и чем больше приходило сверху кристаллов, тем толще становилась их груда. В конце концов весь объем подпочвенной магмы застывал вместе с заключенным в его основании плотным скоплением кристаллов. Там клинопироксеновые кристаллы и оставались, пока не были освобождены из своей «могилы» колоссальной силы ударом из космоса. Но их «эксгумация», вероятно, совершалась достаточно мягко – на них не видно практически никаких следов удара.

Хотя шассиньиты сформировались при сходных обстоятельствах, они представляют собой совершенно иной тип магматической породы. Это исключительно редкий и ценный вид метеоритов. Нам известно всего три шассиньита – тот, что упал на французский виноградник, и еще два, упавших в африканских пустынях. Шассиньи, единственный из них упавший при свидетелях, не пострадал от прихотей земной погоды и воздействия богатой кислородом атмосферы, и поэтому сохранил бледный перидотно-зеленый цвет своего почти чисто оливинового минерального состава. Оливин, из которого он состоит, когда-то прошел сверху вниз сквозь подпочвенную полость медленно остывающей магмы, образуя в ее основании слой взаимопроникающих зеленых кристаллов. После того как мощный удар освободил их из подземной тюрьмы и выбросил на поверхность, шассиньиты были смяты огромным давлением и деформированы ударными волнами, покоробившими и изломавшими часть оливиновых кристаллов.

Однако метеориты всех трех групп содержат и вещество, которое обычно не ассоциируется с камнями, кристаллизующимися из расплавленной магмы: воду. Многие метеориты клана SNC начинены кристаллами, осажденными из богатых солями и минералами водных растворов. Когда вода циркулировала сквозь вещество этих камней и просачивалась в промежутки, разделяющие магматические кристаллы, она оставляла на своем пути минералы, знакомые геологам, специализирующимся на изучении пород, которые испытали воздействие воды: карбонатов, глинозема и солей. Это наблюдение привело к предположению, что SNC метеориты образовались на небесном теле, отличающемся не только мощной магматической активностью, но и свободно текущей водой.

Решив проникнуть в эту проблему глубже, космохимики из Чикагского университета измерили состав смеси изотопов кислорода в образцах SNC-метеоритов. Это была та же группа специалистов, которая примерно десятью годами раньше открыла экзотический изотопный состав кислорода в CAI. Их квалификация не имела себе равных; даже по сегодняшним стандартам полученные ими данные остаются впечатляющими. Ученые установили, что метеориты всех трех групп клана SNC отличаются одинаковым дефицитом самого легкого изотопа кислорода, 160. Это было несомненным доказательством происхождения всего клана SNC от одного и того же небесного тела.

Более того, когда параметры изотопных смесей были нанесены на диаграмму отношений кислородных изотопов (такую же, как на стр. 54), все SNC улеглись на одну прямую с наклоном Уч. Эта прямая оказалась в точности параллельна линии земного фракционирования – прямой, на которую укладывается весь земной кислород, образовавшийся в результате химических, геологических, биологических и физических процессов на протяжении геологического времени. Прямая, на которую улеглись все отношения изотопов кислорода в метеоритах клана SNC, была названа «линией фракционирования SNC».

Так кислород помог выявить у SNC-метеоритов общий родительский мир – мир, который оказался геологически зрелым и сложным образованием. Где бы ни возникли SNC, в этом мире должны были протекать обширные геологические процессы, заставлявшие кислород укладываться на прямую с наклоном Уч. Это был мир с геологической историей, гораздо более богатой и сложной, чем относительно простая история магматических астероидов. У них, остывших после расплавления всего за несколько миллионов лет, просто не было времени для того, чтобы обеспечить для кислорода длинные прямые фракционирования.

Изотопы дают ответ

Как часто случается в космохимии, именно изотопы обеспечили дальнейшее продвижение в решении задачи. Одна из отличительных особенностей метеоритов – их древность: ведь только на астероидах, малых родительских телах метеоритов, существовали условия для сохранения пород, сформировавшихся в первые несколько миллионов лет истории Солнечной системы. Все существующие внутри метеоритов природные атомные часы, которые равномерно отсчитывают темп идущего с постоянной скоростью распада радиоактивных изотопов и образования новых элементов, показывают одно и то же время: около 4,6 миллиарда лет. CAI, хондры, эвкриты и диогениты, железные метеориты и остальные группы вулканических пород, возникшие на прошедших дифференциацию астероидах, – все они выкристаллизовались на заре истории Солнечной системы.

Есть лишь одно очевидное объяснение того, что какой-нибудь метеорит по своим внутренним часам может оказаться моложе – эти часы были «переведены» в результате сильного ударного воздействия. Но такие удары обычно оставляют характерные следы разрушений в структуре каменной породы. И поэтому то, что некоторые SNC-метеориты кажутся геологически молодыми, но при этом не показывают никаких видимых следов ударных воздействий, ставит исследователей в тупик. Нахла, например, образец почти чисто магматической породы, кристаллизовавшейся из родительских магм около 1,3 миллиарда лет назад. Это по метеоритным стандартам юношеский возраст. Астероиды образовались 4,6 миллиарда лет назад! Но некоторые SNC поразительным образом оказываются на три миллиарда лет моложе. Это дает и верхнюю границу датировки эпохи, в которую в родительском мире SNC, возможно, было свободное протекание воды.

Получается, что шерготтиты, нахлиты и шассиньиты образовались где-то в Солнечной системе – исключая, конечно, Землю – где в геологически недавнюю эпоху существовала магматическая и гидротермическая активность. В вулканически активном мире! В присутствии воды! Поэтому астероиды решительно не годились на роль их возможной родины. Число потенциальных материнских тел, где могли появиться SNC-метеориты, сократилось с миллиона с лишним до четырех: Меркурия, Венеры, спутника Юпитера Ио и Марса.

Процесс исключения

Поверхность Меркурия целиком состоит из магматической породы, похожей на земные базальты. С орбиты удалось сфотографировать на Меркурии множество вулканических жерл, а местами и языки застывшей лавы, залившей обширные меркурианские равнины. Это почти во всех отношениях мир, сформированный вулканизмом. Но при этом Меркурий усеян бесчисленными ударными кратерами, присутствие которых показывает, что, как и Луна, он уже миллиарды лет остается геологически мертвой планетой. Если бы Меркурий был вулканически активен в недавнем геологическом прошлом, многие из этих кратеров были бы заполнены лавой, что сделало бы их невидимыми с околомеркурианской орбиты. Поверхность Меркурия очень древняя, его базальты слишком стары, чтобы быть источником относительно юных SNC-метеоритов. Кроме того, любой камень, выброшенный с поверхности Меркурия, был бы, скорее всего, захвачен мощным гравитационным полем Солнца и вскоре нашел бы огненную гибель[24]; выбросить камень с Меркурия вглубь Солнечной системы, в сторону Земли невероятно трудно.

Итак, Меркурий отпадает. Остаются Венера, Ио и Марс.

Венера, как и Меркурий, – вулканический мир, поверхность которого почти целиком состоит из кристаллического базальта. Но, в отличие от Меркурия, Венера в целом лишена ударных кратеров, что свидетельствует о реструктурировании ее поверхности свежей лавой в относительно недавнем геологическом прошлом – возможно, около одного миллиарда или полумиллиарда лет назад. Это примерно, хотя и не идеально, соответствует возрасту кристаллизации SNC-метеоритов.

Однако плотная, мощная атмосфера Венеры, состоящая из углекислого газа, так густа, что до поверхности планеты могли бы долететь и нанести удар только очень большие тела. Причем это защитное покрывало планеты действует в обе стороны и не дает камням не только упасть на ее поверхность, но и вылететь с нее наружу. Даже если мощным ударом камень будет выброшен с венерианской поверхности с гиперзвуковой скоростью, он полностью затормозится атмосферой, еще не вылетев за пределы облачного покрова. Вышвырнуть камень с поверхности Венеры практически невозможно. Кроме того, эта планета полностью безводна – трудно объяснить, как здесь могли бы образоваться сформированные водой минералы, характерные для клана SNC.

Венера исключается. Остаются Ио и Марс.

В 1979 году космический зонд NASA Voyager 1 открыл самое вулканически активное тело в Солнечной системе. Им оказалась одна из гигантских лун Юпитера – Ио. Никому не могло прийти в голову, что спутник планеты может оказаться столь странным миром. Сотни вулканов, из которых более 150 активны и сейчас, извергали реки расплавленной породы и гигантские столбы пепла и дыма, превращающиеся на небе Ио в облака протяженностью в сотни километров. Ио – это постоянно действующий ад. Поверхность планеты, непрерывно покрывающаяся все новыми слоями магматической породы, полностью лишена ударных кратеров – как только они образуются, их тут же заливает лава.

На первый взгляд, Ио – подходящий кандидат на роль родительского тела SNC-метеоритов. У нас есть фото вулканических факелов, вырывающихся из-под ее поверхности в пространство. Вполне разумно предположить, что эти устремляющиеся вверх колонны газа и пепла могут уносить с собой и камни. И даже если забыть о вулканах, удар от столкновения и с маленьким астероидом может в отсутствие атмосферы выбросить камни с поверхности Ио в космос. Но любой камень, вылетевший с поверхности Ио, будет немедленно проглочен Юпитером с его колоссальным гравитационным полем. Бродячие камни с Ио наглухо заперты в системе юпитерианских спутников. Последний гвоздь в гроб гипотезы о том, что SNC-метеориты родились на Ио, будет вбит, если вспомнить о крайней безводности этой «галилеевой луны» – одного из самых сухих тел в Солнечной системе, на поверхности которого не заметно ни малейших следов воды.

Ио исключается. Остается только одна возможность.

Кипение идей и гипотез в космохимическом сообществе привело в конце концов к тому, что в начале 1980-х несколько групп исследователей по всему миру остановились на одной из них, казалось бы, невозможной: шерготтиты, нахлиты и шассиньиты прилетели с Марса.

Марс выглядел подходящим кандидатом во всех отношениях. Магматическая природа камней; следы существовавших в прошлом потоков воды (русла древних рек на Марсе сфотографированы с орбиты); недавние сроки кристаллизации всех трех групп метеоритов – все указывает, что они образовались на большой и в недавнем прошлом активной планете. И все-таки идея выглядела невероятной, и далеко не все ее признали.

Дело в том, что к тому времени не было обнаружено ни одного метеорита, который образовался бы на каком-либо другом небесном теле, помимо астероида. Правда, это изменилось в 1982 году, когда метеорит Аллан Хиллс 81005 был однозначно «привязан» к лунной поверхности в результате сравнения с образцами лунного грунта, доставленными астронавтами с Apollo. Аллан Хиллс 81005 доказал, что камни могут уцелеть при выбрасывании с поверхности больших родительских тел.

И все же приходилось признать, что доказательства марсианского происхождения SNC-метеоритов были, хоть и убедительными, но лишь косвенными. Логическая цепочка, приводившая к этому выводу, напоминала скорее построения Шерлока Холмса, чем привычные ученым соображения, связанные с химией или изотопами. Ведь, что ни говори, ни один марсианский камень не был проанализирован в химических лабораториях Земли – прямое сравнение было невозможно. Однако химический анализ марсианского грунта в конце концов был выполнен – в марсианских, а не в земных лабораториях. Это были лаборатории марсоходов.

Открытие на льду

Пока в средних широтах Земли разворачивалась драма поисков происхождения метеоритов клана SNC, на краю света антарктические исследователи обнаружили камень, которому суждено было изменить все. На голой поверхности ледяного щита лежал метеорит размером с крупное яблоко. Кое-где сквозь черную кору плавления проглядывала беловато-серая порода, но в целом он не казался каким-то особенным. Данное ему имя состояло из названия участка Восточно-антарктического ледяного щита, на котором он был обнаружен, года и номера находки в этом году: Слоновья Морена 79001. Камень был классифицирован как шерготтит и, как все шерготтиты, состоял из плотно прилегающих друг к другу магматических кристаллов вперемешку с прожилками вулканического стекла, образовавшимися в результате мощного удара.

Понимая, что этот метеорит принадлежит к особой группе, космохимики Космического центра им. Джонсона поставили перед собой трудную и интересную цель: при помощи печи, объединенной с масс-спектрометром, выделить микроскопические количества газа, попавшего внутрь камня при ударе, и измерить его точный химический состав. Ученые надеялись, что это подскажет им, где такой метеорит мог образоваться.

Отколов от Слоновьей Морены 79001 маленький фрагмент с явными признаками перенесенного ударного воздействия, космохимики поместили его в свою миниатюрную печь и при помощи целого набора мощных насосов выкачали воздух из установки. Даже микроскопические количества земного воздуха помешали бы обнаружить еще меньшее количество газа, заключенного в шерготтите. Эксперимент необходимо было провести в вакууме, близком к космическому.

Экспериментаторы медленно повышали температуру внутри миниатюрной печи, и из камня начал выделяться газ. Больше всего ученых интересовала смесь благородных газов. После освобождения из своей кристаллической темницы газ через систему тщательно изолированных трубок поступал в спектрометр для точной химической идентификации. Как и ожидалось, первая порция газа, выделенного веществом метеорита, была земным воздухом, поглощенным поверхностью камня, – состав газа был полностью идентичен земной атмосфере. Ничего интересного.

После того как земной воздух был полностью удален из камня при умеренном нагреве, космохимики продолжали повышать температуру в печи. Порода стала медленно размякать, потом начала светиться, затем плавиться. По мере увеличения нагрева микроскопические пузырьки газа в камне высвобождались и выходили в камеру вакуумированной печи, откуда им предстояло попасть в спектрометр. Свидетельствуя о своем небесном происхождении, газ, выделившийся из кристаллов, обнаруживал в своем составе смесь благородных газов, не похожую ни на что, встречающееся на планете Земля. Но эта смесь оказалась очень похожей на другую, которую за семь лет до этого уже измеряли – только не космохимики на Земле, а автоматы на Марсе.

Тогда «Викинг 1» втянул в свои механические легкие марсианский воздух и измерил состав коктейля элементов и их изотопов в марсианской атмосфере. И вот теперь состав газа, запертого в метеорите Слоновья Морена 79001, оказался таким же, как у газа, проанализированного «Викингом». В Слоновьей Морене 79001 хранились пузырьки марсианского воздуха.

Вывод был неизбежным, хоть и поразительным. Слоновья Морена 79001, как и другие шерготтиты, был кусочком Марса. То же самое приходилось сказать о Нахла и Шассиньи, связанных с шерготтитами общностью пропорций изотопов кислорода. Шерготти, Нахла, Шассиньи и все остальные метеориты клана SNC были фрагментами почвы Красной планеты, когда-то каменным дождем упавшими с неба на поверхность Земли. Они были частью Марса.

С этого момента шерготтиты, нахлиты и шассиньиты стали называться «марсианскими метеоритами». Они остаются одной из двух групп метеоритов, родительское тело которых мы считаем точно установленным; вторую такую группу составляют метеориты лунные. Даже HED-метеориты, которые, вероятно, происходят от астероида Веста, мы связываем именно с этим астероидом лишь по косвенным признакам. Это значит, что только для примерно 650 (на момент написания книги, около 400 лунных и 250 марсианских) из 60 000 известных науке индивидуальных метеоритов мы можем с уверенностью указать материнское тело. Отыскать родительские тела всех остальных 59 000 с чем-то метеоритов – одна из самых сложных задач космохимии, поскольку практически все они являются сравнительно маленькими астероидами.

Шерготтиты, нахлиты и шассиньиты сделали для Марса то же, что образцы лунного грунта с Apollo сделали для Луны: превратили свое материнское тело в «место с историей». Попав на Землю, марсианские метеориты физически связали нас со своей Красной планетой, за странствиями которой по небу сотни тысячелетий задумчиво следили наши предки.

Рассказ о метеоритах с Марса будет неполон без истории об одном из самых противоречивых из когда-либо найденных метеоритов: Аллан Хиллс 84001. После продолжавшихся шестнадцать миллионов лет скитаний в межпланетном пространстве этот камень упал на Землю в Антарктике и был подобран на ледяном щите в 1984 году. К метеориту тут же вспыхнул интерес. В полевом журнале к записи о находке (серовато-зеленый ахондрит) сделана приписка «охренеть». Вместе с остальным метеоритным «урожаем» этого года прямоугольный камень был доставлен в Космический центр им. Джонсона для классификации и исследований.

Под черной обуглившейся коркой обнаружилась каменная порода, в основном состоящая из мозаики тесно прилегающих друг к другу полусантиметровых кристаллов ортопироксена. Это была магматическая порода, образованная глубоко под поверхностью планеты, где охлаждавшиеся кристаллы разрастались до огромных размеров. Аллан Хиллс 84001 тоже был с Марса.

Уникальный кусочек Марса

Однако геологические характеристики метеорита Аллан Хиллс 84001 оказались совсем не похожими на характеристики шерготтитов, нахлитов и шассиньитов. Он был гораздо более примитивным и менее геологически проэволюционировавшим, чем остальные марсианские метеориты. Он представлял совершенно новый тип марсианского метеорита, который выкристаллизовался глубоко внутри марсианской коры. В этом он был – и остается – уникальным.

Аллан Хиллс 84001 на два миллиарда лет старше всех остальных марсианских метеоритов – возраст его кристаллизации, 4,1 миллиарда лет, ошеломляет. Это всего на 500 миллионов лет позже времени формирования Солнечной системы и на миллиарды лет больше, чем у любого из марсианских метеоритов. Этот камень образовался в древней вулканической системе Красной планеты.

После того, как из материнской магмы сформировались массивные кристаллы, камень испытал воздействие мощного метеоритного удара. Его изначальная магматическая структура была частично разрушена, кристаллы минералов расколоты огромным давлением, а ударные волны образовали в массе породы разломы, наполненные осколками кристаллов. Аллан Хиллс 84001 нес на себе следы частичной деформации и был весь покрыт трещинами.

Но у метеорита Аллан Хиллс 84001 были и более глубокие тайны. Раз он образовался в таком давнем прошлом, ясно было, что он может рассказать и о том, как выглядел Марс на заре его геологической истории. Фотографии с борта орбитальных станций, запущенных к Марсу, свидетельствовали, что в глубоком прошлом на поверхности планеты было много воды – океаны, реки, их дельты. Анализ Аллан Хиллс 84001 мог помочь в дальнейшем исследовании древней марсианской среды. Ведь этот камень образовался не на том Марсе, каким мы знаем его сегодня, – он возник, когда Марс мог выглядеть очень похожим на нынешнюю Землю. Огромные водопады обрушивались в каньоны; реки текли в древние озера; каменные бассейны обрамляли берега морей.

Следы марсианских вод заметны в структуре метеорита Аллан Хиллс 84001. Гидротермальные потоки, насыщенные растворенными минералами, циркулировали в трещинах марсианской коры, оставляя на своем пути в породах, сквозь которые они просачивались, карбонатные прожилки, подобно тому, как накипь оседает в носиках чайников и в душевых насадках. Осажденные карбонаты заполняли трещины в Аллан Хиллс 84001, как цемент заполняет промежутки между плитками. Температура, при которой эти карбонаты осаждались, точно не известна – возможно, она не превышала температуры горячей воды в ванне. Время осаждения карбонатов было определено по двум независимым изотопным атомным часам – не более 100 миллионов лет после первоначальной кристаллизации камня.

Итак, вода, циркулирующая по трубчатым пустотам внутри породы; возможность умеренно теплых подземных температур; свойства поверхности планеты, возможно, напоминающие Землю. Флот марсианских космических зондов и находки марсианских метеоритов открыли реальную возможность того, что в глубоком прошлом на Марсе могли существовать условия, благоприятные для развития жизни.

В 1996 году группа исследователей под руководством астробиолога Дэвида Маккея выступила в журнале Science с шокирующими заявлениями.2 Эта публикация вошла в историю космохимии как одна из самых знаменитых (хотя скорее в скандальном смысле). Маккей и его восемь соавторов отделили от Аллан Хиллс 84001 несколько крошечных фрагментов и при помощи комплекса мощных электронных микроскопов Космического центра им. Джонсона исследовали структуру камня на невообразимо малых масштабах. И когда стали выявляться детали размером в нанометры, на первый план неожиданно вышли очень странные геологические особенности.

Маккей и его группа обнаружили внутри метеорита Аллан Хиллс 84001 микроскопические количества органических соединений. То, что они отсутствовали в покрывающей камень коре плавления, доказывало их марсианское происхождение: если бы они были результатом загрязнения камня земными формами жизни, происшедшего за те 13 000 лет, которые он пролежал на поверхности Восточно-Антарктического ледяного щита, они проникли бы и в его поверхностные слои. Но органика находилась только внутри метеорита, причем не была случайно распределена по всему камню, но появлялась только в гидротермических прожилках. Эти сложные органические молекулы были в некоторых отношениях химически подобны углистым звездным смолам.

Внутри гидротермических каналов на карбонатных поверхностях в органику иногда были густо вкраплены минералы странной удлиненной формы. Некоторым эти безобидные пузырьки казались крохотными яйцевидными шариками или длинными крупинками дробленого риса. Но Маккею и его сотрудникам они представлялись чем-то совсем иным – окаменелыми останками давно погибших микробов.

Не занесенные извне, а изначально содержавшиеся в метеорите органические молекулы; шарики в форме микробов; совпадение времени образования метеорита с периодом, когда по поверхности Марса и сквозь его породы текли потоки воды. Все это убеждало Маккея и его группу: несмотря на ничтожные размеры этих напоминающих рисовые зерна шариков – не длиннее 100 нанометров, – их скопления нельзя было считать просто кучками прихотливо вылепленных карбонатов. Нет, они были не чем иным, как окаменевшими останками наноскопических микробов, примерно четыре миллиарда лет назад, когда кору Марса омывали теплые воды, застывших внутри карбонатных прожилок камня, который потом стал метеоритом Аллан Хиллс 84001. А органические молекулы, говорил Маккей, были запертыми в камне химическими следами жизнедеятельности этих микробов. Короче, группа Маккея объявила, что нашла в марсианской породе окаменевшие остатки жизни – первое доказательство существования жизни вне Земли.

Президентский камень

Статья произвела сенсацию. Возможная находка марсианской жизни взорвала общественное сознание. Заголовки газет кричали о жизни на Красной планете. Фотографии предполагаемых марсианских нанобактерий переполняли страницы прессы и не сходили с телеэкранов. Масштаб события был таким, что президент США Билл Клинтон устроил на Южной лужайке у Белого дома посвященную этой новости пресс-конференцию перед скопищем журналистов и телекамер. В то время ажиотаж вокруг миссии Apollo и «космической гонки» начал спадать, общественный и политический интерес к космическим исследованиям несколько поутих, но когда метеорит Аллан Хиллс 84001 стал темой выступления президента, этот интерес разгорелся с новой силой.

В научном сообществе тут же вспыхнули споры. Большинство ученых были (вполне обоснованно) настроены скептически. К проблеме метеорита Аллан Хиллс 84001 сразу же было привлечено внимание лучших умов космохимии. И неудивительно, ведь в истории науки трудно найти пример, чтобы новая идея была принята на основе одной-единственной публикации, особенно если эта идея касается вопроса столь огромной важности – открытия жизни на Марсе.

Большие сомнения сразу же – и это понимали участники группы Маккея – вызвали размеры «ископаемых микробов». Они были крохотными – гораздо меньше почти всех известных форм жизни на Земле, ископаемых или живых. Правда, некоторые утверждали (и продолжают утверждать), что марсианская жизнь могла развиваться совершенно не так, как земная; возможно, на Марсе клеточная жизнь таких микроскопических масштабов чувствовала себя вполне удобно, а считать, что она должна выглядеть в точности, как на Земле, – признак ограниченности ума. Возможно. Тем не менее на Земле организмы таких размеров выглядят в высшей степени необычно и практически неизвестны в палеонтологии, что вызывает серьезные и обоснованные сомнения по поводу природы «наноископаемых» в метеорите Аллан Хиллс 84001. Разве не было бы естественно ожидать, что на такой планете, как Земля, где существует столь невероятное разнообразие форм жизни, тоже нашлось бы множество примеров таких микроскопических организмов?

Насчитывающая много миллиардов лет история метеорита Аллан Хиллс 84001 продолжалась и на протяжении тех 13 000 лет, которые он пролежал на поверхности Земли. Частью этой истории стал и сам акт поднятия камня с ледяного щита руками человека. Мы, люди, в наших лабораториях иногда непроизвольно изменяем хрупкую природу камня и ненамеренно вписываем в него свои собственные истории, которые бывает потом трудно отделить от изначального текста «каменной летописи». Не прошло и года после сенсационной публикации в Science, как космохимики в других лабораториях воспроизвели найденные Маккеем «микроокаменелости» в своих собственных образцах метеорита Аллан Хиллс 84001. Исследователи обнаружили, что в процессе подготовки своих образцов к разглядыванию в электронный микроскоп – а они при этом использовали те же процедуры, что и группа Маккея, – они подчеркнули некоторые естественные свойства породы, и в результате получили те же «микробовидные» структуры. Удалось даже искусственно воспроизвести отдельные участки удлиненных шариков. Становилось ясно, что «микроокаменелости» в метеорите Аллан Хиллс 84001 действительно были продуктом жизнедеятельности, но не марсианской, а земной: говоря более конкретно, они были продуктом человеческого воображения.

Даже присутствие органических молекул в марсианских метеоритах не является веским доказательством существования жизни. Хотя циклические углеродные цепи в метеорите Аллан Хиллс 84001 и составляют головокружительное открытие, триумф аналитической космохимии, это все же относительно простые молекулы. Им очень далеко до химической усложненности «звездной смолы» в углистых хондритах. И еще более непроходимая пропасть отделяет сложность «звездной смолы» от химии настоящей жизни. Все известные нам формы жизни построены на сложных органических соединениях, но их наличие еще не означает жизни.

Пока не найдено решающего доказательства, которое бесповоротно исключило бы возможность биологического происхождения странных форм в метеорите Аллан Хиллс 84001. Но, как говаривал Карл Саган, «экстраординарные утверждения требуют экстраординарных доказательств». Наука зиждется на скептицизме и исключительно высоких стандартах непротиворечивости и воспроизводимости доказательств. Все научные гипотезы пропускаются через жесткую систему сдержек и противовесов. Идеи свободно обсуждаются – и письменно, в журнальных статьях, и в личном общении на ежегодных конференциях и симпозиумах – и выживают только те из них, которые способны пройти всестороннюю проверку коллективного научного разума.

Утверждения об открытии ископаемых микробов в марсианском метеорите требуют самых экстраординарных, самых сильных доказательств. Таких доказательств нет. Свидетельства, записанные в геологической ткани метеорита Аллан Хиллс 84001, в лучшем случае неоднозначны. Большая часть мирового космохимического (и биологического) сообщества остается не убежденной выводами Маккея и его группы.

Аллан Хиллс 84001 служит предостережением о том, что мы иногда видим то, что надеемся увидеть. Обмануть себя очень легко. Природа во всей своей великолепной сложности творит множество объектов странной формы, и некоторые из них действительно напоминают останки когда-то существовавших форм жизни – даже оставаясь полностью небиологическими. Одной только внешней формы недостаточно, чтобы идентифицировать ископаемую жизнь на микроскопическом уровне.

* * *

31 января 2014 года, когда на Марсе наступала ночь, марсоход NASA Curiosity сфотографировал марсианское небо. Солнце закатилось за горизонт восемьдесят минут назад, и небосвод позади круглящихся на горизонте холмов быстро чернел. На нем ярче всех остальных звезд сияла, как маяк, голубая точка. Если бы камеры Curiosity фотографировали эту яркую звезду от ночи к ночи, стало бы заметно, что она медленно смещается по небу относительно неподвижного рисунка созвездий. Наши предки называли такие светила блуждающими звездами. Голубой маяк на небе был планетой. Это была Земля.

На Марсе есть и небо, и горизонт. Ветер несет песок по его поверхности. Иногда почва покрывается холодным белым инеем. Солнце садится за закругленные силуэты дюн и гор, и каждый холмик отбрасывает длинную тень. На почве и под ней лежат камни, в каждом из которых записана история Марса, так же как в земных камнях записана история Земли. Роботы-исследователи, которых мы посылаем сюда просеивать красноватый марсианский грунт и переворачивать камни, – наши разведчики. После них мы прилетим сюда сами.

За очень короткое время мы далеко продвинулись по пути превращения в межпланетные существа. Наши успехи в исследовании космоса привели к тому, что сейчас мы готовы снова отправиться к Луне и полететь к более далеким планетам. Мы посетим другие миры – сначала ненадолго, но в конечном счете поселимся там навсегда. Мы оставим наши следы на песке других планет, увидим, как Солнце заходит за их горизонты, как наши тени ложатся на неведомую, не нанесенную ни на какие карты землю. Мы никогда не забудем, откуда мы пришли, наша покрытая океанами прекрасная голубая Земля будет сиять нам с неба, но некоторые из наших потомков будут называть своим домом какую-то другую планету. Вполне возможно, что кто-то из этих людей уже родился и живет среди нас.

Когда мы извлекаем из-под красных марсианских песков камни и читаем записанную в них геологическую историю, нам открывается повесть столь же прекрасная, как и та, что записана в камнях Земли. Шаг за шагом мы восстановим весь ход геологической и климатической истории Марса, расширяя границы нашего понимания и узнавая о том, какими путями может идти развитие планет на гигантских временных масштабах. Мы обшарим вулканические равнины Марса в поисках камней, похожих на шерготтиты, нахлиты и шассиньиты, и в конце концов найдем точное место на его поверхности, откуда эти метеориты отправились в свое продлившееся десятки миллионов лет межпланетное путешествие к Земле.

В будущих книгах по марсианской истории сохранится память о тех, кто первым проделает этот путь в обратном направлении – с Земли на Марс. Искореженные обломки спускаемых аппаратов «Марс 2» и «Марс 3» станут местом паломничества, символами упорства и настойчивости, напоминающими о том, как трудны были первые попытки межпланетных полетов. Места посадки марсоходов NASA – первых автоматических исследователей Марса – будут окружены таким же преклонением, как самые священные места на Земле; здесь появятся и памятники на месте посадки «Викингов», и мемориальный комплекс «Opportunity», и музей науки «Curiosity», и Музей марсианских исследований. Центральное место в каждом из этих музеев будут занимать металлические шасси древних марсоходов. А там, где вблизи теплозащитного экрана «Opportunity» был найден метеорит, будет открыт марсианский Центр космохимии (я втайне надеюсь, что там найдется место и для концертного зала).

Из 60 000 небесных камней, которыми мы сейчас располагаем на Земле, меньше 300 марсианского происхождения. Это одни из самых редких, ценных и важных для науки камней, известных человечеству.

Но они являют собой нечто гораздо большее, чем просто объекты, представляющие научный интерес. Марсианские метеориты дают нам единственную (на сегодняшний день) возможность досконально, во всех подробностях исследовать породы Красной планеты. Благодаря этим камням и еще флоту марсоходов мы нашли ответы на вопросы о яркой красной звезде, украшающей наше небо, вопросы, которыми люди задавались еще в древности. О четвертой от Солнца планете еще очень многое предстоит узнать, но марсианские метеориты уже частично открыли для нас некоторые увлекательные секреты, полная разгадка которых таится под поверхностью планеты. Марсианские метеориты – это, по сути, кусочки нашего будущего дома.

10. Рассказы о бедствиях

Это случилось шестьдесят шесть миллионов лет назад, в конце мелового периода. В тишине и спокойствии лесов, заросших папоротником под колышущимися хвойными кронами, ничто не предвещало катастрофы, которая вскоре должна была обрушиться с неба. Продолжавшаяся 180 миллионов лет эра господства динозавров на планете – в нашем двадцатичетырехчасовом геологическом дне она длилась всего один час – приближалась к концу.

После межпланетного путешествия из пояса астероидов малая планета поперечником около двадцати километров столкнулась с Землей. Атмосфера, конечно, не могла ее затормозить, и она на гиперзвуковой скорости врезалась в земную поверхность. Энергия, эквивалентная сотням миллиардов атомных взрывов, выделилась за одно мгновение. И наступил Армагеддон.

Вызванная взрывом сейсмическая волна прошла по окружающим территориям, как рябь от камня, брошенного в озеро, пробегает по гладкой поверхности воды. На ее пути почва разлеталась на части. Тысячи триллионов триллионов тонн твердых пород были оторваны от земной коры и выброшены вверх гигантскими блоками вместе с фонтанами расплавленной магмы и шипящими струями газа. В точке падения температура взлетела выше 20 000 °C, раза в три выше, чем на видимой поверхности Солнца. Скальные породы, которые приняли на себя удар, мгновенно превратились в газ, распавшись на составлявшие их атомы.

Энергия взрыва и стремительно расширяющегося газа подняла высоко в воздух стену из камня, которая стала разлетаться во все стороны от места падения в пятнадцать раз быстрее скорости звука: стоя за пять километров оттуда, вы были бы уничтожены этим огненным валом и полностью распылены на атомы за четырнадцать секунд до того, как на это место обрушился оглушительный рев взрыва. Стена обломков состояла из булыжников размером с многоэтажный дом. Через несколько секунд миллиарды тонн камня рухнули на искореженную почву и засыпали ее толстым слоем.

Хаотическое нагромождение фрагментов породы – от скал величиной с дом до пылевых холмов, под каждым из которых легко мог бы поместиться весь Лондон, – покрыло окружающий рельеф во всех направлениях. Пелена пыли надолго осталась висеть в воздухе. На земной поверхности образовался зияющий кратер, заполненный светящимся озером расплавленного камня вперемешку с кусками твердой породы. Он выглядел как врата преисподней. Огромные каменные бомбы валились с неба, а ввысь поднимался гигантский столб пепла, который, однако, в конечном счете тоже прибивало к земле – начиная с первых минут и в течение многих часов и дней после взрыва густые хлопья пепла непрерывно засыпали все вокруг. Сквозь трещины и каналы из этого слоя раскаленного пепла вырывались струи горячего газа, и пока он медленно остывал, пепел прикипал к лежащему под ним слою камня. Атмосфера над эпицентром взрыва была тоже раскалена: огненный шквал бушевал над большей частью планеты. Экосистема Земли была обращена в пепел; леса повалены; по океанам бродили цунами. Еще примерно год после столкновения пелена сажи и пепла не пропускала свет Солнца к земной поверхности. В лишенных света листьях растений прекратился фотосинтез, что разрушило самую основу пищевой цепочки. Вброшенные в атмосферу частицы серы привели к выпадению интенсивных кислотных дождей, а это, в свою очередь, вызвало рост содержания кислоты в океанах; в результате вся морская экосистема планеты оказалась перевернутой вверх дном. Глобальные температуры упали по крайней мере на несколько градусов Цельсия, что привело к массовой гибели популяций. В частности, климатические изменения стали причиной исчезновения динозавров. Событие такого апокалиптического масштаба оставило неизгладимый след в «каменной летописи» Земли, который теперь легко прочитывается средствами современной науки.

Разделительная линия в каменной летописи

Если рассмотреть последовательность скальных пород по обе стороны от уровня, датируемого шестьюдесятью шестью миллионами лет назад, мы увидим, что тонкий слой осадочных пород резко разделяет два различных геологических структурных типа. Под этим тонким слоем породы содержат ископаемые останки динозавров, а выше него таких окаменелостей не встречается. Только что в одном слое они попадались в изобилии – и вот в следующем их уже нет. Все выглядит так, будто динозавры исчезли в геологическом смысле мгновенно. Пограничный слой породы, отмечающий точку во времени, после которой динозавры внезапно исчезают, разделяет два больших периода в геологической истории Земли: меловой период (от 145 до 66 миллионов лет назад) и палеоген (от 66 до 23 миллионов лет назад).

И динозаврами, конечно, дело не ограничилось. Сметены с лица земли оказались целые виды морских организмов (таких как спиральные аммониты); резко сократилось разнообразие растений. Это было массовое вымирание в планетарном масштабе. По разнообразию форм жизни на Земле был нанесен страшный и внезапный удар, который остается одной из крупнейших катастроф в истории земного древа жизни с момента его возникновения около четырех миллиардов лет назад. Это массовое вымирание обозначается по названиям двух геологических периодов, границей между которыми оно стало: мел-палеогеновое или сокращенно K-Pg вымирание[25].

Несмотря на то что глобальная катастрофа в истории биологического разнообразия ясно читается в палеонтологической летописи, причина мел-палеогенового вымирания долго оставалась загадкой. А разгадка пряталась у всех на виду – записанная в «каменной летописи», она оставалась непреодолимо сложной для прочтения. Предлагались самые разнообразные гипотезы: изощренные (такие как накопление постепенных изменений мирового климата, которые незаметно подвели биосферу Земли к критической точке), экстравагантные (например, внезапный слив в соленые океаны Земли гигантского пресноводного озера, что привело к резким изменениям в экосистеме), межзвездные (близкая вспышка сверхновой, обрушившая на Землю поток смертоносного жесткого излучения). Но физических доказательств для подтверждения какой-либо гипотезы было явно недостаточно, и они оставались в лучшем случае умозрительными.

Однако в 1980 году камни наконец заговорили. Четверо ученых из Калифорнийского университета – физик (Луис Альварес), геолог (его сын Уолтер) и два химика (Хелен Мишель и Фрэнк Азаро) – определили химический состав тонкого слоя отложений, разделявшего меловые и палеогеновые породы. Мел-палеогеновая граница, как подсказывала логика, соответствовала отложениям, образовавшимся примерно в одно время с эпохой вымирания, и следы, указывающие на причину катастрофы, с большой вероятностью следовало искать именно здесь. Если в каком-либо слое отложений такие следы вообще сохранились, то наверняка именно в этом.

Группа выбрала для исследования породы из ущелья в Умбрийских Апеннинах в Северной Италии и из шхер Стевнс Клинт близ Копенгагена в Дании. В обеих этих точках прекрасно сохранилась последовательность осадочных слоев, охватывающих как меловой период, так и палеоген. Но главное, ученым удалось выделить тонкий – толщиной всего в сантиметр – слой камня, который разделял эти две геологических эпохи.

В лаборатории обнаружилась странная особенность состава этого слоя: он содержал большое количество редкого химического элемента иридия. В лежащем на земной поверхности камешке размером с кусочек сахара, как правило, содержится одна миллиардная доля грамма иридия; в веществе мел-палеогеновой границы его оказалось в несколько сот раз больше! Это было совершенно необычно. Чтобы удостовериться в отсутствии ошибки, группа измерила содержание иридия в породах с обеих сторон от пограничного слоя. Но странный «иридиевый пик» отмечался только в тонком мел-палеогеновом пограничном слое. То, что вызвало массовое вымирание, должно было иметь какое-то отношение к иридию.

Иридий – сидерофильный элемент. Четыре с половиной миллиарда лет назад, когда Земля была расплавленным адом, почти весь находящийся на планете иридий вместе с железом опустился в ее металлическое ядро. В скальных частях нашей планеты – мантии и коре – сегодня осталось лишь крошечное количество иридия. Зато он в изобилии встречается в других камнях – в метеоритах. Поэтому присутствие иридия стало первым физическим указанием на то, что в мел-палеогеновом массовом вымирании мог сыграть роль некий фактор внеземного происхождения.

Выявив многозначительную химическую связь между составом мел-палеогенового пограничного слоя и астероидами (то есть метеоритами), Альварес и его группа выдвинули гипотезу о том, что массовое вымирание было вызвано столкновением Земли с астероидом. Они доказывали, что, если астероид был достаточно большим, его удар о земную поверхность мог разрушить всю экосистему планеты, а элементы, входившие в его состав, в том числе иридий, в наступившем огненном аду рассеялись по всей Земле. Согласно расчетам Альвареса, общего количества породы, распыленной энергией колоссального взрыва в земной атмосфере, было вполне достаточно, чтобы на много лет снизить интенсивность солнечного света, доходящего до поверхности Земли. Наступившая тьма привела к глобальным изменениям окружающей среды и в критической степени подавила способность растений к фотосинтезу, разрушив тем самым основу глобальной пищевой цепочки. Быстро наступил экологический коллапс. В общем, все сходилось.

В 1980 группа Альвареса опубликовала свои данные по иридию и вытекавшую из этих данных радикальную гипотезу в журнале Science. Научное сообщество встретило эту работу весьма холодно.1 Попросту говоря, она столкнулась с всеобщим недоверием. В конце концов, говорили оппоненты, если в сравнительно недавнем геологическом прошлом на Землю обрушился удар астероида, достаточно сильный, чтобы привести к биологической катастрофе планетарного масштаба, неужели в результате все ограничилось образованием слоя осадочных пород толщиной в сантиметр, обогащенного каким-то непонятным химическим элементом вроде иридия? Неужели не осталось каких-то более заметных следов – к примеру, ударного кратера?

В 1987 году, спустя семь лет после того, как был обнаружен иридиевый слой, три геолога из Управления геологического надзора в Денвере (США) открыли в мел-палеогеновом пограничном слое исключительно редкое геологическое явление: «сотрясенный» или «шокированный» кварц.

Кварц – один из самых распространенных минералов в земной коре (к примеру, песок на морском берегу обычно состоит из измельченного кварца). Он к тому же и один из самых узнаваемых: его часто используют как полудрагоценный камень. Он обладает большой механической прочностью. Шокированный кварц химически идентичен обычному, но резко отличается своей изломанной кристаллической структурой, деформированной на атомном уровне. При разглядывании в геологический микроскоп обыкновенный кварц часто выглядит лишенным особенностей минералом без каких-либо изъянов; сотрясенный кварц испещрен бесчисленными микроскопическими трещинками. Но деформации такого прочного минерала, как кварц, на кристаллическом уровне могут быть вызваны только мощнейшим внешним ударным воздействием. Минералы мел-палеогенового пограничного слоя испытали такой удар. По сути, шокированный кварц может быть создан лишь двумя явлениями на свете: подземным ядерным взрывом и гиперзвуковым столкновением между астероидом и поверхностью планеты.

Доказательства накапливались. Похоже, мел-палеогеновое вымирание и вправду было вызвано столкновением астероида с Землей, а сантиметровой толщины слой осадочной породы, разделяющий меловой и палеогеновый периоды, – след этого события. Мел-палеогеновый пограничный слой, богатый иридием и сотрясенным кварцем, встречается везде: от Северной до Южной Европы, в Новой Зеландии, на американском Среднем Западе, в центре Тихого океана. Вещество, выброшенное взрывом, распределилось по всему земному шару – этот взрыв, очевидно, был поистине грандиозным.

Эта гипотеза, как всякая хорошая гипотеза, объясняла большую часть наблюдательных фактов: массовое глобальное вымирание; тонкий слой осадочной породы, обогащенный элементом, который обильно присутствует в небесных телах; шокированный кварц, который мог сформироваться только в результате удара[26]. И главное, из нее следовало несколько проверяемых предсказаний, наиболее очевидным из которых было существование гигантского ударного кратера. Удар такого масштаба должен был оставить заметный шрам на теле Земли! И все же никаких следов ударного кратера возрастом в шестьдесят шесть миллионов лет пока никто не обнаружил.

Начались поиски исчезнувшего кратера.

Замаскированный шрам

Еще в 1950-х годах геологоразведочные экспедиции, занимавшиеся поисками новых запасов нефти в Центральной Америке, убедились в существовании огромной кольцевой структуры близ полуострова Юкатан в Мексиканском заливе. В 1970-х два геолога выполнили повторное исследование этого района: используя современные методы построения изображений подпочвенных формаций, они составили карту малых возмущений подземных скальных структур. Полученные данные четко выявили под поверхностью Мексики обширное кольцевое образование диаметром в 180 километров. Однако, так как исследователи ничего не слышали о признаках космической бомбардировки, таких как сотрясенный кварц, они решили, что найденная кольцевая структура является остатком давно потухшего вулкана.

Спустя десятилетия, когда идея о том, что где-то на Земле должен находиться скрытый гигантский ударный кратер, проникла в умы ученых, внимание геологического сообщества снова обратилось к Юкатану. Два геолога-поисковика, которые в 1970-х впервые нанесли подземное кольцо на карту, объединились с еще пятью коллегами-геологами, и все вместе они занялись повторным анализом образцов, собранных в этом районе в те далекие времена. И на страницах «каменной летописи» Юкатана их взору открылись новые захватывающие дух подробности, не замеченные раньше.

В районе, окружающем кольцевую структуру, группа обнаружила слой каменных пород толщиной примерно в девяносто метров – что-то вроде хаотического нагромождения спекшегося пепла, смешанного с гигантскими валунами. Этот слой перемежался полостями, заполненными остывшим расплавом. Геологи с волнением заметили, что в этом хаотическом нагромождении пород содержались фрагменты минералов, носившие следы воздействия огромного давления, в том числе и шокированный кварц. Найденная порода, называемая «зювит», относилась к редчайшим на нашей планете, так как она образуется лишь в одном-единственном случае: при взрыве, обусловленном ударом из космоса. Она формируется при спекании и последующем затвердевании раскаленного пепла и обломков, выпадающих на землю после колоссального взрыва.

И все начало быстро складываться в стройную картину: кольцевая структура; хаотически разбросанные зювиты; сотрясенный кварц; иридий. «Группа семи» опубликовала результаты своей работы в журнале «Геология»,2 и в противоположность статье группы Альвареса об иридии эта публикация сразу же вызвала волну одобрения и энтузиазма. Один из ученых, рецензировавших работу, оставил под своим экземпляром текста очаровательный комментарий: «[Авторы] наконец-то нашли [K–Pg] кратер – “дымящийся пистолет”». И они действительно нашли его – кратер, возникший в день гибели динозавров.

Круглый шрам головокружительных размеров – 180 километров в поперечнике и почти тридцать в глубину (три Эвереста) – остается вторым по величине из известных на Земле ударных кратеров. Он назван по имени городка близ его центра: Чиксулуб. Он так долго ускользал от обнаружения потому, что, мягко говоря, не бросается в глаза на земной поверхности. За шестьдесят шесть миллионов лет, прошедших с момента его образования, всепожирающее геологическое время сгладило его кольцевую кромку и похоронило сам кратер под километровым слоем новых отложений. И сегодня его можно заметить, только используя современные методы построения изображений подповерхностных структур.

Если исходить из размеров кратера и энергии взрыва, мел-палеогено-вый астероид должен был иметь поперечник около двадцати километров. Камень величиной с город врезался в Землю на гиперзвуковой скорости. При столкновении такого масштаба выделяется энергия, несравнимая ни с каким другим природным явлением, происходящим на планете, и во много раз превышающая энергию обычных геологических катаклизмов – землетрясений и вулканических извержений. Вообразить себе в полной мере такую энергию невозможно – какое-то представление о масштабе события, может быть, дает сам кратер, который протянулся бы от Бристоля до Шеффилда[27].

Луис Альварес скончался в 1989 году в возрасте семидесяти семи лет, за два года до открытия кратера Чиксулуб. Жаль, что он так и не увидел, как блестяще подтвердилась его гипотеза, – думаю, он был бы в восторге.

Атомная мерка

В 1961 году на северных границах бывшего Советского Союза был произведен самый страшный взрыв, когда-либо осуществленный нашим биологическим видом – взрыв водородной «Царь-Бомбы». Она была в 3 ООО раз мощнее бомбы, в 1945 году сброшенной на Хиросиму, бомбы, которая вызвала такие разрушения и унесла столько жизней. Мощь Царь-Бомбы трудно представить себе даже с цифрами в руках – зная, что грибовидное облако после взрыва поднялось в небо на 70 километров (в семь раз выше Эвереста), что стекла из окон вылетали на расстоянии в 900 километров от эпицентра и что вызванное взрывом землетрясение трижды обежало планету. Вот лишь одна подробность: запалом для такой водородной бомбы послужил такой же ядерный заряд, как и взорванный в Хиросиме. Представьте, какой силы должен быть взрыв, если «обычная» атомная бомба служит для него лишь детонатором. Это какой-то чудовищный гротеск.

Царь-Бомба – хорошая мерка, с которой можно сравнивать энергии, высвобождаемые при падении астероидов.

Круги

Столкновение с телом диаметром около 120 метров – примерно как знаменитое лондонское колесо обозрения «Око Лондона» и чуть меньше, чем «потенциально опасный объект» по классификации NASA – привело бы к мгновенному выделению энергии трех Царь-Бомб. В земной коре образовался бы кратер поперечником около 1,6 километра. За 75 тысяч лет, которые прошли с тех пор, как люди начали рисовать на стенах своих пещер, Земля испытала с полдюжины таких ударов.

В межпланетном пространстве намного больше маленьких астероидов, чем крупных, поэтому с ростом размеров тел вероятность их столкновения с Землей быстро уменьшается. Представим себе на минутку астероид диаметром около 300 метров, то есть размером с Эйфелеву башню. Такие тела сталкиваются с Землей в среднем раз в 80 000 лет, а это означает, что с тех пор, как на Земле появился человек современного типа, наша планета испытала пару подобных событий. Столкновение с объектом такого размера – по стандартам NASA они формально относятся к «опасным» – оставило бы после себя кольцевой кратер чуть меньше шести километров в диаметре. В нем мог бы поместиться городок средних размеров. Выделилась бы энергия, эквивалентная сорока шести Царь-Бомбам.

Если бы на Землю обрушился один из 900 потенциально опасных астероидов поперечником более километра, энергия взрыва составила бы уже 1 600 Царь-Бомб, а диаметр кратера – шестнадцать километров. Внутри такого кратера свободно мог бы расположиться большой город. На таких масштабах даже Царь-Бомба уже становится незначительной и не годится в качестве мерки – теперь мы должны думать о воздействии взрыва на всю планету в целом.

Возможно, самый поразительный пример ударного кратера на Земле – метеоритный кратер в Аризонской пустыне в США. Это чашеобразное углубление диаметром примерно в 1,2 километра выглядело бы вполне уместно на поверхности Луны. Его кольцевая кромка возвышается над лежащей вокруг плоской пустынной равниной, обрываясь ко дну кратера почти 200-метровой отвесной скальной стеной. С высоты Аризонский метеоритный кратер выглядит, как будто кто-то уронил гигантский шарик от подшипника на мягкий пластилин (в таком сравнении нет ничего удивительного, так как именно это, только в очень большом масштабе, и произошло). Внутри же кратера у вас легко может разыграться приступ клаустрофобии – горизонт, куда ни посмотри, со всех сторон подступает слишком близко.

Пустыня, окружающая кратер, засорена обломками метеоритного железа. За последние тысячелетия люди – начиная с американских индейцев, почитавших куски странного металла священными, – собрали его здесь несколько тонн. Все эти осколки железного метеорита носят общее название Каньон Дьявола, по имени ущелья рядом с кратером. Это металлические обломки главного метеоритного тела, оторванные от него во время полета сквозь атмосферу. В момент контакта с почвой поперечник главного тела составлял всего сорок метров, но так как оно состояло из железа (то есть было вдвое тяжелее, чем обыкновенный камень такого же размера), здесь, посреди Аризонской пустыни, его невозможно было спутать ни с чем. Массовый сбор обломков метеорита Каньон Дьявола начался в конце XIX века; по стечению обстоятельств, один такой обломок попал в химическую лабораторию Клера Паттерсона, и именно на нем Паттерсон выполнил свои измерения количества первичного свинца, которые впервые позволили вычислить точный возраст Земли.

Случай с Каньоном Дьявола – Аризонским метеоритным кратером – выглядит странно потому, что найти сохранившиеся обломки столкнувшегося с Землей астероида вблизи ударного кратера удается исключительно редко. Даже от огромного астероида, вызвавшего мел-палеогеновую катастрофу, не осталось достоверных фрагментов. Энергия, выделяющаяся при взрыве, почти всегда полностью превращает вошедший в атмосферу объект в пар, разносит его буквально на атомы и рассеивает в воздухе на огромные расстояния. Обычно следы исходного тела сохраняются только на химическом уровне. Однако «шрапнель», образовавшаяся при падении Аризонского метеорита, чудесным образом выжила в огненном полете сквозь атмосферу – дождь обломков выпал на больших расстояниях от места удара. Поскольку столкновение произошло сравнительно недавно (кратер можно назвать молодым), обломки не успели заржаветь и разрушиться в почве.

Зачастую бывает трудно найти не только сохранившиеся фрагменты небесного камня, но и ударные кратеры, образовавшиеся после столкновения с астероидом. Время быстро стирает их с поверхности планеты, не оставляя почти никаких следов: их кольцевые стенки сравниваются с уровнем почвы, внутренние чаши заполняются отложениями. Поверх их историй появляются новые геологические записи. Но все-таки до конца память о них не исчезает – геологические методы и инструменты помогают извлечь ее из-под земли.

Аризонский метеоритный кратер сравнительно невелик. По поверхности Земли, без сомнения, рассеяно еще много кратеров сравнимых с ним размеров, но не так хорошо заметных. Они терпеливо ждут, пока их разыщут пытливые геологические умы будущего. Большинство известных нам ударных кратеров никак не проявляют себя на земной поверхности: посреди ландшафта не высятся кольцевые стены, рельеф местности не содержит чашеобразных котловин и вокруг не валяются россыпи небесных камней. Истории этих кратеров записаны в «каменной летописи» гораздо менее заметными знаками – как в случае гигантского ударного кратера на полуострове Юкатан.

Нердлинген

В средневековом баварском городке Нердлинген в Германии аисты выкармливают птенцов в больших гнездах, которые они вьют на высоких и крутых крышах из красной черепицы. Город со всех сторон обнесен крепостной стеной, построенной больше 800 лет назад. В его центре находится церковь Св. Георгия. Ее великолепная девяностометровая колокольня (которую горожане любовно называют по имени – Даниэль) возвышается над лабиринтом петляющих улочек. С колокольни открывается чудесный вид на окрестные поля. Традиционная уравновешенность старинной германской архитектуры и холмистые зеленые пейзажи скрывают историю некогда случившейся здесь и записанной в подземной каменной летописи катастрофы: здесь расположен огромный ударный кратер Рис.

Примерно пятнадцать миллионов лет назад – или меньше пяти минут нашего двадцатичетырехчасового геологического дня – на этот баварский ландшафт обрушился астероид. Судя по размерам ударного кратера, его поперечник должен был составлять около полутора километров – вдвое больше нынешней Нердлингенской крепостной стены. Удар такого камня, хоть и во много раз меньшего, чем гигантский астероид Чиксулуб, все равно событие заметное. В одно мгновение при взрыве обрушившейся с неба горы выделилась такая же энергия, как при взрыве 5 500 Царь-Бомб, – и земля превратилась в ад. Миллиарды тонн каменной породы подверглись воздействию таких температур и давлений, каких никогда не могли бы вызвать земные геологические силы. Грохот взрыва разнесся на тысячу километров вокруг.

На всей окружающей территории почва вздыбилась в мощном землетрясении. Небольшие дефекты породы – попадающиеся в ней трещины или мелкий гравий – действовали как точки сопротивления ударным волнам, рикошетом их отражая и заставляя обтекать себя подобно воде, которая огибает форштевень корабля. Ударные фронты, изгибаемые в разных направлениях этими миниатюрными дефектами, деформировали скальную породу, создавая разломы, напоминающие по форме конические рожки мороженого, причем вершины этих конусов выходили из породивших их дефектов. Эти разломы, называемые «конусами разрушения», прямые улики, непреложные доказательства ударных событий, так как они могут образовываться только при крайне высоком и мгновенно действующем давлении. Есть еще только один альтернативный способ создать конусы разрушения: устроить подземный ядерный взрыв.

Конусы разрушения (их еще называют конусами сотрясения) указывают на ударный кратер не в метафорическом, а в буквальном смысле. Вершина конуса разрушения всегда направлена туда, откуда распространялась сейсмическая ударная волна, как будто на камни нанесены маленькие стрелки[28]. Составляя карты направлений, в которых ориентированы конусы разрушения в районе Нердлингена, геологи определили положение эпицентра удара: в нескольких километрах к северо-востоку от города. Здесь и произошел чудовищный взрыв и, как и породы полуострова Юкатан, скальные участки земной коры, окружающие Нердлинген, в полной мере испытали его невероятную мощь.

Когда на поверхность обрушился первый дождь каменных осколков, все они устремлялись в направлении, противоположном эпицентру удара, катясь по земле или пропахивая в ней длинные борозды, как гвозди, оставляющие царапины на доске. Этот каменный шквал сметал все на своем пути. В течение нескольких секунд каменные обломки друг за другом оставляли в породе глубокие царапины, и на открытых поверхностях, где самих обломков сегодня уже нет, эти следы все еще заметны. Это одни из самых редких и причудливых геологических структур, которые мне когда-либо приходилось видеть: направленные в разные стороны от эпицентра взрыва, как спицы велосипедного колеса, проделанные за какие-то доли секунды борозды.

Столб раскаленного пепла с каплями расплавленного камня поднялся над местом катастрофы и через несколько часов после взрыва покрыл поверхность серо-бежевым слоем зювита[29]. Из блоков этого материала сложены многие исторические здания в Нердлингене, включая и церковь Св. Георгия вместе с башней Даниэль. Нердлинген не просто выстроен внутри ударного кратера: он отчасти выстроен из этого кратера. Нердлингенским архитекторам и рабочим было невдомек, что они строят дома из одного из редчайших видов камня на нашей планете. Пользуясь им для возведения зданий, они не могли еще ничего знать о его необыкновенном происхождении и о том, сколько удивительных секретов этот камень в себе скрывает.

Когда взрывная волна от чудовищного удара прошла сквозь почву, атомные структуры в каменной породе были смяты и сжаты в самые причудливые и необычные конфигурации. В результате они мгновенно образовали новые невиданные сочетания. Появились экзотические минералы, вроде шокированного кварца. Были среди них и алмазы. В зювитовые блоки, из которых построены нердлингенские дома, вкраплены бесчисленные микроскопические бриллианты, различимые в мощные микроскопы.

Поистине таких городов, как Нердлинген, больше нет.

Тектиты

Ливень осадков, вызванных юкатанской и баварской катастрофами, конечно, не был ограничен территориями, непосредственно прилегающими к ударному кратеру. Часть выброшенного взрывом расплавленного вещества выплеснулась в верхнюю часть стратосферы, на высоту около сорока километров (раза в четыре выше той, на которой летают пассажирские самолеты), и затем выпала на поверхность Земли на больших расстояниях от места удара. Капельки расплавленной породы размерами от сливы до кристаллика соли, летя по баллистической траектории сквозь атмосферу, застывали и образовывали стеклянные пузырьки и нити. Они принимали при этом всевозможные причудливые формы: одни были похожи на мраморные шарики, другие – на сплюснутые сферы, третьи – на заостренные с обоих концов стержни-«пальчики», четвертые – на вытянутые гантели. Были и бесформенные, как помятые куски пластилина. Эти странные геологические объекты, которые могли образоваться только в результате удара космического тела, мы называем «тектитами».

Спустя примерно год после открытия «иридиевого пика» два геолога из Геологического института в Нидерландах обнаружили микроскопические тектиты в мел-палеогеновом пограничном слое в Испании. Мельчайшие капельки застывшего расплава (размером с булавочную головку – не больше миллиметра в поперечнике) когда-то пролетели тысячи километров в атмосфере прежде, чем упасть на земную поверхность. Потом похожие маленькие тектиты были найдены и в пограничном K-Pg слое в Северной Дакоте, в 3 000 километров от места удара, а в 2019 году группа палеонтологов обнаружила там микроскопические тектиты, вкрапленные в жабры ископаемых пресноводных рыб.3 Подобно зловещей микроскопической артподготовке, в течение часа после удара астероида принесенные с юга тектиты раскаленным дождем пролились с небес Северной Дакоты на обитавших там животных, прежде чем те были уничтожены пожарами и землетрясением.

Большинство тектитов угольно-черного цвета со стеклянным блеском. Однако химический состав расплавленной баварской породы оказался иным: европейские тектиты, образовавшиеся при ударе в Нерлиндгенском Рисе, при остывании превратились в полупрозрачные зеленоватые капли, напоминающие бутылочное стекло. Уникальный цвет и характерный глянец отличают их от всех остальных тектитов. Они называются «молдавитами» и высоко ценятся среди ювелиров и собирателей минералов. Молдавиты находят обычно в Чехии, к востоку от ударного кратера Нерлиндген Рис, при этом ни к западу, ни к северу, ни к югу от него они не встречаются. Это наблюдение объясняется просто: астероид, который упал на территорию нынешней Баварии пятнадцать миллионов лет назад, должен был войти в атмосферу Земли под острым углом с запада, и большая часть продуктов взрыва выпала в виде осадков к востоку от места падения.

Огромные расстояния, на которые разлетелись тектиты, и поразительная высота, на которую они были подняты, свидетельствуют о колоссальной мощности взрыва. Молдавиты находят более чем за 300 километров от ударного кратера Рис – дальше, чем от Глазго до Лидса[30]. Но, как это ни ужасно, тектитообразные субстанции порождаются не только бродячими астероидами.

16 июля 1945 года в пять часов двадцать девять минут и сорок пять секунд утра (по местному времени) в пустыне штата Нью-Мексико в США была успешно испытана новая технология производства взрывов, энергии которых достаточно, чтобы покончить с человеческой цивилизацией. Под кодовым названием «Тринити» («Троица») был взорван первый образец ядерного оружия массового уничтожения. Это событие обозначило один из самых значительных поворотных пунктов в двухсоттысячелетней истории нашего биологического вида: впервые человечество создало экзистенциальную угрозу своему собственному существованию.

В ядерной бомбе «Троица» была осуществлена цепная ядерная реакция, в результате которой менее чем за секунду выделилась энергия, эквивалентная 21 000 тонн тротила (по сегодняшним стандартам ядерного оружия это выглядит весьма скромно). В качестве взрывчатки использовалась смесь плутония-239^4 и урана-235. После взрыва ядро бомбы, весившее всего-навсего шесть килограммов, образовало поднявшееся в небо на двадцать километров грибообразное облако, температура которого была выше, чем на поверхности Солнца.

Энрико Ферми, ученый, разрабатывавший эту бомбу в рамках Манхэттенского проекта, так описывал разрушения в эпицентре взрыва: «воронка радиусом в 400 ярдов, покрытая зеленой стекловидной массой, образовавшейся из расплавившегося и снова затвердевшего песка».

В окрестности эпицентра взрыва верхний слой песка пустыни мгновенно расплавился и спекся в жутковатого вида зеленое стекло – его с тех пор стали называть «тринититом». Оно формируется примерно так же, как и тектиты: в результате мгновенного и полного расплавления породы, вслед за которым происходит быстрое остывание. Но виной всему уже не бродячий камень из космоса. Это дело рук человека. Мы сделали это.

Мы, люди, оставляем следы на мягких песках нашей планеты уже больше 200 000 лет, нацарапываем на камнях простые узоры по крайней мере 75 000 лет и создаем на каменных стенах прекрасные картины как минимум 40 000 лет. Тринитит – лишь один из многих примеров нашей человеческой власти над обликом Земли, нашей способности оставлять записи в «каменной летописи». В то же время это напоминание о том, что сейчас, сегодня мы обладаем такой же мощью, как падающие астероиды.

Канун Рождества

К счастью, не все бродячие небесные камни обладают мощью мел-палеогенового астероида или тела, после взрыва которого остался Каньон Дьявола. Большинство метеоритов, свидетелями падения которых были люди, вызывали разве что легкое смятение – вымираний планетарного масштаба не случалось. Из примерно 60 000 известных нам метеоритов в момент падения наблюдалось меньше 1300. Большинство камней были небольшими и ударялись о землю разве что с глухим стуком. Правда, в некоторых случаях шуму было несколько больше, например при падении метеоритов Альенде в 1969-м и Энсисхайм в 1492 году. Еще один метеорит, вызвавший общее смятение, упал в центральной части Англии в 1965 году.

В ночь перед Рождеством в разрывах между облаками в небе над Лестерширом появился яркий болид[31]. Как большинство метеоритов, он относился к классу обыкновенных хондритов. Пришелец из пояса астероидов был величиной примерно с индейку. Над городком Барвелл раскаленный небесный камень вспыхнул особенно ярко и развалился на части.

Жители городка, которым в этот поздний час случилось выйти из дому, говорили, что вспышка в небе сопровождалась грохотом, перешедшим в свист, а потом на улицах городка раздались звуки падения тяжелых предметов. Над Барвеллом пролился каменный дождь: обломки метеорита разбивали окна гостиных, ломали черепицу на крышах домов и пробивали дырки в мостовой. Один из горожан выскочил на улицу посмотреть, что происходит, и обнаружил, что его припаркованный у дома новенький автомобиль разбит упавшим с неба камнем. Впоследствии страховая компания отказалась возместить ему ущерб, квалифицировав происшествие как «божий промысел» (что на юридическом языке обозначает обстоятельство непреодолимой силы). Возможно, правильнее было бы назвать это «промыслом гравитации», хотя расстроенного владельца автомобиля это вряд ли бы утешило. Говорили, что он потом спрашивал местного священника, не примет ли церковь на себя его расходы, раз уж он пострадал по воле Господа, но добиться ему так ничего и не удалось.

Жители городка быстро подобрали обломки метеорита, большая часть которых затем была отправлена в Лондон, в Музей естественной истории, для хранения и научных исследований. Падение метеорита Бар-велл остается крупнейшим из когда-либо наблюдавшихся на территории Великобритании; в память об этом событии в городке установлена выгравированная на зеленой металлической пластине надпись, укрепленная на большой каменной плите (не метеоритного происхождения).

Падения метеоритов на населенные пункты происходят невероятно редко, но не надо забывать о том, что человеческие поселения в целом занимают лишь крохотную часть поверхности Земли. Большинство метеоритов тонет в океане, а те, что все же попадают на твердую поверхность, как правило, остаются незамеченными. Материальный ущерб метеориты наносят редко, а попаданий метеоритов в людей за всю историю человечества задокументировано лишь несколько.

Невезучей жертвой метеорита стала, например, Энн Ходжес из Алабамы в США. В 1954 году она как-то раз прилегла вздремнуть на диване в своей гостиной, и тут метеорит пробил крышу ее дома. Отскочив от радиоприемника, он ударил Энн в бок, оставив синяк размером в мяч для игры в регби. Метеорит, впоследствии классифицированный как обыкновенный Н-хондрит, получил официальное название Силакога по имени ближайшего города, но обычно его называют метеоритом Ходжес.

Зарегистрирован лишь один случай смерти человека в результате падения метеорита.5 22 августа 1888 года в Ираке вошедший в атмосферу Земли метеорит взорвался в воздухе и разлетелся на части. Невероятно, но факт – два обломка угодили в двух ничего не подозревавших людей, один из которых был парализован, а второй убит.

К счастью, из 40 000 тонн камней, каждый год выпадающих на поверхность Земли, большая часть приходится на мелкие камешки. Даже необычно крупный метеорит Барвелл оставил лишь маленькие выбоины на мостовых и тротуарах. И только в отдельных редких случаях громадные куски астероидной «шрапнели» обрушиваются на Землю и приносят неописуемый ущерб.

Падение в час пик

В 2013 году Вселенная жестко напомнила людям о том, какой невероятной мощью обладает даже среднего размера астероид.

Это случилось в пятницу 15 февраля 2013 года, в двадцать минут десятого утра. Кристально чистое зимнее небо над русским городом Челябинском постепенно светлело, над заснеженными равнинами всходило солнце. Морозный воздух наполнялся шумом моторов и хлопаньем дверей автомобилей – у горожан начинался обычный день, утренние хлопоты. Кто-то ехал на работу, кто-то вез детей в школу, кто-то выносил мусор. И вдруг в небе появился маленький светящийся шар. Он становился все ярче и ярче, за ним стелился плотный белый хвост. Шар несся по небу, и его сияние уже затмевало свет восходящего солнца.

Сделавшись наконец таким ярким, что на него невозможно было смотреть, шар взорвался. На несколько секунд покрытые снегом окрестности осветились вспышкой примерно в тридцать Солнц, которая была видна за 100 километров. На снег упали резкие тени деревьев, домов и людей.

Затем раздался грохот. Бум. Эхо взрыва разлетелось по зимним окрестностям. От удара взрывной волны дрогнула почва. Раскаты грохота казались нескончаемыми. Бу-у-ум. Во многих окнах вылетели стекла; на фабрике обрушилась крыша площадью в три теннисных корта; кого-то из прохожих сбило с ног. Бу-ум. Грохот стал затихать и перешел в глухие раскаты; зато стал слышен хор разом включившейся в автомобилях противоугонной сигнализации и растерянные крики встревоженных людей. Ущерб, нанесенный городу за эти последние пять секунд составил, как потом выяснилось, около 25 миллионов фунтов. А все явление в целом продолжалось с полминуты.

Совсем как в аргентинских легендах о падении метеорита Кампо дель Сьело – Небесное Поле, которое произошло примерно на четыре тысячи лет раньше, в рассказах челябинцев это явление сравнивается с падением Солнца с небес. На самом деле с планетой Земля просто столкнулся еще один большой камень. Челябинский метеорит, самый крупный за сто с лишним лет естественный объект, упавший на Землю из космоса, сразу же стал международной сенсацией.

Весь этот шум произвел обыкновенный хондрит размером с семиэтажный дом, несшийся со скоростью в двадцать километров в секунду. Когда двадцатиметровая глыба вошла в атмосферу Земли, она сразу начала тормозиться. Камень весом в двадцать тысяч тонн – три тысячи взрослых слонов – несся сквозь плотный воздух, и когда он снизился до высоты в тридцать километров над землей, то разлетелся на куски. Последовал мощный взрыв. Количество выделившейся при этом энергии было огромным: в тридцать раз больше, чем при взрыве атомной бомбы над Хиросимой в 1945 году. От взрывной волны, которая обошла весь земной шар, в Челябинске пострадала почти тысяча человек.

Обломки метеорита, покрытые лаково-черной спекшейся корой, усыпали снежный ландшафт. В основном они были маленькими, с кулак, не больше, чем у метеорита в Барвелле, но было и несколько громадных.

Падение Челябинского метеорита под разными углами засняли десятки уличных камер видеонаблюдения и множество автомобильных видеорегистраторов. Сопоставление картины полета камня в различных перспективах позволило точно определить его видимую траекторию методом триангуляции и вычислить ее продолжение. Это дало ученым и собирателям метеоритов точные сведения о месте падения гигантского камня.

Расчеты указывали на район озера Чебаркуль километрах в семидесяти к западу от Челябинска. В эти места тут же прибыли возбужденные поисковые группы, ожидавшие увидеть огромный черный камень, лежащий посреди снежной равнины. Но ничего похожего найти не удалось. Однако следы падения все же обнаружились: в толстом льду, покрывавшем замерзшее озеро, зияла восьмиметровая дыра. Метеорит пробил лед и лежал теперь в темной холодной воде на дне озера.

Спустя несколько месяцев, после того как большая часть льда, сковывавшего озеро, растаяла, поисковая группа нащупала положение метеорита с помощью сонара и профессиональных ныряльщиков. Началась операция по подъему камня. Вытащить огромную глыбу с илистого дна озера было непростой задачей: местные власти задействовали целую команду водолазов и мощную лебедку. Спустя восемь месяцев при большом стечении местных жителей и репортеров камень был поднят из глубины. Событие транслировали по телевидению. Гигантскую глыбу, покрытую почерневшей коркой оплавленного камня, довольно непочтительно вывалили на берег озера.

По метеоритным меркам она была поистине огромной. Более чем полутонный камень при взвешивании чуть не сломал весы и раскололся на три большие части. Съемки, производившиеся в тот день, хорошо передают атмосферу всеобщего возбуждения, восторга и ажиотажа. Со дна озера удалось поднять еще несколько кусков метеорита. Общее количество собранного материала приближается к тонне – по весу это шестой из зарегистрированных упавших метеоритов. Благодаря тому, что в России так много камер наружного наблюдения, а также благоприятному месту и времени падения, челябинское событие стало, возможно, наиболее тщательно задокументированным из всех метеоритных падений. Оно поразило весь мир.

* * *

Когда мел-палеогеновый астероид превратился в пар, столкнувшись с земной поверхностью, смесь химических соединений, из которых он состоял, поднялась высоко в атмосферу и распределилась по всей планете. Так в мел-палеогеновом пограничном слое появился иридий. Но химический след удара – это только начало. Природа записала историю мел-палеогеновой катастрофы на языке изотопов и, в частности, изотопов элемента номер двадцать четыре – хрома.

Мы помним, что изотопы кислорода могут быть эффективным инструментом разделения метеоритов на группы. Похожим образом можно использовать и изотопы хрома. По определению у всех атомов хрома в ядрах по двадцать четыре протона, но разное число нейтронов дает четыре различных изотопа, содержание которых меняется в систематической и предсказуемой пропорции. Но метеориты, что нас ничуть не удивляет, этому правилу не подчиняются, потому что они происходят от совершенно других планетных тел и наследуют уникальную смесь изотопов, свойственную «строительным кирпичикам» в их части пылевой туманности. У большинства групп метеоритов свой отличительный состав смеси изотопов хрома.

Оказывается, что смесь изотопов хрома в мел-палеогеновом пограничном слое резко отличается от земной. Это доказывает присутствие в K–Pg слое вещества, испарившегося при взрыве астероида. Измерив точные отношения этих изотопов в пограничном слое и сравнив их с большим набором таких отношений, определенных для различных метеоритов, имеющихся в их распоряжении, группа космохимиков из Лаборатории геохимии и космохимии в Париже сумела расшифровать информацию, содержащуюся в изотопных характеристиках столкнувшегося с Землей астероида.

Они выяснили, что астероид, который вызвал массовое мел-палеогеновое вымирание, относился к типу водосодержащих метеоритов, включающих в себя много органических веществ и отличающихся сильным запахом. Астероид, покончивший с владычеством динозавров и уничтоживший так много других форм жизни, был гигантским углистым СМ-хондритом, похожим по составу на метеорит Мурчисон.

По какой-то изощренной иронии судьбы те же небесные камни, которые, возможно, принесли на нашу планету искорки жизни, вызвали и одно из величайших массовых вымираний в геологической истории. Астероиды и метеориты – вероятные разносчики жизни, но они же и ее губители. Однако разрушение приводит к хаосу, а в хаосе кроется потенциал развития. Зияющая пустота, последовавшая за массовым вымиранием, дала прекрасную возможность для появления и эволюции новых форм жизни.

С гибелью динозавров у групп маленьких животных – землероек – появился шанс выйти из своих нор на земную поверхность. Эти миниатюрные теплокровные существа, уникальность которых в животном царстве заключалась в том, что они были живородящими, выкармливали свое потомство молоком и обладали шерстью, быстро преодолели апокалипсис и стали процветать. Это были, конечно, млекопитающие. Их быстрое разделение на разнообразные виды, которые по-разному преодолевали последствия вымирания и приспосабливались к новым условиям, через шестьдесят шесть миллионов лет привело к чудесному многообразию семейств млекопитающих, населяющих Землю сейчас – от летучих мышей до китов, от кошек до людей, и все остальное в промежутках. Все эти теплокровные, питающиеся молоком, согревающиеся шерстью существа происходят от предков, которые когда-то воспользовались возможностью заполнить экологическую нишу, созданную падением астероида вблизи полуострова Юкатан.

Без углистых метеоритов, пролившихся на Землю дождем звездной смолы, искра жизни на планете могла бы никогда не зажечься. Без углистого астероида, шестьдесят шесть миллионов лет назад разрушившего до основания экосистему Земли, жизнь пошла бы путем, который никогда бы не привел к обилию млекопитающих и в конечном счете к нашему появлению. Метеоритные удары – это один из способов, которым Природа подрезает древо жизни, позволяя новым побегам расти на нем. Своим существованием мы во многом обязаны метеоритам.

Вперед и выше

Разрушение каменной породы в такой же степени составляет предмет геологии, как и ее образование. Любая твердая порода – твердая почва у нас под ногами, которая, кажется, была всегда и будет существовать вечно, – рано или поздно раскрошится. Природа действует с абсолютным безразличием: ничто не вечно. Такие ее сущности, как камень, сущности, образованные соединением атомов, постоянно изменяющиеся, преходящие элементы космоса.

Геологические силы сводятся к возникновению новых материалов из тех, которые уже имеются. Каждый раз, когда какая-то порода уничтожается, на ее месте возникает новая. Разрушение – необходимая предпосылка сотворения; оба эти процесса неразрывно связаны в бесконечно повторяющемся цикле. Инь и ян; хаос и порядок. Они кажутся противоположностями, но в конечном счете они – части целого; одна сила дополняет другую, пока скрипучее колесо времени медленно записывает геологическую историю в структуре твердой каменной породы. Море постепенно подтачивает исполинские утесы возрастом в три миллиарда лет, превращая их в песок, на котором мы сегодня лежим на пляже; эти же зерна песка завтра превратятся в слой твердого песчаника. Деревья преобразуют почву, воду и воздух в древесину, корни и листья; затем все это разлагается и вновь превращается в почву. Почти то же самое происходит и с нашими телами: однажды мы разрушимся, сольемся с веществом Земли, из которого мы появились, и составлявшие нас вещества превратятся в новые сущности. Из камня мы вышли и возвратимся в камень.

Апокалиптические события постоянно прерывали в целом устойчивый и размеренный ход геологического времени на нашей материнской планете. Камни Земли раскрывают перед нами истории полного разрушения: события, потрясшие Землю, но оставившие после себя богатое разнообразие экзотических минералов, странных химических соединений и уникальных пород. Если бродячие небесные камни достаточно велики, то истории, написанные ими, повествуют об ужасных бедствиях, но зато из этих событий рождаются новые прекрасные и загадочные геологические формы, и некоторые из них способны определить ход развития самой жизни.

Ограничивать существование всех людей – и, в сущности, всех известных форм жизни во Вселенной – одним отдельным миром в лучшем случае безосновательно, а в худшем грозит катастрофой. Как гласит поговорка, неразумно складывать все яйца в одну корзину Одного странствующего астероида достаточно большого размера хватит, чтобы потрясти нашу цивилизацию до самых основ. Если место столкновения с астероидом окажется в пределах нескольких сот километров от большого города, это может стоить миллионов жизней. Стоимость разрушенной инфраструктуры составит миллиарды фунтов. Глобальное похолодание, к которому приведет выброшенная высоко в атмосферу пыль, может лет на десять, а то и больше, вызвать нехватку еды во всем мире.

Вдобавок к огромному количеству жертв, целые регионы мира могут быть политически и экономически дестабилизированы. Последующие за событием крупномасштабные перемещения огромных масс людей создадут гуманитарный кризис, по сравнению с которым померкнет все, что прежде происходило в рамках нашей глобальной цивилизации.

Один из способов избежать столь мрачного сценария – сбить астероид с его курса. Вероятно, именно эта стратегия будет взята на вооружение в далеком будущем, когда мы обнаружим астероид на орбите, пересекающейся с земной. Но попытки отклонить орбитальное движение астероидов сопряжены со множеством опасностей; беспечность здесь недопустима. Ошибка может привести к тому, что в результате сбивания астероида с орбиты его столкновение с Землей станет еще более вероятным. Нельзя сбрасывать со счетов и то, что любые технические возможности могут быть использованы в преступных целях силами зла: ведь если бы мы располагали мощью, достаточной для того, чтобы отклонить опасные астероиды от Земли, мы могли бы при помощи тех же сил отклонить их и в другом направлении – привлечь их к Земле. История научила нас не удивляться, что к власти иногда приходят личности, которые с радостью ухватились бы за возможность произвести огромные разрушения. Поэтому мы должны хорошенько подумать, прежде чем вооружаться таким техническим искусством.

Пока мы еще далеки от того, чтобы изменять орбиты астероидов и отклонять их с пути Земли. Но мы уже близки к другому решению проблемы: созданию межпланетных поселений. Вполне может оказаться, что поселиться на поверхности других миров гораздо легче и разумнее, чем сводить с орбит астероиды.

Метеориты постоянно напоминают нам о том, что почва планеты у нас под ногами не единственная каменная поверхность в Солнечной системе. Существуют бесчисленные миры, куда мы можем отправиться, если уж придется это сделать. Много среди них и таких, где мы вполне могли бы устроиться и в конечном счете процветать, через несколько десятилетий технического прогресса.

Мы уже предприняли первые шаги в этом направлении, высадившись на поверхности Луны. А почти два десятилетия существования постоянно обитаемой Международной космической станции (МКС) показали, что люди способны жить (и успешно работать) в условиях микрогравитации. Итак, все предпосылки для дальнейших шагов созданы; теперь нужна только воля к действию.

Межпланетный пилотируемый полет, а затем и заселение других каменных миров – наше будущее. Если мы хотим избежать уничтожения человечества бродячим астероидом, это абсолютно необходимо. Вперед и выше!

Наш рассказ начался с историй о камнях, которые падают с неба; небесные камни определили и все остальное повествование; и они же будут продолжать его, заполняя все новые страницы еще не написанными историями.

Эпилог

История продолжается

Двигаясь вглубь истории Земли, мы проследили ее из бездн, лежащих у нас под ногами, до небесных высот. Метеориты, страницы каменной летописи, прилетевшие из других миров сквозь пустоту межпланетного пространства, позволили нам прочесть ее первую главу. Унося нас в глубину времен дальше, чем может это сделать любой объект, найденный на Земле, эти небесные камни рассказывают о самом начале истории нашей Солнечной системы и отдельных миров, украшающих ее.

Для нас, обитателей Земли, это и часть нашей собственной истории. У человечества позади около пяти тысячелетий истории письменной; ей предшествовали десятки тысяч лет истории, запечатленной в наскальных изображениях, а еще раньше прошли миллиарды лет истории эволюционной и геологической. Неразрывная цепочка событий связывает любое наше «здесь» и «сейчас» с множеством космических «тогда», с событиями, происходившими в Солнечной системе 4,6 миллиарда лет назад. У всех нас общее космическое наследие.

Малые частицы межзвездного облака, пройдя все этапы звездной, физической, химической, затем геологической, а потом и биологической эволюции, в конце концов смогли взглянуть с Земли в космос и осознать свою собственную историю. Это мы. Крошечные элементы первичной туманности обрели жизнь, сумели проникнуть в глубины времени, восстановили историю развития Солнечной системы и самих себя. Глядя в наши микроскопы, мы прочли повествование, записанное в масштабах световых лет, и оказались лицом к лицу с величайшей шкалой времени во Вселенной.

Повествование продолжается. В каменной летописи есть еще чистые страницы, которые ведут в неизвестное будущее. В структурах новых каменных пород будут запечатлены новые события, записаны новые истории.

Но, начиная с нынешней эпохи, дальнейший рассказ как о нас, людях, так и о планете Земля, пойдет иначе, не так, как он разворачивался в предыдущих его главах. Впервые слова, записанные на следующих нескольких страницах повествования о Земле, будут отчасти результатом сознательной деятельности отдельного биологического вида: Ното sapiens. Нашей деятельности. Мы способны создавать новые геологические материалы, вроде тринитита; мы можем устлать морское дно экзотическими веществами, такими как пластик, веществами, которые станут частью новых каменных пород; мы меняем климат в планетарном масштабе, причем намного быстрее, чем это происходит при естественном ходе вещей.

Мы живем в мире, который как будто никогда не был так разобщен; на планете, которая, похоже, находится в состоянии экологического и климатического бедствия. Неудивительно, что дела, кажется, никогда не были настолько безнадежными. Мы стараемся держаться высоких экологических стандартов, и это правильно: мы способны проявлять чудеса изобретательности и гуманизма, и все же почему-то часто не достигаем цели.

И все-таки, несмотря на все это, есть основания для оптимизма и надежды.

Космическая программа «Аполлон» 1960-х остается ярким напоминанием о том, что если существует проблема и есть воля к ее решению, то найдутся, вероятно, и пути к этому решению. Мы, люди, сумели пройти путь от запуска сравнительно примитивных – «бип-бип» – спутников в 1957 году к полетам астронавтов на Луну и обратно в 1969-м, и это всего лишь чуть больше, чем за десятилетие! А с тех пор наши автоматические космические зонды совершили мягкую посадку на поверхности восьми небесных тел: двух планет (Венеры и Марса), Луны, гигантского спутника Сатурна Титана, кометы 67P/Чурюмова-Герасименко и трех астероидов – Эроса, Итокавы и Рюгу. Мы вывели космические аппараты на орбиты вокруг шести планет; мы собрали и доставили на Землю образцы частиц солнечного ветра и пыли из кометного хвоста; мы обеспечили постоянное присутствие людей на борту Международной космической станции на протяжении почти двух десятилетий; мы провели зондирование всей Солнечной системы двумя парами космических аппаратов-близнецов: «Пионерами» и «Вояджерами»: мы исследовали Вселенную при помощи новых сверхмощных телескопов, таких как космический телескоп Хаббла и радиотелескоп Аресибо. Вполне реально рассчитывать, что к тому времени, как вы будете читать эту книгу, состоится посадка и на девятое небесное тело: околоземный астероид Бенну, богатый «звездной смолой» и водосодержащими минералами.

Наука, как и прежде, оправдывает существование нашего биологического вида и помогает нам показать себя с лучшей стороны. Мы можем сделать все, можем решить любую задачу, на которую направлен наш коллективный разум.

Мы способны привнести во Вселенную нашу идею прекрасного – и это помогает нам понять историю нашего прихода в мир. Мы делаем это благодаря своей способности мыслить и экспериментировать. Мы знаем, как объяснить сияние звезд; понимаем, как растут деревья, питаясь воздухом и соками почвы; мы видим мир как сочетание соединений девяноста двух химических элементов; мы читаем геологическую летопись, в которой записано космическое происхождение геологии и наше собственное начало. Мы делаем все это при помощи нашего разума и наших рук.

Одна из самых удивительных вещей в науке – как долго (вернее, как недолго) мы, люди, ею занимаемся. Письменность существует около 5000 лет; научный метод мы применяем на протяжении всего примерно десятой части этого срока; и лишь в течение десятой части от этой десятой части мы знаем о своей способности изменять лик Земли в планетарном масштабе. Наука, по сути, новое изобретение человека, и поэтому нам не следует очень уж удивляться, что мы иногда случайно оступаемся и делаем ошибки. Пусть даже серьезные ошибки. Я говорю это не для того, чтобы оправдать безответственное использование технической мощи человека. Наоборот, осознание этого взваливает на наши плечи груз самоанализа и ответственности, заставляет нас прямо посмотреть правде в глаза: насколько хороши могут быть вещи, если только мы захотим сделать их такими. И если уж эта идея не послужит мотивацией к тому, чтобы действовать ответственно и стремиться решить стоящие перед нами задачи, то я уж не знаю, что же иное такой мотивацией может послужить.

Но, несмотря на все ошибки, которые мы сделали за короткое время нашего пребывания на этой планете в качестве созданий, обладающих научным и техническим знанием, мы, люди, уже самим фактом нашего существования придаем Вселенной огромную ценность. Мы, частички первичной туманности, Солнечной системы и всей Вселенной, исследуем сами себя, исследуем Вселенную в наши телескопы, исследуем микромир в наши микроскопы, исследуем бездонную пропасть времени, из глубин которой мы появились. Мы, по крайней мере здесь, на Земле, единственная форма материи, способная осознать свое собственное существование и понять свою историю. Глаза каждого из нас – это врата, через которые свет мира входит в наше сознание, способное познать самое себя. Мы сами – единственный известный нам способ осознания Вселенной своей красоты.

Окрыленные знанием своего происхождения и плодами, которые приносит нам наука, мы тем самым принимаем на себя и долг, и возможность выжить и построить путь в свое далекое будущее. В этом будущем мы исправим сделанные нами ошибки, в нем мы продолжим наш путь к новым высотам. Нет оснований не верить, что это будущее не просто возможно, но вероятно. Мы не можем обмануть надежды Вселенной. Своим будущим существованием мы будем обязаны сами себе – и Вселенной. Ведь мы – часть Вселенной.

От газа к пыли; от пыли к мирам; от миров к разуму. Было время, когда нас не было; теперь, сейчас — время, когда мы есть; и будет время, когда нас не будет. Но история Земли продолжится – неважно, будем мы ее частью или нет. Наше прошлое записано в камне, в камнях Земли и в метеоритах, но нашего будущего там нет.

Теперь дело за вами.

Приложение I

Метеорные дожди

Предсказать, где упадет метеорит и когда можно это увидеть собственными глазами, нельзя. Но есть другой вид космических камней: они никогда не падают на землю, но каждый год в одно и то же время их следы появляются на небе.

Некоторые из богатых льдом планетезималей, около 4,6 миллиарда лет назад переживших эру образования планет, сохранились до сегодняшнего дня. Многие из них имеют не круговые, а очень вытянутые орбиты: они приходят из холодных внешних областей Солнечной системы в ее жаркие внутренние зоны, быстро облетают вокруг Солнца и, как камень из пращи, уносятся обратно в холод и мрак. Это путешествие они повторяют снова и снова, следуя по тому же пути, оборот за оборотом. Мы называем эти небесные тела кометами.

Когда они приближаются к пышущему жаром Солнцу, покрывающие их поверхность льды, которые состоят из воды, аммиака, метана, углекислоты и других летучих веществ, испаряются. Внешние слои комет начинают вскипать, из них бьют струйки пара. Вместе с фонтанами пара в окружающий вакуум вылетают кусочки камня, большинство из которых не крупнее песчинки. Эти крошечные твердые зерна – метеороиды – в изобилии следуют за кометой.

С каждым оборотом новые и новые порции каменной пыли вылетают с поверхности кометы, и хвост метеороидов становится все плотнее. Распределяясь вдоль кометной орбиты, эти песчинки образуют вокруг Солнца тонкое кольцо, называемое «пылевым хвостом». Такие пылевые хвосты есть у каждой кометы. Они-то и порождают одно из самых известных и захватывающих астрономических явлений: «метеорные дожди».

Обращаясь вокруг Солнца по своей орбите, Земля иногда пролетает сквозь пылевой хвост, оставленный какой-нибудь кометой, и когда метеороиды на огромной скорости входят в земную атмосферу, они ярко вспыхивают и сгорают. Мы называем эти быстро исчезающие полоски на небе «метеорами», а в народе они зовутся «падающими звездами». Их невероятно яркие вспышки видны даже на фоне оранжевого свечения современного сильно загрязненного ночного неба.

Метеоры прочерчивают небо каждую ночь[32], но их количество возрастает – иногда очень резко, – когда Земля проходит через пылевой хвост кометы. Вот эти-то кратковременные всплески частоты вспышек метеоров и называют «дождями». Каждый индивидуальный метеорный дождь происходит в одно и то же время года, потому что Земля попадает в тот или иной пылевой хвост на строго определенном участке своей орбиты (а значит, и в определенные календарные даты).

С точки зрения земного наблюдателя, метеоры разлетаются из одной точки неба, хотя на самом деле они летят по параллельным траекториям. Это объясняется просто: представьте, что вы стоите между рельсами заброшенной железной дороги, уходящей по прямой линии за горизонт. Рельсы параллельны друг другу, но кажется, что они сходятся к одной точке на горизонте. То же самое происходит и с летящими к Земле метеорами, только в обратном направлении: в перспективе они кажутся вылетающими из одной точки. Каждый такой метеорный поток имеет название по имени созвездия, из которого он якобы разлетается (например, Персеиды разлетаются из точки в созвездии Персея).

В течение года на небе можно наблюдать более сотни метеорных дождей с интенсивностью от примерно полудюжины метеоров в час до ста и более. Индивидуальные метеорные потоки изменяют свою интенсивность от года к году. Бывают случаи, когда Земля попадает в необычно богатую пылью область кометного хвоста, и тогда метеорный дождь может достигать необыкновенной силы. Особо густой звездный дождь называют «метеорным штормом».

Метеорные дожди можно видеть безо всякого специального оборудования. Телескоп здесь не поможет – метеоры прочерчивают на небе длинные полосы, а не остаются в одной фиксированной точке. Все, что нужно для наблюдений небесного шоу и что может найтись у каждого, это место, откуда можно видеть безоблачное небо, немного терпения и теплая куртка или плед (а также термос с горячим чаем). У тех, кто рано встает, будет преимущество: звездные дожди достигают наивысшей интенсивности между полуночью и восходом, когда мы находимся на той стороне земного шара, которая «смотрит» вперед по ходу орбитального движения нашей планеты. В это время суток метеороиды врезаются в атмосферу, двигаясь ей навстречу, и поэтому вспыхивают гораздо ярче.

Вот список самых зрелищных метеорных потоков в течение года, даты, когда они появляются, их интенсивность и названия комет, которые их породили. Приятных впечатлений!

[33]

Приложение II

Метеориты Британии

Стречли

Девоншир, Англия

Упал в 1623 г.

10 килограммов (?)

Метеорит упал в чей-то сад и ударился о землю с такой силой, что вошел в почву на глубину вытянутой руки. Это самое старое из зарегистрированных в Британии падений метеоритов. К сожалению, его точное местонахождение неизвестно.

Хэтфорд

Оксфордшир, Англия

Упал в 1628 г.

29 килограммов (?)

Упал в теплый и почти безоблачный день. В воздухе развалился на две части. Очевидцы отмечали «странный и пугающий раскат грома». Современное местонахождение обоих кусков метеорита остается неизвестным.

Уолд Коттедж

Ист Райдинг, Йоркшир, Англия

Упал в 1795 г.

25 килограммов

Этот метеорит упал на поле в усадьбе Уолд Коттедж в Ист Райдинге, в Йоркшире. Чуть не убил работавшего в поле крестьянина. Был выставлен на всеобщее обозрение в Лондоне. Сыграл важную роль в становлении науки о метеоритах.

Хай Поссил

Глазго, Шотландия

Упал в 1804 г.

4.5 килограмма

Хай Поссил – самый старый из зарегистрированных в Шотландии метеоритов. Он взорвался в воздухе и упал в каменоломню, где раскололся надвое.

Перт

Пертшир, Шотландия

Упал в 1830 г.

2 грамма

Метеорит Перт упал в поле во время летней грозы. От оригинального камня размером в семь дюймов осталось лишь несколько крошек.

Лонтон

Оксфордшир, Англия

Упал в 1830 г.

1 килограмм

Туманным утром с неба прогремел тройной взрыв. Затем появился быстро несущийся к земле метеорит, «окруженный очень ярким сиянием». Очевидец, боясь удара падающего камня, инстинктивно пригнулся (метеорит в него не попал). Камень выкопали из земли на следующий день.

Олдсворс

Глостершир, Англия

Упал в 1835 г.

700 граммов

Безоблачным днем люди почувствовали, как содрогнулась земля. Метеорит зарылся в мягкую почву. От несущегося к земле камня отваливались маленькие кусочки, и местные дети пытались их ловить в воздухе, принимая за рой черных жуков.

Роутон

Шропшир, Англия

Упал в 1876 г.

3.5 килограмма

Во время проливного дождя с неба послышался глухой грохот, а потом мощный взрыв. Но это был не гром, а метеорит. Позже на поле в свежей воронке нашли металлический осколок. Это был первый (и пока единственный) зарегистрированный случай падения железного метеорита в Британии.

Мидлсбро

Северный Йоркшир, Англия

Упал в 1881 г.

1,6 килограмма

Рабочие видели, как метеорит упал вблизи железнодорожного полотна Северо-Восточной магистрали. Взрывы разнеслись более чем на тридцать километров. Испещренный желобками и покрытый черной лаковой корой камень – один из самых необычных метеоритов, упавших в Британии.

Крамлин

графство Антрим, Северная Ирландия

Упал в 1902 г.

4,5 килограмма

В двадцати ярдах от крестьянина, собиравшего яблоки, с грохотом, напоминавшим взрыв парового котла, и свистом, как от «струи пара», подняв тучу пыли, упал с неба камень. Метеорит тут же был извлечен из выбитой им в земле ямы глубиной в вытянутую руку.

Эппли Бридж

Ланкашир, Англия

Упал в 1914 г.

15 килограммов

«Небеса внезапно и ослепительно осветил огненный шар», пронесшийся через затянутое тучами небо и взорвавшийся с громоподобным звуком, от которого в окнах задрожали стекла. На следующий день фермер нашел на своем поле метеорит на дне воронки глубиной в полтора фута.

Стрэтмор

Пертшир, Шотландия

Упал в 1917 г.

13,4 килограмма

Когда этот метеорит упал с грохотом, от которого задрожала земля, многие решили, что начался воздушный налет. В воздухе камень раскололся на четыре части: одна распугала стадо овец, вторая врезалась в землю на глазах у очевидцев, третья упала в поле, а последняя пробила крышу дома. Никто не пострадал.

Эшдон

Эссекс, Англия

Упал в 1923 г.

1,4 килограмма

Рабочий принял доносившийся с неба свист за шум пролетающего аэроплана, но тут в нескольких ярдах от него ударился о землю метеорит и, подняв фонтан грязи, глубоко зарылся в нее. Любопытно, что это падение не сопровождалось взрывом.

Понтллифни

Гвинед, Уэльс

Упал в 1931 г.

160 граммов

Обитатели крестьянской усадьбы Кох а Биг застыли от ужаса, когда с неба прогремело несколько взрывов, а сразу же за ними раздался «необычный свистящий звук». К их изумлению, с неба упал метеорит и с глухим стуком ударился о землю.

Бэдгэлерт

Гвинед, Уэльс

Упал в 1949 г.

800 граммов

Мистер Тиллотсон, менеджер отеля «Принц Лливелин», в предрассветный час был разбужен лаем собаки и услышал целую серию взрывов. Не придав всему этому значения, он уснул опять, но, проснувшись утром, нашел метеорит, который ночью пробил крышу отеля.

Барвелл

Лестершир, Англия

Упал в 1965 г.

44 килограмма

В канун Рождества на улицы деревни Барвелл посыпались камни, разбивая окна и делая выбоины на мостовой. Пострадал и по меньшей мере один автомобиль. Сегодня об этом событии напоминает мемориальная доска в деревенском сквере. Падение этого метеорита до сих пор остается самым крупным в Англии.

Боведи

Графство Лондондерри, Северная Ирландия

Упал в 1969 г.

5,4 килограмма

С грохотом пролетев над юго-западной Англией и над большей частью Уэльса, испуская сине-зеленое сияние, яркий болид приземлился в Северной Ирландии. Перед ударом о землю он развалился на части: одна из них пробила крышу полицейского участка, а другая упала на поле местного фермера.

Дэйнбери

Уилтшир, Англия

Найден в 1974 г.

30 граммов

Этот маленький метеорит был обнаружен археологами в ходе раскопок крепости железного века на холме Дэйнбери. Он каким-то образом попал в яму, использовавшуюся для хранения зерна. Мы никогда не узнаем, был он помещен в зернохранилище намеренно или попал туда случайно.

Лейк Хаус

Уилтшир, Англия

Дата находки неизвестна

93 килограмма

Этот метеорит упал около 9500 лет назад в Уилтшире. В XIX веке он был извлечен из земли и помещен у входа в Лейк Хаус – загородное поместье елизаветинской эпохи, владельцы которого подозревали, что нашли метеорит. В начале 1990-х небесное происхождение камня было подтверждено учеными из Лондонского музея естественной истории.

Глэттон

Кэмбриджшир, Англия

Упал в 1991 г.

800 граммов

Мистер Петтифор сажал лук у себя в огороде, когда неподалеку что-то упало с неба с глухим стуком. Качающееся хвойное дерево и поврежденная живая изгородь указали ему место падения тела: он нашел там темный метеорит.

Гленгротс

Файф, Шотландия

Найден в 1998 г.

13 граммов

На рыбалке Роб Эллиотт наткнулся на несколько обломков камня, которые показались ему похожими на метеорит. Он отправил крошащиеся камешки в Музей естественной истории, где их небесное происхождение подтвердилось.

Хэмблтон

Северный Йоркшир, Англия

Найден в 2005 г.

18 килограммов

Найдя метеоритные крошки в Файфе, Роб Эллиотт стал завзятым охотником за метеоритами. После семи лет поисков он нашел свой второй метеорит, отправившись с женой в турпоход по национальному парку Норт Норк Муре. Камень оказался палласитом – невероятно редким видом метеорита.

* * *

С 1991 года, после метеорита Глэттон, в Британии больше не видели падений метеоритов. Учитывая, что за последние два столетия среднее время между наблюдениями падений в Британии составляет примерно тринадцать лет, очередному метеориту давно пора бы появиться.

Большинство «падающих звезд» полностью сгорает в небе, но время от времени метеориты все же долетают до поверхности Земли. А вы теперь знаете, как это происходит и что при этом делать. Так что в следующий раз, когда окажетесь лицом к лицу с небом, следите за «падающими звездами»! Вы вполне можете оказаться очевидцем падения двадцать третьего британского метеорита. Удачи!

Благодарности

Научная работа невозможна без сотрудничества. За каждым именем, которое связывают с каким-либо открытием, стоит множество имен тех, кто принимал участие в этой работе. Я понял это, еще когда писал свои диссертации – магистерскую и докторскую; то же самое можно сказать и об этой книге. Мне есть кому сказать за нее спасибо.

Во-первых и в-главных, спасибо моей маме, которая одна воспитала меня и мою сестру. Она заботилась о том, чтобы за кухонным столом у нас всегда было место, где мы могли бы делать наши домашние задания. Наш книжный шкаф, заставленный энциклопедиями, пробуждал у нас интерес к миру природы. Мама и сейчас поддерживает нас во всем, что мы с сестрой делаем в жизни.

Спасибо, Люси Киссик, моя спутница, лучший друг и преданный делу корректор. Она была вдохновительницей этой работы. Без ее любви и поддержки эта книга никогда не была бы написана; Люси была со мной от первого слова до последнего. Каждый день я чувствую себя счастливым оттого, что мы с ней живем в одном и том же тоненьком слое временной бездны. «There are roads left in both of our shoes».[34]

Спасибо Люси Манифолд, которая была со мной и в лучшие, и в худшие времена и у которой всегда был какой-нибудь план; м-ру Карри, который сумел вновь зажечь во мне любовь к геологии; «доктору Анне» Хойл, которая всегда давала дельные советы; миссис Томпсон, которая объяснила мне всю важность литературы; Тиму Эллиотту за неизменную поддержку; Стиву Ноблу, который всегда умел поднять настроение, угощая меня йоркширским чаем; Крису Коуту с которым было так чудесно работать; Саре Расселл за ее заразительный энтузиазм; Джейми Гилмору который объяснял мне, что получить ученую степень значит больше, чем просто получить ученую степень; Кэти Джой, которая открыла мне всю радость ахондритов; Майку Золенскому, который приобщил меня к метеоритике; Лоан Ле, воодушевлявшей меня с той стороны Атлантики; Школе наук о Земле Бристольского университета, лучшему месту на свете для написания моей докторской диссертации; Британской геологической службе, организации, великолепно приспособленной для научных исследований; Дэнни Стаббсу, с которым всегда можно было поделиться восторгом; Дэну Бивэну и Мэддс Торнтон за их эскапизм на Базе Спокойствия; Софи Уильямс, которая напоминала мне о родном доме; Айвийе «Изотопу» Грундмане за ее помощь по органической химии; Дикше Биста, восхитительной сотруднице лаборатории; миссис Брухэм и миссис Хэрст, которые когда-то помогли мне найти свое место в средней школе; м-ру Гесту за то, что он приобщил меня к геологическим сокровищам Северного Уэльса; м-ру Райдеру, который открыл для меня мир музыки; м-ру Эллису за данный им честный совет, который верно служил мне больше десятилетия; м-ру Гилрою, м-ру Нэйлору и госпоже Оуэн, которые взрастили во мне любовь к науке.

А если говорить об этой книге – спасибо Джорджине Лэйкок, которая верила в меня и сделала радостным мой первый опыт публикации; Кандиде Брэзил за тщательную редактуру; Ховарду Дэвису за невероятную заботу и внимание к деталям; Кэролайн Вестмур, которая придала «Метеоритам» межзвездный бриллиантовый блеск; агентству «Нортбанк Талент Менеджмент», которое помогло мне поделиться достижениями моей науки с миром, и в особенности Мартину Редферну за то, что он сделал «Метеориты» реальностью; Элен Томас, которая всегда поощряла мою страсть к рассказыванию баек; Сью Райдер, первой предложившей мне написать эту книгу; а также моим любимым кошкам Мисси, Пичез, Пристли и Шелли, составлявшим мне компанию, пока я писал.

И наконец, спасибо и тебе, дорогой читатель. Любознательность и способность удивляться всегда сослужат тебе хорошую службу. Будь любопытным.

Примечания

Глава 1: Небесные камни

1 Comelli et al. (2016), Meteoritics & Planetary Science, vol. 51, pp. 1301-9.

2 Topham (1797), Gentleman»s Magazine, vol. 67, pp. 549-51.

3 Howard (1802), Philosophical Transactions of the Royal Society of London, vol.92, pp.168-212.

4 Herschel (1802), Philosophical Transactions of the Royal Society of London, vol.92, pp.213-32. По удачному совпадению космохимический анализ Ховарда и предложенный Гершелем новый термин «астероид» появились в одном и том же томе одного и того же журнала.

Глава 2: «Падения» и «находки»

1 Согласно базе данных «Метеоритного бюллетеня» (Meteoritical Bulletin Database) на начало 2020 года. Эту базу данных поддерживает Метеоритное общество, международная академическая организация, основанная в 1933 году с целью организации и поддержки исследований метеоритов. Эта автоматизированная база данных, подключенная к Всемирной сети, накапливает и каталогизирует сведения обо всех известных метеоритах и регулярно обновляется. Она находится в открытом доступе по адресу www.lpi.usra.edu/meteor. Я постоянно ею пользуюсь.

2 Обломок метеорита величиной с яблоко, который я потом исследовал почти четыре года в рамках моей докторской диссертации, мы купили – погодите, дайте вспомнить – на eBay, у надежного дилера под ником «Мистер Метеорит». Могу себе представить изумленно поднятые брови служащих университетского финансового управления, когда на их стол лег отчет о расходах на исследования.

3 Clayton et al. (1973), Science, vol. 182, pp. 485-8.

4 Антарктические метеориты обозначаются по месту на ледяном щите, где они найдены, плюс (обычно) пятизначный идентификационный номер. Первые две цифры номера обозначают полевой сезон, в который был найден метеорит, последние три – порядковый номер камня по каталогу Космического центра им. Джонсона. Аллан Хиллс 81005 был найден в районе Аллан Хиллс в полевом сезоне 1981 года и имел порядковый номер пять по хьюстонскому каталогу.

5 Это можно проиллюстрировать сравнительно простыми математическими рассуждениями. Если бы мы удвоили диаметр астероида, его объем вырос бы в 23 = 8 раз, а площадь поверхности – только в 22 = 4 раза. Если бы мы утроили диаметр, то объем увеличился бы в 33 = 27 раз, в то время как площадь поверхности – всего в 32 = 9 раз. Объем увеличивается быстрее, чем площадь поверхности.

Вот пример. Допустим, что мы сравниваем два сферических астероида; у одного поперечник 3 км, у другого 25 км. Нам понадобятся следующие уравнения: площадь поверхности сферы = 4 х и х радиус^2, объем сферы = (4-^3) х и х радиус^3. (Не забудем, что диаметр сферы равен двум ее радиусам.) Площадь поверхности меньшего астероида ~ 28 км^2, его объем ~ 14 км^3, и, таким образом, отношение площади поверхности к объему составляет ~ 2 (28 14).

Площадь поверхности большего астероида ~ 2 000 км^2, его объем ~ 8 000 км^3, а значит, на этот раз отношение площади поверхности к объему ~ 14 (2 000 + 8 000 = 14). У больших астероидов меньшее отношение площади поверхности к объему.

При помощи точно такого же подсчета можно было бы показать, что большая кружка чаю останется горячей дольше, чем маленькая чашка.

Глава 4: Шары из металла и расплавленного камня

1 Видманштеттеновы фигуры названы в честь графа Алоиза фон Бека Видманштеттена, австрийского ученого, который открыл эту уникальную минералогическую структуру в 1808 году. В действительности она была открыта четырьмя годами раньше английским ученым Уильямом Томсоном. Томсон опубликовал свою находку (вместе с ясно читаемым наброском) в журнале вне Англии, но через два года умер. Поэтому его открытие, к сожалению, осталось незамеченным.

2 Эти краски, заметные у большинства пород, когда они рассматриваются в виде шлифа, называются «цветами интерференции». Когда пучок белого света проходит сквозь шлиф, определенные длины световых волн выделяются из спектра в процессе оптической интерференции, когда эти волны взаимодействуют с молекулярной структурой минералов, составляющих породу. Это меняет цвет света, выходящего с другой стороны шлифа и попадающего в глаз человека (или в объектив камеры). В действительности эти цвета камню не присущи: они возникают в результате сложного взаимодействия между светом, кристаллами и комплектом поляризационных светофильтров. Студентом мне посчастливилось исследовать шлиф ховардита в ходе работы над проектом моей магистерской диссертации в Манчестерском университете.

3 Около 380 ховардитов, 1 400 эвкритов и 500 диогенитов.

Глава 5: Космические отложения

1 Кроме CV-хондритов, в классе углистых метеоритов еще семь других групп: CI, СМ, CO, CR, CH, СВ и СК-хондриты. Принадлежность метеоритов к каждой группе определяется на основании их различных геологических, химических и изотопных характеристик, которые, вероятно, связаны с особенностями их родительских астероидов. Названия групп углистых хондритов связаны с наиболее примечательным из принадлежащих к этой группе метеоритов. Например, CO- хондриты названы по метеориту Орнанс.

2 McKeegan et al. (2011), Science, vol. 332, pp. 1528-32.

3 Patterson (1956), Geochimica et Cosmochimica Acta, vol. 10, pp. 230-7.

4 Одна из первых примечательных попыток определить возраст Земли основывалась на религиозных текстах. Епископ Ашшер, глава англиканской церкви в Северной Ирландии в XVII веке, в своем опубликованном в 1650 году сочинении Annales Veteris Testamenti («Анналы Ветхого Завета») вычислил дату сотворения мира по шкале времени, опирающейся на восстановленные им даты библейских событий. Основываясь на буквальной интерпретации Библии, он заключил, что Земля была сотворена 23 октября 4004 года до н. э. Геологам такая точность и не снилась, но конечно, она не имеет никакого смысла, если вспомнить о взятых «с потолка» исходных данных. Паттерсон впоследствии показал, что Ашшер ошибся примерно в миллион раз.

5 Amelin et al. (2010), Earth and Planetary Science Letters, vol. 300, pp. 343-50.

Глава 6: Капли огненного дождя

1 Сорби (1877), Nature, vol. 15, pp. 495-8.

2 В научной литературе описаны и до мельчайших подробностей проанализированы многие тысячи хондр, но сравнительно мало из них датировано по «свинцовым часам». Определение возраста хондр этим методом – задача исключительно трудная. Лишь несколько лабораторий в мире обладают необходимым для этого оборудованием. В их числе лаборатория Британской геологической службы в Ноттингеме, в которой я работаю. Мне посчастливилось лично датировать одну хондру: ее возраст оказался равен 4 564 миллионам лет, плюс-минус миллион.

Глава 7: Звезды под микроскопом

1 Burbidge, Burbidge, Fowler, и Hoyle (1957), Reviews of Modem Physics, vol. 28, pp. 547-650. Эта статья, часто сокращенно обозначаемая по первым буквам фамилий авторов B2FH, — одна из самых важных научных работ в истории человечества. В ней ясно и с большим изяществом описывается процесс образования химических элементов внутри звезд.

2 Abbott et al. (2017), AstrophysicalJournal, vol. 848, L2. У этой статьи 3 664 автора – прекрасный пример международного сотрудничества. На таком сотрудничестве и основана современная наука.

3 Heck et al. (2020), Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 117, pp. 1884-9.

Глава 8: Звездная смола

1 Anders etal. (1964), Science, vol. 146, pp. 1157-61.

2 Hamilton (1965), Nature, vol. 205, pp. 284-5.

3 Sagan и Khare (1979), Nature, vol. 277, pp. 102-7.

Глава 9: Камни с Красной планеты

1 На ночном небе невооруженным глазом видны пять планет. Шестая видна всегда: мы на ней живем.

2 McKay et al. (1996), Science, vol. 273, pp. 924-30.

Глава 10: Рассказы о бедствиях

1 Alvarez etal. (1980), Science, vol. 208, pp. 1095-108.

2 Hildebrand et al. (1991), Geology, vol. 19, pp. 867-71.

3 DePalma et al. (2019), Proceedings of the National Academy of Science, vol. 116, pp. 8190-9.

4 Плутоний-239 – синтетический изотоп, полностью отсутствующий на Земле в природном состоянии и образующийся в ядерных реакторах при бомбардировке урана нейтронами. Мы, люди, обладаем теперь такой же мощью, как и звезды, – мы можем создавать новые элементы. Это кажется мне одновременно возбуждающим и пугающим.

5 Unsalan et al. (2020), Meteoritics and Planetary Science, vol. 55, pp. 886-94.

© Stuart McIntyre

Тим Грегори родился и вырос в Западном Йоркшире. С той поры, как в четырехлетием возрасте он начал собирать коллекцию камней, он не перестает восхищаться миром явлений природы. Тим получил степень бакалавра по геологии и докторскую степень по космохимии, и теперь он – научный сотрудник Бристольского университета и Геологической службы Великобритании в Ноттингеме.

Геолог по образованию, Тим изучает камни, которые падают с неба: метеориты. В частности, он занимается вопросами геологической и химической природы метеоритов, а также хронологией событий, разворачивавшихся 4,6 миллиарда лет назад во время образования Солнечной системы. Популяризируя науку, Тим регулярно читает публичные лекции, часто выступает по радио и время от времени появляется на телеэкране. «Метеориты» – его первая книга. А когда он не работает в лаборатории или за письменным столом, то обычно отправляется в пешеходные прогулки, фотографирует пейзажи или играет на гитаре.

Примечания

1

Это не совсем так. Все звезды на небе непрерывно движутся относительно друг друга, но так медленно, что от ночи к ночи это почти не заметно.

2

Вы можете убедиться в этом сами: разность масс между 170 и 160 равна 1 (17-16=1), а разность масс между 180 и 160 равна 2 (18-16 = 2). Относительное различие в массе, таким образом, составляет 1-ь2=1/2.

3

В одном сантиметре 10 000 микрон (микрометров). Для сравнения: типичная толщина человеческого волоса около 100 микрометров.

4

5 декабря 2020 года зонд сбросил на Землю капсулу с образцами грунта с астероида Рюгу: миссия была выполнена успешно. – Прим, перев.

5

Венера, вторая планета от Солнца, составляет заметное исключение: она вращается в «неправильном» направлении. Почему ее осевое вращение направлено против вращения большинства планетарных тел Солнечной системы, остается загадкой. Уран, ледяной гигант, седьмая от Солнца планета, несется по своей орбите, лежа почти на боку, вероятно, из-за мощного столкновения, изменившего наклон его оси вращения на заре истории Солнечной системы.

6

Световой год – это расстояние, которое свет проходит за год; оно равно девяти с половиной триллионам километров.

7

Еще одну демонстрацию закона сохранения углового момента можно устроить при помощи обыкновенного крутящегося офисного кресла. Если вы, раскрутив его, растопырите в разные стороны руки и ноги, ваше вращение замедлится, а если, наоборот, прижмете их к себе, то станете опять крутиться быстрее.

8

В чистом виде корунд (Al_2О_3) бесцветен. Рубины и сапфиры обязаны своим цветом химическим примесям: в рубинах к окиси алюминия примешиваются малые количества хрома, а в сапфирах – некоторых других металлов, таких как титан или железо.

9

С такой скоростью на путешествие по прямой между самыми отдаленными точками острова Великобритания (1 407 км) ушло бы чуть больше полутора минут.

10

Самый крупный металлический астероид 16 Психея имеет поперечник около 200 километров. В 2022 году космическая миссия NASA «Психея» отправится с Земли, чтобы изучить этот необычный мир. Космический зонд должен прибыть к цели в конце 2020-х. Это будет первый случай исследования человечеством металлической планеты. Дождемся результатов!

11

CV-хондриты, названные так в честь метеорита Вигарано (V), составляют одну из семи групп углистых хондритов – эти группы выделены на основе геологических и химических характеристик метеоритов.

12

Это очень много для метеорита, особенно такого редкого, как углистый хондрит.

13

В космохимии летучими субстанциями называются вещества, легко переходящие в газовое состояние путем испарения. Хороший пример обычной земной летучей субстанции – ацетон, ингредиент жидкости для снятия лака с ногтей.

14

Когда вы в следующий раз будете заправлять вашу машину и увидите на бензоколонке надпись «неэтилированный бензин», поблагодарите мысленно за это космохимика из 1950-х. Переход на всеобщее использование неэтилированного бензина, не содержащего свинца, – прямое следствие попыток измерить возраст Земли при помощи метеоритов. Это прекрасный пример того, как занятия чистой наукой ради самой науки (так называемые фундаментальные исследования) приносят важнейшие практические результаты.

15

Точно так же апельсин, разрезанный по центру, дает на срезе круговую картину

16

От древнегреческих слов рцуца что значит «трещина» или «пролом»)

и уХвлтоу UZJlunm0H>>, чтоозначает «ваяние»). Регмаглипты образуются, когда спиральные вихри раскаленного воздуха проделывают углубления в поверхностном слое падающего камня.

17

На деле эта цепь реакций с образованием все более тяжелых элементов, атомный номер которых каждый раз растет на два, – всего одна из нескольких таких последовательностей, развивающихся параллельно друг другу. В сочетании эти цепи реакций порождают целое семейство элементов и их различных изотопов, среди которых есть, конечно, и элементы с нечетным количеством протонов.

18

В действительности самые тяжелые ядра из всех, образующихся в звездах, это ядра никеля-56. Но так как они весьма радиоактивны, этот никель распадается практически полностью за несколько недель. Таким образом, на Земле самый тяжелый элемент, образованный в результате термоядерных реакций, – железо (в частности, железо-56).

19

Особняком стоят элементы с номерами четыре и пять – бериллий и бор. Они не могли образоваться в звездах, и единственный возможный путь их возникновения – расщепление более тяжелых ядер при их бомбардировке высокоэнергетическими космическими лучами.

20

Не все углеродосодержащие молекулы считаются органическими, например двуокись углерода (CO_2) таковой не считается. Среди химиков пока нет единого установившегося мнения о точном определении того, что именно делает молекулу органической.

21

Лоунволф Нунатак 94101 – метеорит, который я изучал двадцатидвухлетним интерном в Космическом центре NASA им. Джонсона, – был СМ-хондритом. Прежде чем в 1994 году его нашли в Антарктике и привезли в Космический центр им. Джонсона для тщательного изучения, он пролежал несколько тысячелетий в стерильных условиях Восточно-антарктического ледяного щита. Мне пришлось разрезать его на ломтики специальной алмазной пилкой с тонким лезвием – на это ушел почти весь день. Наконец, камешек размером с яблоко распался на две аккуратных части. Первым делом я уткнулся в свежесрезанную поверхность носом и глубоко втянул в себя воздух. Запах чуть не сбил меня с ног. Такую вонь иногда случалось почувствовать в школьной химической лаборатории – помню, я в то время описывал ее как нечто среднее между запахом бензоколонки и завалявшегося в углу отсыревшего полотенца. Это был запах плесени.

22

См. примечание на стр. 141.

23

Среди космохимиков ходит легенда, что одним из обломков метеорита Нахла убило собаку. Правда это или нет, проверить уже невозможно – надеюсь, это выдумка.

24

Компьютерное моделирование, однако же, показывает, что камень, выброшенный ударом с поверхности Меркурия, выбраться из глубокого солнечного гравитационного колодца все-таки может. И некоторые из таких камней могут быть захвачены притяжением Земли. Правда, ни один метеорит не отождествлен как меркурианский. Пока…

25

К и Pg – сокращения, принятые соответственно для обозначения мелового и палеогенового периодов.

26

Если только динозавры шестьдесят шесть миллионов лет назад не проводили ядерных испытаний, что все же маловероятно.

27

Или от Москвы до Тулы. – Прим, перев.

28

Я счастливый обладатель прекрасного конуса сотрясения: нашел его еще студентом во время полевых работ в районе ударного кратера Рис. Вот уже шесть лет он стоит на моем ночном столике.

29

На моем ночном столике рядом с конусом разрушения лежит и кусочек нердлинген-ского зювита.

30

Или от Москвы до Брянска. – Прим, перев.

31

Только представьте, что почувствовали лестерширские малыши, когда увидели, как Дед Мороз спускается с неба в виде огненного шара.

32

Вообще-то, они падают и днем, просто на ярком фоне дневного неба остаются неразличимыми.

33

* Эти даты могут немного меняться от года к году из-за високосных лет и других причин.

** (196256) 2003 EHt формально относится к астероидам; на этом примере хорошо видна размытость границы между телами, которые мы классифицируем как «кометы» и как «астероиды».

34

Строчка из песни «Soul Meets Body» американской инди-поп-группы Death Cab for Cutie. – Прим, перев.

Content

Тим Грегори
Метеориты. Космические камни, создавшие наш мир

Пролог Высечено в камне

1. Небесные камни

2. «Падения» и «находки»

3. Пыль из газа, миры из пыли

4. Шары из металла и расплавленного камня

5. Космические отложения

6. Капли огненного дождя

7. Звезды под микроскопом

8. Звездная смола

9. Камни с красной планеты

10. Рассказы о бедствиях

Эпилог История продолжается

Приложение I Метеорные дожди

Приложение II Метеориты Британии

Благодарности

Примечания

Глава 1: Небесные камни

Глава 2: «Падения» и «находки»

Глава 4: Шары из металла и расплавленного камня

Глава 5: Космические отложения

Глава 6: Капли огненного дождя

Глава 7: Звезды под микроскопом

Глава 8: Звездная смола

Глава 9: Камни с Красной планеты

Глава 10: Рассказы о бедствиях

Примечания