звёзд. Описанные мною реакции ядерного синтеза не могут объяснить все наблюдаемые нами элементы и изотопы. Откуда же берутся остальные? Вспомните, что старые звёзды склонны сбрасывать свои внешние слои в космос. Это вещество вновь смешивается с межзвёздной средой, части которой могут собираться и создавать новые звёзды. Эти звёзды «второго (или более позднего) поколения», содержащие материал более ранних звезд, обладают важным отличием от звёзд «первого поколения». Звёзды первого поколения, когда нагревались в достаточной степени для поддержания термоядерных реакций, могли использовать в качестве сырья лишь водород и немного гелия, что ограничивало количество реакций, которые могли происходить. Звёзды более поздних поколений уже содержат примесь более тяжёлых элементов, которые были произведены предыдущими поколениями, и которые могут участвовать в новых видах реакций с образованием ядер, невозможных для звёзд первого поколения. Такие реакции «заполняют пробелы»; более того, в ходе некоторых из этих реакций образуются нейтроны, которые могут запускать новые реакции, приводящие к образованию новых изотопов, включая элементы тяжелее железа.
Для получения самых тяжёлых элементов требуется такое количество нейтронов, какое, вероятно, образуется только при взрывах сверхновых. Вспышка сверхновой — это чрезвычайно сильный взрыв, который обрывает жизнь некоторых очень массивных звёзд. Это один из тех немногих инцидентов в эволюции звёзд, которые происходят достаточно быстро, чтобы люди могли наблюдать их непосредственно (масштабы времени измеряются днями), однако такие события чрезвычайно редки. В среднем случается, возможно, по одному такому событию на всю галактику раз в столетие — может, это и к лучшему, потому что сверхновая может на какое-то время стать ярче, чем вся галактика, в которой она находится, и испускать излучение, которое может радикально повлиять на жизнь на планетах даже достаточно удалённых от неё звёзд. Это событие несёт в себе очевидный сюжетный потенциал (см., например, «День причастия» Пола Андерсона и мой «Пророк» (“The Prophet”)). Также существует менее очевидная связь с сюжетами, которые, казалось бы, не имеют ничего общего с подобными вещами. Как мы увидим в следующем разделе, планеты — это побочный продукт процессов образования звёзд и, следовательно, они должны состоять из материалов, присутствующих в туманности, из которой образовалось их солнце. Поскольку такое большое количество элементов может образоваться только в звёздах более позднего поколения, а некоторые из них — только в сверхновых, у солнечной системы вроде нашей собственной, где богато представлены даже тяжёлые элементы, должны быть более ранние предки, среди которых почти наверняка была, как минимум, одна сверхновая. Планета, формирующаяся вокруг звезды первого поколения или из туманности, содержащей лишь небольшое количество примесей от предыдущих поколений, была бы бедна металлами и другими тяжёлыми элементами. Какая-то цивилизация, которая возникла бы там, обязательно отличалась бы от нашей. (См., например, «Большую планету» Джека Вэнса.)
ВАЖНЕЙШИЙ ПОБОЧНЫЙ ПРОДУКТ: ПЛАНЕТЫ И ЛУНЫ
Второе важное событие, которое происходит, когда протозвезда сжимается и вращается всё быстрее и быстрее, состоит в том, что она сплющивается в диск — и на экваторе от неё отламываются куски материала. Дальше они могут уплотняться в планеты, и от центральной звезды им может передаваться вращательный импульс, заставляющий планеты следовать вокруг центральной звезды по стабильным орбитам.[4] Аналогичный процесс в ещё меньшем масштабе может привести к тому, что вокруг самих планет будут вращаться спутники ещё меньшего размера.
Конечно, подробности этого процесса значительно сложнее и до сих пор до конца не поняты. До самого недавнего времени единственным примером такой «солнечной системы», который мы когда-либо видели, была та система, в которой мы живём. Один из давних и важнейших споров в астрономии касался частоты формирования планет: являются ли Земля и её братья и сёстры уникальным явлением, или эта и другие галактики изобилуют подобными объектами? Писатели-фантасты обычно предпочитают последнее по той очевидной причине, что это предполагает гораздо более широкий диапазон сюжетных возможностей. (Если бы мы знали, что мы уникальны, мне не было бы особого смысла писать эту книгу!)
В последние годы астрономическая мысль была большей частью на стороне писателей-фантастов, предполагая, что планеты достаточно широко распространены, но это подозрение оставалось лишь гипотезой, основанной на теории и не подтверждённой прямыми наблюдениями. В последнее время ситуация меняется — фактически, пока я работал над этой главой, вышел отчёт об обнаружении телескопом «Хаббл» дисков, подобных тем, что ожидаются для формирующихся солнечных систем, вокруг многих молодых звёзд в туманности Ориона.[5]
Поскольку ожидается, что планеты будут конденсироваться из диска, кружащегося вдоль экватора вращающейся протозвезды, можно было бы ожидать, что их орбиты будут лежать, как минимум, примерно в одной плоскости. Они могут быть искажены гравитационным взаимодействием с телами, прилетающими извне, но когда орбита одной из планет в системе значительно отклонена от орбит других планет (например, как у Плутона в нашей системе), вы можете предположить, что сама эта планета — бывший сторонний объект, который был захвачен гравитацией.
Характеристики планет, как и характеристики звёзд, в значительной степени определяются их массами. В случае планет существует и другой важный определяющий фактор: природа первичной звезды, или «солнца», и расстояние, на котором вращается планета. Более того, эти факторы взаимодействуют друг с другом.
В нашей Солнечной системе планеты (за возможным исключением Плутона, который может быть объектом стороннего происхождения), естественным образом явственно делятся на две широкие категории. Самые внутренние планеты — Меркурий, Венера, Земля и Марс — могут быть объединены в категорию «землеподобных»: это относительно небольшие каменистые тела, в атмосфере которых (если таковая имеется) есть большое количество таких газов, как азот, водяной пар, углекислый газ и кислород. Внешние планеты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — это «юпитеры»[6] (то есть, планеты, сходные с Юпитером): газовые гиганты значительно большего размера, чем землеподобные, с плотной атмосферой (по крайней мере, у некоторых из них может даже не быть твёрдого ядра), состоящей в основном из тех же видов лёгких газов, которые обычно встречаются в межзвёздной среде (много водорода и гелия, и в меньшем количестве — метан и аммиак).
То, что планеты земной группы расположены близко к Солнцу, а юпитеры дальше — это не случайность. Вполне возможно, что первоначально у всех планет в целом был тот же самый состав, что и у протозвёздной туманности, из которой они образовались. Юпитеры, удалённые от первичной звезды, всё ещё сохраняют определённое сходство с этим составом, а также большую часть своей первоначальной массы. Землеподобные планеты утратили большую часть своей исходной массы, в частности, самые лёгкие газы, потому что их близость к центральному телу нагревала эти лёгкие газы
