Эрик Асфог - Когда у Земли было две Луны. Планеты-каннибалы, ледяные гиганты, грязевые кометы и другие светила ночного неба

FORS/VLT/ESO

Чем четче линии поглощения, тем больше концентрация данного атома в фотосфере. В предположении, что солнечное вещество хорошо перемешано, в его состав по массе входит 73,9 % водорода, 24,7 % гелия и 1,4 % других элементов, в основном кислорода (1 %) и углерода (0,3 %). Нам известна концентрация еще десятков элементов, а всего их там обнаружено более 60. Если внести поправку на атомную массу, мы получим, что более 90 % атомов Солнца – это атомы водорода; аналогичным образом, соотношение числа атомов С и О составляет 0,55 [104].

Химический состав примитивных метеоритов близок к составу Солнца. Если на одной оси откладывать средние содержания элементов, обнаруженных на Солнце, а на другой – элементов, найденные путем масс-спектрометрического анализа таких примитивных метеоритов, как Альенде и Оргей, то в итоге получится более-менее прямая линия. Если не учитывать газы и другие элементы, которых в метеоритах просто не может быть, то соответствие будет один к одному (то есть состав идентичен) с несколькими резко отличающимися значениями. Каждый такой выпадающий элемент вместе со своими изотопами сообщает нам нечто важное и о происхождении метеоритов, и о том, как звезды обзавелись планетами.

Если водород и гелий (H, He) – строительный материал для звезд, а кремний, магний, железо и кислород (Si, Mg, Fe, O) – основные компоненты каменистых планет, то углерод, водород, кислород, азот (C, H, O, N) и понемногу еще нескольких других элементов составляют любую пригодную для жизни среду. Поэтому теперь мы сосредоточимся на углероде и кислороде, третьем и четвертом по распространенности элементах во Вселенной. Оба являются типичными продуктами идущего внутри звезд термоядерного синтеза, в частности так называемого CNO-цикла. Возможно, что углерод производят все звезды, а кислород – преимущественно взорвавшиеся на первом этапе гиганты; если это так, то соотношение углерода и кислорода во Вселенной в целом растет. Но сейчас звезды вокруг нас обычно содержат примерно в два раза меньше атомов углерода, чем кислорода. Такое же соотношение характерно и для Солнца.

При таком соотношении, когда гигантское газовое облако остывает, H и H становятся H 2(самая распространенная молекула), C и O превращаются в СО (самое распространенное соединение ), а затем появляются CO 2, CH 4, NH 3, HCN и все прочие CHON-штуки, которые в конце концов конденсируются во льды. После завершения этих реакций основная часть углерода уже израсходована, но остается много свободного кислорода. Как уже говорилось во введении, кислород создает характерные для землеподобных планет оксиды . Один из таких оксидов – вода (H 2O), второе по распространенности соединение во Вселенной. Далее идут минералы, которые составляют кору и мантию землеподобных планет, такие как кварц (SiO 2), оливин ((Mg, Fe) 2SiO 4) и тому подобное. Мы называем их силикатами, но важнейший элемент в их составе – это кислород, а не кремний (Si), потому что, как это ни странно, образование силикатов ограничено доступностью именно кислорода. Когда кислород кончается, прекращается образование и горных пород, и воды.

Кислород – ключ ко всем этим земным активам. Но что происходит вокруг тех немногих звезд [105], в которых соотношение С и О гораздо выше? Настоящая катастрофа! В таком случае углерод связывает в молекулы СО и СО 2 весь кислород. В условиях изобилия свободного углерода и отсутствия свободного кислорода, необходимого, чтобы появились горные породы и вода, из чего же сделаны их планеты? Планеты-гиганты по-прежнему будут состоять из газообразных водорода и гелия, но под черными графитовыми облаками, из которых льются алмазные дожди. «Каменистые» планеты выглядят там еще более странно. Вместо силикатов там будут карбиды, карбонаты и твердый углерод, а вместо воды – углеводороды, такие как метан и пропан (CH 4и C 3H 8). Карбидная планета размером с Землю имела бы большое металлическое ядро, а вокруг него – мантию из карбидов кремния вместо оксидов кремния (например, SiC вместо SiO 2). Поверх мантии находилась бы кора из твердого углерода – в форме графита в верхних слоях и сжатого до алмаза на глубине около 10 км.

Потрясающее зрелище: при образовании в плитах такой коры [106]складок и разломов, на планете вырастали бы сверкающие алмазные горы! Эрозия графита под действием углеводородных дождей создавала бы в мутном свете звезды поразительные композиции из прозрачных кристаллов, разделенных черными полосами. Вы могли бы жить там в наполненной светом пещере, напоминающей Крепость Одиночества из комиксов про Супермена, – нужно было бы только герметизировать ее и наполнить пригодным для дыхания воздухом. Но вне вашей алмазной пещеры планета оставалась бы холодной и ядовитой. Углеводороды, льющиеся дождем с задернутого смогом неба, циркулировали бы там в атмосферно-гидрологическом цикле, как вода на Земле, создавая океаны, озера и могучие реки.