Read the book: «Когда у Земли было две Луны. Планеты-каннибалы, ледяные гиганты, грязевые кометы и другие светила ночного неба»

Erik Asphaug

Font:

Переводчик Виктория Краснянская

Научные редакторы Владимир Сурдин, канд. физ. – мат. наук, Михаил Гирфанов, канд. геол. – минерал. наук

Редактор Петр Фаворов

Издатель П. Подкосов

Руководитель проекта И. Серёгина

Корректоры И. Астапкина, О. Петрова

Компьютерная верстка А. Фоминов

Дизайн обложки Ю. Буга

Фото на обложке NASA, Shutterstock

Th is edition is published by arrangement with CHASE LITERARY AGENCY and Th e Van Lear Agency LLC

Все права защищены. Данная электронная книга предназначена исключительно для частного использования в личных (некоммерческих) целях. Электронная книга, ее части, фрагменты и элементы, включая текст, изображения и иное, не подлежат копированию и любому другому использованию без разрешения правообладателя. В частности, запрещено такое использование, в результате которого электронная книга, ее часть, фрагмент или элемент станут доступными ограниченному или неопределенному кругу лиц, в том числе посредством сети интернет, независимо от того, будет предоставляться доступ за плату или безвозмездно.

Копирование, воспроизведение и иное использование электронной книги, ее частей, фрагментов и элементов, выходящее за пределы частного использования в личных (некоммерческих) целях, без согласия правообладателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.

* * *

Посвящается Генри, Галену и Фиби

Эта книга издана в рамках программы «Книжные проекты Дмитрия Зимина» и продолжает серию «Библиотека «Династия». Дмитрий Борисович Зимин – основатель компании «Вымпелком» (Beeline), фонда некоммерческих программ «Династия» и фонда «Московское время».

Программа «Книжные проекты Дмитрия Зимина» объединяет три проекта, хорошо знакомые читательской аудитории: издание научно-популярных переводных книг «Библиотека «Династия», издательское направление фонда «Московское время» и премию в области русскоязычной научно-популярной литературы «Просветитель».

Подробную информацию о «Книжных проектах Дмитрия Зимина» вы найдете на сайте ziminbookprojects.ru.

Краткий список планет и их спутников

В Солнечной системе имеется по крайней мере девять планет¹ (в зависимости от того, кто ведет подсчет) и более 200 их естественных спутников. Ниже перечислены некоторые самые интересные и важные из них². Поскольку спутники иногда имеют странную форму, а планеты с коротким периодом вращения представляют собой сплюснутые эллипсоиды, приводятся их средние диаметры. Радиусы орбит планет даны в астрономических единицах (а.е.), где 1 а.е. равна среднему расстоянию от Земли до Солнца – 149,6 млн километров. Радиусы орбит спутников даются в радиусах их планет.

МЕРКУРИЙ
Расстояние от Солнца: 0,39 а.е.
Диаметр: 4878 км
Масса: 3,301 × 10²³ кг
Орбитальный период: 0,24 года / 88 суток
Период вращения: 58,6 суток
ВЕНЕРА
Расстояние от Солнца: 0,72 а.е.
Диаметр: 12 104 км
Масса: 4,867 × 10²⁴ кг
Орбитальный период: 0,62 года / 226 суток
Период вращения: 243 суток (обратное вращение)
ЗЕМЛЯ
Расстояние от Солнца: 1 а.е. (по определению)
Диаметр: 12 742 км
Масса: 5,972 × 10²⁴ кг
Орбитальный период: 1 год / 365,26 суток
Период вращения: 23,93 часа (сидерические сутки)
Луна
Расстояние от планеты: 60,3 радиуса Земли
Диаметр: 3474 км
Масса: 7,35 × 10²² кг
Орбитальный период обращения вокруг Земли: 27,3 суток (сидерический месяц)
МАРС
Расстояние от Солнца: 1,52 а.е.
Диаметр: 6779 км
Масса: 6,417 × 10²³ кг
Орбитальный период: 1,88 года
Период вращения: 24,6 часа
Фобос
Расстояние от планеты: 2,8 радиуса Марса
Диаметр: 22 км
Масса: 10,8 × 10¹⁵ кг
Орбитальный период обращения вокруг Марса: 7,7 часа
Деймос
Расстояние от планеты: 7,0 радиуса Марса
Диаметр: 12 км
Масса: 1,48 × 10¹⁵ кг
Орбитальный период обращения вокруг Марса: 30,3 часа
ЮПИТЕР
Расстояние от Солнца: 5,2 а.е.
Диаметр: 139 882 км
Масса: 1,898 × 10²⁷ кг
Орбитальный период: 11,86 года
Период вращения: 9,9 часа
Ио
Расстояние от планеты: 6,03 радиуса Юпитера
Диаметр: 3643 км
Масса: 8,93 × 10²² кг
Орбитальный период обращения вокруг Юпитера: 1,8 суток
Европа
Расстояние от планеты: 9,59 радиуса Юпитера
Диаметр: 3130 км
Масса: 4,79 × 10²² кг
Орбитальный период обращения вокруг Юпитера: 3,6 суток
Ганимед
Расстояние от планеты: 15,3 радиуса Юпитера
Диаметр: 5268 км
Масса: 1,48 × 10²³ кг
Орбитальный период обращения вокруг Юпитера: 7,2 суток
Каллисто
Расстояние от планеты: 26,93 радиуса Юпитера
Диаметр: 4806 км
Масса: 1,08 × 10²³ кг
Орбитальный период обращения вокруг Юпитера: 16,7 суток
САТУРН
Расстояние от Солнца: 9,6 а.е.
Диаметр: 116 464 км
Масса: 5,683 × 10²⁶ кг
Орбитальный период: 29,44 года
Период вращения: 10,7 часа
Мимас
Расстояние от планеты: 3,18 радиуса Сатурна
Диаметр: 398 км
Масса: 3,75 × 10¹⁹ кг
Орбитальный период обращения вокруг Сатурна: 0,942 суток
Энцелад
Расстояние от планеты: 4,09 радиуса Сатурна
Диаметр: 504 км
Масса: 1,08 × 10²⁰ кг
Орбитальный период обращения вокруг Сатурна: 1,37 суток
Тефия
Расстояние от планеты: 5,06 радиуса Сатурна
Диаметр: 1072 км
Масса: 6,17 × 10²⁰ кг
Орбитальный период обращения вокруг Сатурна: 1,89 суток
Диона
Расстояние от планеты: 6,48 радиуса Сатурна
Диаметр: 1125 км
Масса: 1,10 × 10²¹ кг
Орбитальный период обращения вокруг Сатурна: 2,74 суток
Рея
Расстояние от планеты: 9,05 радиуса Сатурна
Диаметр: 1528 км
Масса: 2,31 × 10²¹ кг
Орбитальный период обращения вокруг Сатурна: 4,52 суток
Титан
Расстояние от планеты: 21 радиус Сатурна
Диаметр: 5150 км
Масса: 1,34 × 10²³ кг
Орбитальный период обращения вокруг Сатурна: 15,9 суток
Гиперион
Расстояние от планеты: 25,7 радиуса Сатурна
Диаметр: 270 км
Масса: 1,08 × 10¹⁹ кг
Орбитальный период обращения вокруг Сатурна: 21,3 суток
Япет
Расстояние от планеты: 61,1 радиуса Сатурна
Диаметр: 1469 км
Масса: 1,81 × 10²¹ кг
Орбитальный период обращения вокруг Сатурна: 79,3 суток
УРАН
Расстояние от Солнца: 19,2 а.е.
Диаметр: 51 260 км
Масса: 8,681 × 10²⁵ кг
Орбитальный период: 84,02 года
Период вращения: 17,2 часа (обратное вращение)
Миранда
Расстояние от планеты: 5,08 радиуса Урана
Диаметр: 472 км
Масса: 6,59 × 10¹⁹ кг
Орбитальный период обращения вокруг Урана: 1,41 суток
Ариэль
Расстояние от планеты: 7,47 радиуса Урана
Диаметр: 1160 км
Масса: 1,3 × 10²¹ кг
Орбитальный период обращения вокруг Урана: 2,52 суток
Умбриэль
Расстояние от планеты: 10,4 радиуса Урана
Диаметр: 1170 км
Масса: 1,17 × 10²¹ кг
Орбитальный период обращения вокруг Урана: 4,14 суток
Титания
Расстояние от планеты: 17,1 радиуса Урана
Диаметр: 1577 км
Масса: 3,53 × 10²¹ кг
Орбитальный период обращения вокруг Урана: 8,71 суток
Оберон
Расстояние от планеты: 22,8 радиуса Урана
Диаметр: 1523 км
Масса: 3,03 × 10²¹ кг
Орбитальный период обращения вокруг Урана: 13,5 суток
НЕПТУН
Расстояние от Солнца: 30,0 а.е.
Диаметр: 49 244 км
Масса: 1,024 × 10²⁶ кг
Орбитальный период: 165 лет
Период вращения: 16,11 часа
Протей
Расстояние от планеты: 3,77 радиуса Нептуна
Диаметр: 420 км
Масса: 4,4 × 10¹⁹ кг
Орбитальный период обращения вокруг Нептуна: 1,1 суток
Тритон
Расстояние от планеты: 14,4 радиуса Нептуна
Диаметр: 1682 км
Масса: 2,14 × 10²² кг
Орбитальный период обращения вокруг Нептуна: 5,9 суток
Нереида
Расстояние от планеты: 224 радиуса Нептуна
Диаметр: 340 км
Масса: 3,09 × 10¹⁹ кг
Орбитальный период обращения вокруг Нептуна: 360 суток
ПЛУТОН
Расстояние от Солнца: 39,5 а.е.
Диаметр: 2377 км
Масса: 1,303 × 10²² кг
Орбитальный период: 248 лет
Период вращения: 6,39 суток (обратное вращение)
Харон
Расстояние от планеты: 16,5 радиуса Плутона
Диаметр: 1212 км
Масса: 1,55 × 10²¹ кг
Орбитальный период обращения вокруг Плутона: 6,39 суток
Никта
Расстояние от барицентра Плутон – Харон: 41 радиус Плутона
Диаметр: 74 км
Масса: 4,5 × 10¹⁶ кг
Орбитальный период обращения вокруг Плутона – Харона: 24,9 суток
Гидра
Расстояние от барицентра Плутон – Харон: 54,5 радиуса Плутона
Диаметр: 38 км
Масса: 4,8 × 10¹⁶ кг
Орбитальный период обращения вокруг Плутона – Харона: 38 суток
ХАУМЕА
Расстояние от Солнца: 43 а.е.
Диаметр: 1436 км
Масса: 4,0 × 10²¹ кг
Орбитальный период: 284 года
Период вращения: 3,9 часа
Намака
Расстояние от планеты: 48,2 радиуса Хаумеи
Диаметр: 170 км
Масса: 1,8 × 10¹⁸ кг
Орбитальный период обращения вокруг Хаумеи: 34,7 суток
Хииака
Расстояние от планеты: 60,7 радиуса Хаумеи
Диаметр: 310 км
Масса: 1,8 × 10¹⁹ кг
Орбитальный период обращения вокруг Хаумеи: 49,1 суток

Введение

Время – отец истины. Мать ее – наш разум.
Джордано Бруно

Я родился в октябре в Норвегии, поэтому прошло целых полгода до того, как мне удалось полежать на мягкой траве, глядя в небо после захода солнца. (Никогда не мешайте ребенку смотреть в небо.) Как бы то ни было, иногда той темной холодной зимой я, закутанный с ног до головы, оказывался на улице в катящейся куда-то детской коляске. Конечно, по-настоящему я этого не помню, но почти уверен, что впервые увидел Луну холодным полумесяцем, сияющим на темно-синем небе среди немногочисленных ярких жемчужин. Всю мою последующую жизнь это зрелище заставляет меня забыть любые дела. С тех пор – возможно, именно из-за этого – я интересуюсь планетами.

Более ясно я помню, как в первый раз встретилась с Луной моя дочь. Она родилась летом в умеренных широтах. Когда ей исполнилось десять дней, мы отнесли девочку на соседний холм, чтобы полюбоваться на лунное противостояние³, когда ночное светило становится особенно ярким; блеск Луны затмил все, кроме нескольких звезд и, возможно, одной планеты. Стоял тихий прохладный вечер, вокруг нас кружили насекомые. Я никогда не забуду, как выглядело в этом волшебном свете потрясенное маленькое личико дочери, выглядывающее из складок хлопкового слинга. Она издала новый звук, напоминающий какое-то слово, и потянулась пальчиками к бледно-белому кругу в небе.

С детства мы знакомы с Луной, мы смотрим на нее, она волнует нас и внушает нам благоговение. Астрологи утверждают, что она оказывает огромное влияние на наш характер, наши моральные качества и нашу душу. Бесчисленные поколения выросли под ее вечным благосклонным взглядом, что на временной дистанции порядка миллиона лет привело к возникновению общечеловеческой идеи Луны, выраженной в стихах, историях, мифах, астрологических теориях и религиозных учениях.

Люди воспринимали Луну и с научной, и с донаучной точек зрения. К ней подступались геометры, летописцы, наблюдатели за приливами и предсказатели затмений. Но на ночное светило также смотрели священники и оракулы, архитекторы и градостроители, земледельцы, охотники и рыболовы. Стремясь к научному пониманию Луны, мы не можем поспешно отмахнуться от всего этого. Научный анализ ее происхождения и развития неотделим от остального культурного контекста. Помимо любых геофизических, астрономических или космохимических характеристик, Луна имеет свой особый смысл.

Чтобы добиться научного понимания Луны, мы должны проследить весь путь от первых попыток ученых разобраться в устройстве окружающего мира. Это означает обратиться к временам, когда наблюдения касались конкретных, непосредственно видимых фактов, таких как диаметр (в полпальца) и положение в небе, когда натурфилософия была амальгамой идей и мыслительных привычек. В отличие от современного нам конвейера всестороннего анализа, наука в те времена скорее представляла собой брызжущий во все стороны фонтан идей, расширяющийся круг знаний, связанных с духовными поисками человека. Читая эту книгу, не забывайте, что вы всегда можете перескочить через несколько абзацев или перейти к следующей главе, как только вам этого захочется, ориентируясь на иллюстрации, сопровождающие текст в тех или иных главах. Язык линеен, но рассказу совсем не обязательно оставаться таковым.

Наука в нашем понимании существовала всегда, но со временем сфера ее интересов значительно расширилась, а масштаб исследований пропорционально сжался. Философы были и астрофизиками, и теоретиками в области строения вещества. Астрологи – астрономами, теми, кто изучал и применял геометрию, измеряя мир. Химия была алхимией, чьи склянки, фиалы и атаноры обеспечивали материальное и сверхъестественное содержание астрологии. Колесо У-син, катящееся от дерева к огню, земле, металлу и воде, а потом возвращающееся обратно⁴, содержит в себе начальные представления о геологии и химии: благодаря огню дерево превращается в землю; металл приносит воду. Божества Древнего Бенина Маву (Луна) и ее брат Лиза (Солнце), отражая астрофизическую симметрию, порождали потомство во время каждого затмения. Затмения, кометы и другие небесные события изображались художниками каменного века в виде геоглифов, встречающихся в пустынных районах по всему миру и сохраняющих память о системах знаний, почти недоступных нашему пониманию.

В каждой системе мышления соединяется научное и духовное: как объяснять окружающий мир в голове и в сердце. Тем не менее такие объяснения не могут быть чересчур духовными. В конце концов, на Луне есть несимметричные отметины, в которых одни видят человека, а другие кролика, хотя они не слишком похожи ни на то, ни на другое. Это повреждение или родимое пятно? А может, как утверждали некоторые, это богиня Селена скачет боком на коне?

В донаучную эпоху воображение могло давать себе волю безо всяких ограничений, потому что тогда никто не видел поверхность Луны своими глазами, какими бы зоркими они ни были. Воздух искажает очертания предметов, а у нас есть ровно столько фоторецепторов, сколько дано нам природой. Кроме того, люди обнаружили, что на Солнце есть свои повреждения, но они появляются и исчезают, – это солнечные пятна, описанные китайскими натурфилософами, которые смотрели на дневное светило сквозь дым лесных пожаров. Пожалуйста, никогда не пытайтесь это повторить⁵.

За фундаментальными каденциями планетного движения – день, месяц, год – скрываются неточности и тонкости, для прояснения которых потребовались тысячи человеческих поколений, а также зарождение астрономии. Для обитающих на Земле животных не имеет никакого значения, что лунный и солнечный циклы не укладываются один в другой⁶, что между окончанием 12-го лунного месяца и началом нового года остается 10 или 11 дней. Но людям, которые хотят записывать информацию и объяснять любые подробности, это очень важно.

Появления и исчезновения планет можно предсказывать. Марс остается тусклым более года, а затем становится ярким и наливается краснотой во время противостояния, когда какое-то время движется бок о бок с Землей по одну сторону от Солнца. Он высоко стоит и ярко светит – наступает пора Ареса, которую часто считали предвестием грядущих войн. То, что сияющий Марс является предзнаменованием трудных времен, стало самоисполняющимся пророчеством. Подобное же могущество было заключено и в предсказании затмений – вспомните легенду о Фалесе Милетском. В некоторые ночи звезды падают с небес, сгорая в атмосфере яркими полосами. Что это предвещает? А как насчет величественных комет, чьи разноцветные хвосты ночи напролет видны по всему миру? Тогда, как и сейчас, за то, чтобы объяснить все эти вещи, разворачивалось целое состязание. Мое божество или твое? Натурфилософия, магия, нелепые выдумки или современная наука?

Человеческая культура насчитывает сотни тысяч лет, и ее первыми историями вполне могли стать рассказы о куда более зрелищных кометах, чем те, которые когда-либо видели мы. Истории могли складываться и о взрыве соседней звезды, которая несколько недель сияла на небосводе ярче, чем полная луна, а потом превратилась в ведьмин круг, заметный еще многие десятки лет. Что должен был думать об этом пещерный житель каменного века? Каждое человеческое существо во всем мире всматривалось в это кольцо; после такого ничто не могло остаться прежним.

Несмотря на странные и величественные события, нарушающие ход вещей, движение Земли, Луны и планет в целом является гармоничным. Это привело к появлению романтической идеи, что все истинное должно быть гармоничным, или, как это выразил юный Джон Китс,

В прекрасном – правда, в правде – красота,
Вот все, что знать вам на земле дано⁷ ⁸.

Лежащая в основе всего гармония, ровно бьющееся сердце Солнечной системы, отражается в нашей литературе, живописи, скульптуре, музыке и архитектуре, а также в нашей науке, которая стремится к своего рода регулярности своей структуры.

Календарь – это наша попытка уловить ритмы Солнечной системы. Среди них важнейшим являются сутки, определяющиеся одним оборотом Земли вокруг своей оси, и для нас, людей, заключающие в себе один цикл бодрствования и сна, который необходим нам так же, как и пища⁹. Каждое название дня недели в английском календаре имеет астрономические ассоциации: Sunday (воскресенье – Sun's day, «день Солнца»), Monday (понедельник – Moon's day, «день Луны»), Tuesday (вторник – Tiu's day, «день Тиу», то есть Марса), Wednesday (среда – Odin's day, «день Одина», то есть Меркурия), Thursday (четверг – Thor's day, «день Тора», то есть Юпитера), Friday (пятница – Freya's day, «день Фрейи», то есть Венеры), Saturday (суббота – Saturn's day, «день Сатурна»)¹⁰. Четыре недели по семь дней составляют месяц, который приблизительно равен орбитальному периоду обращения Луны вокруг Земли¹¹. Двенадцать с половиной таких месяцев – это год, период обращения Земли вокруг Солнца. Все эти ритмы находятся где-то между биением человеческого сердца (примерно секунда) и сроком жизни (тысяча лун).

Когда-то люди не нуждались в часах и календарях: «зерно созреет через две недели»¹², «я вернусь к снежной луне», «это было тем летом, когда Марс светил очень ярко». Чтобы указать время, человек использовал Луну и Солнце; тут не оставалось места для разночтений. Каждая яркая звезда была знакома, и ни один новичок на ночном небе не оставался незамеченным. Самый темный небосвод, какой вы только видели, – таким было звездное небо для всех и каждого везде, где стояла ясная погода.

Лунный календарь – это живой организм; когда вы пытаетесь зафиксировать его на письме, он сопротивляется. После 12-й полной луны остается еще примерно 11 дней. После 365 дней остается где-то четверть суток, но не точно, что приводит к появлению високосных лет и прочих сложностей. Справляться с этими дополнительными днями и часами, решать, как собрать все это в единое целое, стало работой жрецов, чьи первые храмы одновременно являлись и обсерваториями, ориентированными по орбите и направлению вращения Земли, на восток, на запад и на восход в день солнцестояния. Кто-то должен был описать божественный порядок, дать удовлетворительные объяснения смене сезонов, беспорядочным отметинам на Луне, кометам и метеорным дождям. И ни одна из этих религий не возникла в отрыве от предшествующего контекста, от суммы человеческой памяти, накопленной с того начального момента, когда она была разбужена каким-то редким, непостижимым небесным зрелищем.

Специалисты по планетам работают с историями. Некоторые из них являются истиной, а другие «исходят из доступных нам знаний». Есть и такие, к которым мы только примериваемся: это смелые оценки и измышления в духе «а что, если», ограниченные современным состоянием физики, геологии, химии и математики, но отметающие всякие границы из-за того, что единственный путь к тому, чтобы доказать ложность утверждения, – это решительно заявить, что оно истинно. Таким образом, работа ученого заключается в том, чтобы искать факты и одновременно действовать как провокатор¹³. Наша планета появилась в результате мощных столкновений – это факт; Луна – их последствие. Из этого факта можно вывести идеи и образы, уже граничащие с фантастикой: Луна, которая находится в десять раз ближе к Земле, чем сегодня; Луна в десять раз больше; Луна, сияющая в 100 раз ярче¹⁴. Ее испещренная кратерами и вулканами поверхность обращена к бешено вращающейся под ней Земле; она вызывает в земных океанах приливы высотой во много километров, заливающие первые континенты, – всего этого мы никогда не видели, но мы можем об этом догадываться. Геология началась. «Да соберется вода, которая под небом, в одно место, и да явится суша»¹⁵.

Теперь представьте себе две Луны, расположенные относительно друг друга у вас над головой как две вытянутые в разные стороны руки: большая размером с ладонь, а маленькая – с кулак. Они обращаются вокруг Земли в кольце других обломков и мелких тел. Над горизонтом восходит одна Луна – и тут же появляется другая, как мать и ее детеныш. Когда-то так оно и было.

Тот, для кого и камень драгоценность, на каждом шагу натыкается на сокровища.
Пер Лагерквист, «Карлик»¹⁶

Некоторые дети растут, мечтая о динозаврах, пожарных машинах или растениях; для меня не было ничего интереснее логики, математики и планет. Счастливее всего я был, когда гулял и думал о чем-то своем – как говорила моя мать, витал в облаках. Но, кроме того, меня обуревала страсть к открытию и объяснению вещей, а для этого требовалось выйти из своего мирка, вначале обучая (ведь это единственный способ действительно разобраться в чем-то), а потом учась, чтобы стать ученым, занимающимся происхождением планет и космическими экспедициями – всем тем, что стало темами этой книги.

После университета я преподавал девятиклассникам предмет «Науки о Земле». Хотя я никогда не изучал геологию специально, мне удавалось подготовиться к тому, чтобы учить других, потому что это такая интересная область. Она затягивает, и вскоре ты начинаешь смотреть на мир совсем другими глазами. Учебник, который мы использовали, был прекрасно написан и содержал отличные научные иллюстрации и схемы¹⁷. Один его экземпляр до сих пор лежит у меня дома. Я рассматривал топографические и батиметрические карты на переднем и заднем форзаце так же внимательно, как огромный атлас 1960-х гг., который в моем детстве лежал у нас в гостиной и где на схеме подъема сверхзвукового самолета X-15 к границе атмосферы упоминалось, что астронавты проекта «Меркурий» вскоре поднимутся еще выше и выйдут на орбиту. В атласе имелась голубоватая Венера чуть крупнее Земли – ошибка или вольная интерпретация художника, поскольку на самом деле эта планета желтая и немного меньше нашей. Была там и иллюстрация, показывающая, как возникли планеты: 5 млрд лет назад с Солнцем столкнулась другая звезда, в результате чего образовался шлейф газов в форме сигары (тоже синий), из которого, словно бусины, сгустились планеты – крупные желтоватые в середине и крошечные коричнево-пурпурные по краям¹⁸. Я уже тогда имел так много знаний, что позже мне пришлось избавляться от многих из них!

Изучение астрономии и законов движения небесных тел отличается от овладения знаниями об инопланетных ландшафтах, по которым можно пройтись. Хотя наш учебник назывался «Науки о Земле», в конце там имелась обширная глава о внеземной геологии – «странненькой геологии», как называл ее первый студент, писавший у меня курсовую работу, – снабженная фотографиями, сделанными космическими аппаратами нового поколения, которые к тому времени уже совершили посадки на Марс, Луну и Венеру, а также снимками, полученными устройствами серии «Вояджер» во время их дальних путешествий во внешнюю часть Солнечной системы. Это было то, о чем рассказывал Карл Саган в своем сериале «Космос». Сильнее всего меня завораживали широкоугольные панорамы поверхности Венеры, где советские исследователи уже посадили полдюжины космических аппаратов¹⁹, несмотря на то что плотная горячая атмосфера этой планеты может раздавить корпус подводной лодки (эти устройства выдерживали огромное давление) и растопить свинец. Другой разворот занимал впечатляющий вид на скованную утренним морозом равнину Утопия, запечатленный оснащенным множеством приборов посадочным модулем аппарата «Викинг». Я прибыл на Марс, и возврата оттуда уже не было.

Не забывайте, что все это происходило за пять лет до появления интернета²⁰, поэтому на изображения нельзя было просто навести мышку. В большинстве библиотек имелись только устаревшие издания, а самым близким аналогом всемирной паутины была коробка с микрофишами, где хранился весь архив какого-нибудь журнала. В те годы свежий учебник обладал непревзойденной ценностью. Также исключительным успехом пользовались складные стереоскопы и альбомы-скоросшиватели с парными фотографиями, которые давали нам возможность «полетать» над поверхностью Земли. (К сожалению, в нашем распоряжении не было таких фотографий других планет.) Еще у нас имелся 20-сантиметровый телескоп Шмидта – Кассегрена, а также несколько зеркальных фотоаппаратов и лабораторных микроскопов из университетских излишков. Один друг школы купил нам фотолабораторию для проявки черно-белых снимков, которую установили в маленьком помещении между классными комнатами. У нас была коллекция минералов, которые можно было рассматривать и ковырять, а также по лупе на каждого ученика. Дети делали зарисовки и записи в рабочих тетрадях. Школа приобрела набор для шлифовки камней, капельницы с кислотой для обнаружения карбонатов, несколько сит и объемную физическую карту юго-востока Аризоны – на тот момент новинку, – которая в конце концов истерлась от прикосновений пальцев, в том числе и моих собственных, пытающихся нащупать путь через горы. В качестве объекта изучения в нашем распоряжении имелась целая пустыня.

Первое изображение, полученное с другой планеты. В 1975 г. автоматическая межпланетная станция «Венера-9» совершила посадку в апокалиптическом ландшафте Венеры и выполнила ряд исследований, которые позднее будут многократно повторены в рамках советской космической программы 1970–80-х гг.

Ted Stryk, данные предоставлены Российской академией наук

Преподавание геологии пробудило во мне еще одно воспоминание тех времен, когда мне было около двух лет: мой отец обследует засохшее русло реки в холмах к востоку от Лос-Анджелеса, выискивая и переворачивая какие-то камни. Наша машина стоит под платанами; я помню пятна света, пробивающиеся сквозь листву. Мы приехали то ли на семейный пикник, то ли на экскурсию. Отец улыбается и подзывает меня, чтобы я на что-то посмотрел. Я помню его загорелое лицо, прищуренные от солнца глаза, простые брюки, легкую рубашку и точные движения. Я бегу так быстро, как только могу в незнакомом месте, и добираюсь туда, куда он указывает. Русло перегорожено огромной веткой, в которой застряло несколько больших камней, образовавших нечто вроде скульптуры. Думаю, отец показывал мне ядовитого паука, спрятавшегося в тени между прутьями, – чтобы я никогда не касался таких существ. А может, там была ящерица – одно из животных Нового Света, неизменно вызывавших у него восхищение. Но мне запомнились камни! Не думаю, что мне к тому времени попадалось нечто подобное: разбитые, изъеденные эрозией булыжники больше моих ладоней – зеленые, белые, черные и бледно-красные. В тени они были холодными, на солнце – теплыми. Между самыми большими зияли пустоты, заполненные песком, галькой и листьями.

Это было мое первое полевое геологическое исследование. Я снова вспомню его, когда посадочный модуль «Гюйгенс» пришлет фотографии из полного булыжников русла потока на Титане. Меня всегда притягивали такие места.

* * *

Половину имеющихся у меня знаний по геологии я получил, готовясь к своим урокам, поскольку мне нужно было о чем-то говорить. Остальные появились путем осмоса – впитывания идей в ходе общения и взаимодействия с хорошими людьми вроде учителя биологии, который стал моим наставником²¹. Я дорос до понимания того, что у каждого собственный стиль преподавания, и научился ценить возможность контакта с юными умами. Именно благодаря такому осмосу я впервые почувствовал структуру науки, осознал важность спорных идей вроде гипотезы Геи и гипотезы эволюционного бутылочного горлышка, а также научился читать палеонтологическую летопись далеких времен, усвоив, что такое каменноугольный период, архей или кайнозой.

Также я преподавал физику ученикам двух последних классов. Мы проводили неделю за неделей, делая стробоскопические фотографии и выводя уравнения движения Ньютона с помощью поставленного под углом стола для аэрохоккея²². Мы вторгались на территорию математического анализа, который лучше всего изучать одновременно с законами движения, потому их можно понять интуитивно (математический анализ в какой-то форме работает в голове у любого человека, когда он, к примеру, ловит бейсбольный мяч)²³. Ученики все быстрее разгоняли нагруженный кирпичами скейтборд с помощью резиновой ленты, растянутой до определенной длины, чтобы вывести ньютоновский закон о том, что ускорение (на метры в секунду быстрее за каждую секунду) является постоянным, если сила постоянна. Они возились с пожертвованным нам оборудованием: проводили эксперименты с лазерным ретрорефлектором и построили аэродинамическую трубу, используя для визуализации потока воздуха зажженные сигареты (плохая идея). Мы учились фотографировать с помощью камеры-обскуры – причем каждый ученик сделал свою собственную. Помимо знаний в области геометрической оптики, это дало им и представление о работе в лаборатории, поскольку они сами проявляли снимки в темной комнате.

Это была крутая, абсолютно светоизолированная комната для проявления негативов с тусклым красным светом и фотоувеличителем для экспонирования отпечатков, с запасом сменных светофильтров от желтого до пурпурного и ящиком, наполненным масками для изменения яркости отдельных участков изображения. Там же мы держали кюветы с проявителем, который следовало приготовить в нужной концентрации и довести до необходимой температуры. Ты помещаешь туда свой отпечаток на определенное число секунд, а потом промываешь его в закрепителе. Сегодня все существует в виде цифровых данных. Вместо химических опытов в темной комнате или карандашных зарисовок мы пялимся в мониторы и редактируем пиксели. Отчуждение между нами и тем, что мы изучаем, все нарастает.

Однажды вечером, когда я уже работал в университете, мы с другом установили во дворе телескоп, чтобы студенты, посещавшие мой вводный курс по планетологии, могли получить дополнительные баллы, посмотрев на Луну и Венеру. Молодые люди сменяли друг друга около окуляра, когда мимо, направляясь к автобусной остановке, проходила аспирантка с кафедры астрономии²⁴.

– Ой, а можно мне взглянуть?

– Да, пожалуйста!

– Это Луна?

– Нет, Луна вон там! – показываю на яркий полумесяц несколько левее. – Это Венера.

1.Согласно официальной позиции Международного астрономического союза, в Солнечной системе к категории «планета» относятся восемь тел – Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. – Прим. науч. ред.

2.Данные о планетах и спутниках взяты с сайта https://ssd.jpl.nasa.gov. Данные по Луне и орбитам планет – с сайта https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet. Данные по Хаумее – из D. L. Rabinowitz et al., "Photometric Observations Constraining the Size, Shape, and Albedo of 2003 EL61, a Rapidly Rotating, Pluto-Sized Object in the Kuiper Belt." Astrophysical Journal 639 (2006): 1238–51 и D. Ragozzine and M. E. Brown, "Orbits and Masses of the Satellites of the Dwarf Planet Haumea (2003 EL61)," Astronomical Journal 137 (2009): 4766–76.

3.Противостояние (оппозиция) происходит, когда Солнце и Луна находятся на противоположных сторонах от Земли. В этот момент Луна становится абсолютно полной. Во время большинства противостояний тела не располагаются точно на одной линии, так что Луна находится вне прямой тени Земли; точно в момент противостояния полная Луна становится очень яркой из-за так называемого оппозиционного эффекта, когда свет Солнца отражается от мелкодисперсной поверхности Луны и идет прямо к вам, наподобие того, как свет фар отражается от глаз кошки. Когда противостояние идеально, происходит лунное затмение и Луна на несколько часов оказывается в тени Земли.

4.В цикле взаимопорождения дерево порождает огонь, огонь порождает землю, земля порождает металл, металл порождает воду, вода порождает дерево. В цикле взаимопреодоления дерево побеждает землю, земля побеждает воду, вода побеждает огонь, огонь побеждает металл, металл побеждает дерево. Эти циклы, возможно, соответствуют механизму образования землеподобных планет, если считать, что дерево олицетворят собой органические вещества.

5.Совершенно безопасно смотреть на Солнце в любительский бинокль с солнечными фильтрами – он стоит примерно 40 долларов; возможно, такой есть у вашего преподавателя естественных наук.

6.Тем не менее это имеет значение для бухгалтеров. Бизнесмен и пионер фотографии Джордж Истмен, основатель компании Kodak, выступал за 13-месячный Международный фиксированный календарь (каждый месяц в нем состоит из 28 дней), разработанный американским железнодорожным консультантом Мозесом Котсуортом, и в 1920-х гг. рекомендовал его другим бизнесменам. Его компания продолжала пользоваться этим календарем до 1989 г., выделяя 13 периодов оплаты, по 28 дней в каждом, и добавляя к последнему один день. (У моего бывшего работодателя были 20-дневные периоды оплаты, а также бонусный период; отсюда уже не далеко до древних вавилонян.) Котсуорт первоначально предлагал добавить 13-й месяц Сол между июнем и июлем. Конечно, Луна по-прежнему вела бы себя, как ей заблагорассудится, выбиваясь из этого мерного шага, поскольку синодический месяц (от полной луны до полной луны) составляет 29,5 суток.

7.Пер. Г. Кружкова.

8.Джон Китс, «Ода греческой вазе» (Ode on a Grecian Urn, 1819).

9.Один оборот от полудня до полудня.

10.В индуистском календаре также используются планеты, но в другом порядке: Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн, Луна, Меркурий, Венера. В китайском календаре цикл планет выглядит так: Солнце, Луна, Марс, Меркурий, Юпитер, Венера и Сатурн. Предполагаю, что в том, как каждая культура распределяет планеты по дням, есть какой-то внутренний смысл.

11.День – это один оборот Земли вокруг своей оси, но за каждый такой день Земля проходит 1/365 часть пути вокруг Солнца, поэтому солнечный день на крошечную долю длиннее. Подобным же образом существуют синодический и сидерический месяцы. Сидерический месяц – период обращения Луны вокруг Земли относительно небесной сферы, а синодический – период между двумя полнолуниями с учетом того, что стрелка, указывающая на Солнце, поворачивается приблизительно на 1/12 полного оборота за каждый лунный орбитальный период. Поэтому сидерический месяц равен 27,3 суток, а синодический, время между полнолуниями и основа лунного календаря, – 29,5 суток.

12.В оригинале автор использовал английское слово fortnight, которое буквально значит «четырнадцать ночей». Астрономическое понимание понятия «fortnight» – половина лунного цикла, 14,77 суток.

13.Важно, чтобы у идей, которые, вероятно, неверны, были свои защитники – в этом смысл бессрочных профессорских позиций. Например, Ави Лоэб, глава кафедры астрономии Гарвардского университета, является сторонником гипотезы, что объект 1I/Оумуамуа, прилетевший из-за пределов Солнечной системы, в действительности представляет собой фрагмент межзвездного космического корабля или светового паруса. Очень важно, что он это делает. Теперь кто-то еще может проследить выводы из этого предположения, довести их до абсурда и таким образом отбросить гипотезу. Или не отбросить, и в этом случае она будет становиться надежнее после каждой проверки. Либо так, либо гипотеза превращается в заявление, ложность которого невозможно доказать, как это произошло с теориями Бруно.

14.Галилео Галилей, «патриций из Флоренции», как он назвал себя на титульной странице одного из своих самых известных трудов «Звездный вестник» (Siderius Nuncius, 1609), ярко описал, как его 30-кратный телескоп сделал Луну ближе: «В высшей степени прекрасно и приятно для зрения тело Луны, удаленное от нас почти на 60 земных полудиаметров, созерцать в такой близости, как будто оно было удалено всего лишь на две такие единицы измерения, так что диаметр этой Луны как бы увеличился в 30 раз». (Пер. И. Н. Веселовского.)

15.Бытие 1:9.

16.Пер. В. Мамоновой.

17.Edward Tarbuck and Frederick Lutgens, Earth Science (Columbus, OH: C. E. Merrill Publishing Company, 1985).

18.Как мы увидим далее, эта система воззрений была популярна с конца XIX в. до середины 1920-х гг., и еще в 1960-е она находила отклик в сердцах ученых. В то время она называлась гипотезой планетезималей, чтобы отличаться от гипотезы туманностей Канта – Лапласа. Сегодня под планетезималями мы понимаем нечто совершенно иное, так что я называю ее гипотезой звездного столкновения.

19.В 1970-е и в начале 1980-х гг. в Советском Союзе была осуществлена феноменально успешная серия запусков автоматических межпланетных станций «Венера». В 1970 г. «Венера-7» стала первым космическим аппаратом, совершившим посадку на поверхность другой планеты (помимо Луны). Далее последовало еще полдюжины аппаратов, которые изучали атмосферу и химический состав грунта, а также отправляли на Землю детальные фотографии.

20.Это была эпоха первого альбома Мадонны и ротапринтов – небольших печатных машин с цилиндром, которые заправлялись некой летучей жидкостью. Вы вращали ручку, чтобы долго и нудно делать копии с оригинала, на который вы потратили всю предыдущую ночь, стуча одним пальцем по клавишам механической печатной машинки. Чернила должны были равномерно распределиться по 22 листам бумаги. Ручку требовалось крутить в хорошем темпе, один ваш друг в это время ходил пить кофе, другой – в курилку. Все остальные уже сидели в аудитории, потому что вы безнадежно опаздывали.

21.Морской биолог Джон Менке любит учить и вдохновил ряд своих студентов на то, чтобы тоже стать преподавателями. В моем случае он подтолкнул учителя к тому, чтобы стать ученым.

22.Поскольку это была маленькая школа, я также преподавал английский девятиклассникам. В результате я понял, что учителя английского заслуживают более высокого жалованья или более малочисленных классов, поскольку им приходится проверять так много работ и так много общаться с учениками.

23.Такой математический анализ прост; обозначим скорость как v, тогда ускорение записывается как dv/dt, где t – это время, а d – дифференциал. Так что ускорение – это изменение скорости при изменении времени, метры в секунду за секунду.

24.Аспирант – это студент, который сдал все квалификационные экзамены, закончил посещать занятия и теперь работает над тем, чтобы стать экспертом мирового уровня в какой-либо области.