Идея о том, что у нашего Солнца может быть невидимая звезда-компаньон, звучит как сюжет для фантастического романа. Однако за этой гипотезой стоит не воображение писателя, а строгая математическая закономерность, обнаруженная в геологической летописи Земли. В начале 1980-х годов палеонтологи Дэвид Рауп и Джек Сепкоски взялись за амбициозную задачу: собрать воедино все известные науке данные о вымираниях морских организмов за последние четверть миллиарда лет. Выбор именно морских обитателей был не случаен — океаническое дно накапливает осадочные породы практически без перерывов, создавая гораздо более полную и непрерывную каменную летопись, чем та, что доступна на суше.
Результат этой кропотливой работы озадачил научное сообщество. Оказалось, что массовые вымирания видов не были случайными событиями, разбросанными по временной шкале в хаотичном порядке. Вместо этого они выстраивались в пугающе ровную последовательность с интервалом ровно в 26 миллионов лет. Такая точность противоречила всем известным земным механизмам катастроф. Изменения климата, извержения вулканов, колебания уровня океана — ни один из этих процессов не способен поддерживать столь стабильное расписание на протяжении сотен миллионов лет. Напрашивался вывод, что источник этой периодичности находится далеко за пределами нашей планеты, в космическом пространстве.
Загадка требовала смелого объяснения, и за дело взялся Ричард Мюллер, профессор физики из Калифорнийского университета в Беркли. Его гипотеза, которую он отстаивает и по сей день, предполагает, что Солнце вовсе не одинокая звезда. Где-то на окраинах Солнечной системы существует невидимый компаньон, получивший имя Немезида. Этот объект, по мнению физика, движется вместе с Солнцем вокруг общего центра тяжести и с пугающей регулярностью, каждые 26 миллионов лет, направляет во внутренние области системы целые рои комет.
Художественное представление гипотетической звезды-компаньона, движущейся по окраинам нашей планетной системы на фоне далеких светил.
Космический танец двух звезд
Вопреки распространенному убеждению, одиночные звезды в нашей Галактике — скорее исключение, чем правило. Большинство светил существуют в парах или даже тройных системах, связанные взаимным притяжением. Они обращаются вокруг общего центра масс — точки, которая при равенстве масс находится ровно посередине, а при значительной разнице смещается к более тяжелому телу. Оба светила при этом совершают полный оборот за одинаковое время, словно фигуристы, кружащиеся в парном танце.
Согласно расчетам Мюллера, партнером Солнца должен быть красный карлик — небольшая и относительно холодная звезда, расходующая ядерное топливо крайне экономно. Такие объекты светят настолько тускло, что могут оставаться незамеченными даже на сравнительно небольшом по космическим меркам расстоянии. Минимальная масса гипотетической Немезиды оценивается в пять процентов от солнечной: меньший объект просто не обладал бы достаточной гравитацией, чтобы всерьез влиять на окраины Солнечной системы.
Мне особенно важно подчеркнуть два принципиальных момента, которые часто упускают из виду. Во-первых, Немезида не имеет ничего общего с так называемой «Планетой Икс», которую некоторые астрономы ищут за орбитой Нептуна. Речь идет о полноценной звезде, расположенной несопоставимо дальше всех известных планет. Во-вторых, эта гипотеза не связана со случайными звездами, время от времени проходящими мимо Солнечной системы. Такие визитеры действительно существуют и способны своей гравитацией возмущать покой далеких ледяных тел, но они прилетают нерегулярно и с разных направлений. Строгий 26-миллионолетний цикл требует постоянного спутника, возвращающегося в одну и ту же область пространства по замкнутой орбите.
Ледяная сфера на краю системы
Сама Немезида никогда не приближается к Земле или другим планетам — ее орбита пролегает на колоссальном удалении. Опасность кроется в другом: в ее взаимодействии с облаком Оорта, гигантской сферической оболочкой из ледяных глыб, окружающей Солнечную систему со всех сторон. Внешняя граница этого облака находится на расстоянии до 1,6 светового года от Солнца. Для наглядности: свет достигает Земли за восемь минут, до Нептуна летит четыре часа, а до края облака Оорта — более полутора лет. Это примерно треть расстояния до ближайшей к нам звезды, Проксимы Центавра.
Внутри облака Оорта находятся триллионы ледяных объектов, которые невозможно увидеть в телескопы: они слишком малы, невероятно далеки и почти не отражают слабый солнечный свет. О существовании этой структуры ученые знают лишь благодаря долгопериодическим кометам, регулярно прилетающим к Солнцу. В отличие от планет, вращающихся в одной плоскости, такие кометы появляются со всех направлений и под самыми разными углами, что подтверждает сферическую форму облака.
Строительный материал для облака Оорта, как объясняет директор Астрофизической лаборатории Бордо Шон Реймонд, собрался около 4,5 миллиарда лет назад из трех разных источников. Первый — это остатки формирования самой Солнечной системы: вещество, не вошедшее в состав планет и выброшенное их гравитацией на окраины. Второй источник — материал, перетянутый у соседних молодых звезд, с которыми Солнце находилось в тесной группе на раннем этапе. Третий — объекты из межзвездного пространства, захваченные при сближениях с другими звездами и за счет гравитации Юпитера, самой массивной планеты нашей системы.
Миллионолетний период бомбардировки
На расстоянии полутора световых лет притяжение Солнца ослабевает настолько, что ледяные глыбы в облаке Оорта удерживаются на своих орбитах крайне ненадежно. Любое внешнее гравитационное воздействие способно сбить их с привычного пути. По модели Мюллера, Немезида движется вокруг общего с Солнцем центра тяжести не по идеальному кругу, а по слегка вытянутой овальной траектории. Большую часть времени звезда проводит вдали от облака Оорта, не причиняя ему беспокойства. Но раз за полный оборот — то есть каждые 26 миллионов лет — она приближается к Солнцу на минимальное расстояние и проходит сквозь самую густую часть ледяной сферы.
Притяжение красного карлика сдвигает с места миллиарды комет. Часть из них улетает в глубокий космос, другая теряет скорость и начинает падать внутрь Солнечной системы. Поскольку облако Оорта огромно, а звезда на таком удалении движется медленно, проход через плотную зону занимает много времени. Поток комет, устремляющихся к планетам, не иссякает быстро — период повышенной опасности длится около миллиона лет. Все это время кометы регулярно пересекают орбиту Земли, и вероятность столкновения с крупными ледяными телами возрастает многократно. Именно эти миллионолетние периоды бомбардировок, по мнению физика, и запечатлелись в земных породах как эпохи массовых вымираний.
Схематическое изображение прохождения Немезиды сквозь облако Оорта с сопоставлением ее характеристик и графика вымираний за 250 миллионов лет.
Спор о природе убийцы динозавров
Самый известный эпизод в таблице вымираний Раупа и Сепкоски произошел 66 миллионов лет назад на мел-палеогеновой границе. Именно тогда исчезли динозавры и множество других видов. Причина катастрофы хорошо изучена: на полуострове Юкатан в Мексике обнаружен гигантский кратер от падения космического тела. Однако здесь гипотеза Мюллера вступает в противоречие с общепринятым мнением. Большинство ученых считают, что динозавров погубил астероид, а не комета, и для гипотезы Немезиды эта разница принципиальна.
Астероиды — каменистые или металлические тела, вращающиеся в основном в поясе между Марсом и Юпитером, то есть сравнительно близко к Земле. Далекая звезда на расстоянии полутора световых лет никак не может повлиять на этот пояс, где безраздельно властвуют гравитации Солнца и Юпитера. Если на Юкатан действительно упал астероид из внутренней части системы, Немезида к вымиранию динозавров не причастна, и вся логика 26-миллионолетнего цикла рушится.
Мюллер, впрочем, утверждает, что твердых доказательств астероидной природы у науки нет. История этой версии, по его словам, связана с самим открытием. Автором теории космического удара был геолог Уолтер Альварес, коллега Мюллера по Беркли. Альварес с командой обнаружил в древних породах по всему миру тонкий слой иридия — редкого металла, которого мало в земной коре, но много в космических телах. В первой научной статье он написал, что этот слой принес астероид, и слово закрепилось в учебниках.
Позже Мюллер лично спросил Альвареса, могло ли это тело быть кометой. Ответ был показательным: вполне могло, поскольку отличить одно от другого в любом случае невозможно. Когда десятикилометровое тело врезается в Землю на скорости в десятки километров в секунду, оно полностью испаряется и смешивается с расплавленными породами. Комета из облака Оорта содержит не только лед, но и огромное количество каменистой пыли с тем же иридием. Поэтому ни форма кратера, ни химический состав осадков не позволяют определить, прилетел ли объект из соседнего пояса астероидов или с самых дальних окраин облака Оорта.
Сопоставление состава астероида и кометы при ударе о Землю, три источника формирования облака Оорта и шкала расстояний до внешних границ системы.
Почему телескопы молчат
Главное возражение астрономов звучит просто: если рядом с Солнцем действительно существует целая звезда, пусть даже тусклая, современные телескопы давно должны были ее заметить. Красный карлик массой в пять процентов от солнечной на расстоянии полутора световых лет имел бы восьмую или девятую звездную величину. Невооруженным глазом в ясную ночь человек различает звезды максимум шестой величины, так что увидеть Немезиду без приборов нельзя. Однако объект восьмой или девятой величины легко заметен даже в хороший бинокль, не говоря уже о профессиональных обсерваториях, десятилетиями фотографирующих все небо.
Мюллер объясняет это противоречие особенностями поиска близких звезд. На фотографии звездного неба видны миллионы светящихся точек, и по одному снимку невозможно определить расстояние до конкретной. Маленький тусклый красный карлик совсем рядом с Солнцем выглядит точно так же, как гигантская яркая звезда за тысячи световых лет. В каталогах зафиксированы сотни миллионов таких точек, но точное расстояние известно лишь для малой их части.
Для поиска близких объектов астрономы сравнивают снимки одного участка неба, сделанные с перерывом в несколько месяцев или лет. Далекие звезды остаются неподвижными, а близкие заметно смещаются относительно фона. Но с Немезидой этот метод не срабатывает. Случайные чужие звезды летят сквозь Галактику по собственным маршрутам и быстро пересекают наше поле зрения, поэтому их смещение бросается в глаза. Немезида же привязана к Солнцу гравитацией и движется вместе с нами. Сейчас она находится в самой дальней точке вытянутой орбиты, где ее скорость минимальна, и для наблюдателя с Земли почти не смещается на фоне далеких звезд. Автоматические телескопы, настроенные на поиск быстро движущихся объектов, просто пропускают ее, принимая за рядовую далекую звезду.
Дополнительную сложность создает расположение. Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца практически в одной плоскости — плоскости эклиптики. Если Немезида существует, ее орбита почти наверняка лежит в этой же плоскости или очень близко к ней. Для астрономов это самая сложная зона наблюдений: узкая полоса неба, где сосредоточено большинство астероидов, малых тел внешней системы и огромное количество далеких звезд фона. Искать там одну ничем не примечательную тусклую звезду без знания точных координат — задача исключительной сложности. Вероятнее всего, Немезида уже давно сфотографирована и занесена в базы данных, но числится там как обычная далекая звезда.
Причина неуловимости гипотетического спутника: сравнение смещения обычной близкой звезды и объекта, гравитационно связанного с Солнцем, а также его положение на шкале видимой яркости.
Новые инструменты и спокойствие на миллионы лет
Поскольку прямое наблюдение пока не дает результатов, астрономы рассчитывают проверить гипотезу косвенным путем — через изучение комет и самого облака Оорта. Главным инструментом должна стать новая обсерватория имени Веры Рубин в Чили, которая как раз начинает свою работу. В отличие от многих телескопов, детально изучающих лишь небольшие участки космоса, эта обсерватория оснащена самой большой в мире цифровой камерой с огромным полем зрения и будет непрерывно фотографировать все доступное небо каждые несколько ночей.
Благодаря такой методике обсерватория сможет обнаружить множество новых тусклых объектов, в том числе долгопериодические кометы из облака Оорта, которые раньше оставались незамеченными. Когда астрономы соберут данные о траекториях сотен таких комет и точно рассчитают, откуда они прилетели, появится возможность составить подробную карту облака Оорта. Если выяснится, что кометы вылетают преимущественно из одной области, где их орбиты явно нарушены чьим-то сильным притяжением, это станет прямым указанием на то, в каком секторе неба нужно прицельно искать массивный объект.
Что касается безопасности Земли, расчеты Мюллера дают повод для спокойствия. Если 26-миллионолетний цикл реален, сейчас наша планета находится примерно в середине безопасного промежутка между катастрофами. Немезида движется по самой дальней части своей орбиты, вдали от плотных слоев облака Оорта. Следующее сближение звезды с ледяным облаком и новый период массированного падения комет начнутся не раньше чем через 12-15 миллионов лет. В масштабах человеческой жизни это время, которое невозможно даже осмыслить.