Глава 12 Произход и начални стадии на еволюция на Слънчевата система

Последните поколения станаха свидетели на сериозно търсене на живот в други светове, отначало с помощта на фотографско разузнаване на петте най-близки съседи на Земята, а след това непосредствено на Луната, Марс и Венера. Съседните планети се изучават не само да се установи дали са обитаеми, но и да се узнае повече за условията на тях сега и в миналото. Но тези изследвания винаги са свързани с нашата основна проблематика: как е възникнал животът в Слънчевата система и колко широко е разпространен?

Когато преминаваме към търсене на живот във Вселената, ключов става следния въпрос: каква част от всички съществуващи звезди – единични, двойни и кратни, имат планетни системи? С други думи, колко планетни системи, подобни на нашата, съществуват в Галактиката? По-нататък ще обсъдим този въпрос, но сега ще съсредоточим внимание върху известните ни планети. Нашите опити да се обясни тяхния произход и еволюция ще помогнат да се оцени значението на живота на Земята и да се предскажат характеристики на други, още неоткрити планетни системи, които могат да включват планети, подобни на нашата.

Да се опитаме да възстановим историята на процеса на кондензация на Слънчевата система в една звезда, девет планети, техните спътници и по-малко отломки на основата на изучаване на най-примитивните членове, претърпяли най-малко промени за 4,6 млрд. години от момента на формиране на Слънчевата система. Най-лесно се подават на изучаване такива представители на началния стадий на нашата планетна система като кометите – буци от мръсен лед, които обикалят около Слънцето на огромни разстояния от нас; метеорните тела и астероидите, каменисти или метални тела, обикалящи около Слънцето по такива орбити, както планетите; Меркурий и Луната, два обекта от вътрешните области на Слънчевата система, повърхностите на които не са били подложени на ерозия под действие на вятър и дъжд, тъй като тези небесни тела нямат атмосфера. Изучаването на тези небесни тела ни доставя основна информация за ранната Слънчева система; за съжаление тази информация е недостатъчна, за да се възстанови напълно процесът на нейното образуване, но достатъчна за създаване на реалистичен модел, способен да обясни повечето от известните ни факти. Надяваме се да намерим допълнителни данни за условията на ранната Слънчева система след по-детайлно изследване на атмосферата на планетите – гиганти и повърхността на техните спътници с помощта на космически апарати.

Девет планети обикалят около Слънцето по почти кръгови орбити, които лежат почти в една равнина; 99,9% от масата на Слънчевата система се съдържа в Слънцето, а от останалия 0,1% основната част е съсредоточена в четирите планети – гиганти, най-голяма от които е Юпитер. Масата на Земята, най-голяма от четирите планети от земната група, съставлява само 1/318 от масата на Юпитер и 1/329000 от масата на Слънцето.

Четирите планети – гиганти силно се отличават от четирите планети от земен тип (Меркурий, Венера, Земя, Марс) по размери и химичен състав. Планетите – гиганти са големи, газообразни, разредени и богати на кислород, а планетите от земнатта група са малки, твърди, плътни и бедни на водород. Тъй като планетите – гиганти се състоят главно от водород и хелий, техният химичен състав е подобен на средния химичен състав на Вселената. Химичният състав на планетите от земната група е съвсем друг: Вселената е богата на водород, а Земята не.

Има достатъчно просто обяснение за силните различия между двата типа планети. (Най-външната планета Плутон представлява изключение от тази схема; тя повече прилича на един от спътниците на далечните планети.) Богатите на водород планети представляват относително малко изменило се първично вещество, от което се е формирала Слънчевата система, а твърдите планети от земната група са загубили голяма част от леките газове, съставляващи основата на това вещество. Вместо първичните атмосфери, захванати от газово-праховия облак, от който се е формирала Слънчевата система, те имат вторични атмосфери, възникнали след образуване на планетите.

Астрономите предполагат днес, че Слънчевата система е възникнала от сгъстяване в междузвезден газово-прахов облак, което по някакъв начин е придобило достатъчно плътност, за да започне да се свива под действие на собствените гравитационни сили. Облакът отначало трябва да се е въртял бавно, а с намаляване на размерите – все по-бързо, както фигуристка, която прибира към тялото си ръцете, за да ускори въртенето. Първичният облак отначало е имал размери, съставляващи значителна част от средното разстояние между звездите, примерно една светлинна година. Средният съвременен радиус на нашата планетна система е равен на 40 радиуса на земната орбита (40 астрономически единици), т.е. 1/2000 от светлинната година. Но някои комети, обикаляйки около Слънцето, се отдалечават от него на огромни разстояния, близки до светлинната година. Така, кометите могат да се разглеждат като блокове вещество, кондензирало в началото на формиране на Слънчевата система, орбитите на които все още отразяват размера на протослънчевата система. От друга страна, би могло кометите да са се формирали близо до Слънцето, а след това в резултат на преминаването им близо до планетите да са се отклонили от своите първоначални орбити.

При свиване на газово-праховия облак до съвременните размери на Слънчевата система неговото въртене е пречело на свиването в направления, перпендикулярни на оста на въртене. С други думи, гравитационната сила по-лесно свива веществото на облака към неговия център по оста на въртене, отколкото в напречна посока. Вследствие на съвместното действие на свиването и въртенето се е образувал въртящ се облак във формата на диск със значително по-голяма плътност, отколкото преди свиването, в който частиците се удряли по-често и преминавали в резултат на ударите на нови орбити около центъра на облака. Плътността била максимална в центъра, където започнала кондензацията на протослънцето. По времето, когато Слънцето достигнало достатъчна плътност, за да започнат в него термоядрени реакции, в дискообразния облак започнали да се образуват сгъстявания на веществото на различни разстояния от центъра. Регулярното разположение на планетните орбити около Слънцето, очевидно, отразява процеса на образуване на сгъстявания на веществото в границите на дисковидната конфигурация.

Когато на Слънцето преди 4,6 млрд. години започнали термоядрени реакции, температурата на планетите, особено вътрешните, забележимо се покачила. Два са решаващите фактори, които определили лицето на бъдещата планета – размерът на протопланетата и нейното разстояние до Слънцето. Планетите с неголеми размери не са в състояние да удържат водорода и хелия, най-леките газове, особено ако температурата е толкова висока, че най-леките молекули напускат повърхността й. По време на формиране на планетите от неплътни сгъстявания, образуващи се около Слънцето, масите, които те са придобили до началото на термоядрените реакции на Слънцето, изиграли определяща в способността на планетата да удържа водорода и хелия. Друг определящ фактор бил разстоянията на планетите до Слънцето, от които също зависело ще могат ли водородът и хелият да преодолеят силата на гравитация на планетата. Работата е в това, че по-близките планети се нагряват по-силно, а колкото е по-висока температурата, толкова по-трудно се удържат водорода и хелия при дадена сила на гравитация.

Резултатите от съвместното действие на тези два фактора намираме в днешните планети. Всичките четири планети от земната група се оказали неспособни да удържат водорода и хелия в продължение на милиарди години от времето на своето образуване; тези два най-леки газа са се изпарили практически няколкостотин милиона години след като Слънцето е започнало да свети. Планетите – гиганти, значително по-отдалечени от Слънцето, на стадия на протопланета са имали значително по-низки температури, затова са придобили значително по-голяма маса от вътрешните планети. Ако Юпитер се намираше сега на мястото на Земята, т.е. пет пъти по-близо до Слънцето, той все още щеше да удържа водорода и хелия, защото неговата маса превъзхожда масата на Земята 318 пъти и създава значително по-голяма гравитационна сила. Но Юпитер е могъл да придобие такава маса само на разстояние, пет пъти по-голямо от разстоянието Земя – Слънце; планетата, която се е формирала по-близо до Слънцето, т.е. нашата Земя, никога не би могла да придобие такава огромна маса и да удържа водорода и хелия в течение на дълго време след като Слънцето е започнало да свети. Даже сред планетите – гиганти Уран и Нептун, които превъзхождат Земята по маса 15 и 17 пъти съответно, очевидно се характеризират с по-ниско съдържание на водород и хелий от Юпитер и Сатурн, с маси 318 и 95 земни маси. Това означава, че Уран и Нептун са загубили част от водорода и хелия в процеса на своето формиране, въпреки огромните им разстояния до Слънцето.

Подразделянето на планетите във всяка планетна система на група от плътни, твърди вътрешни планети и група на разредени, газообразни външни планети има смисъл, ако нашата Слънчева система е възникнала по „стандартен” начин. Доказателства в полза на това твърдение са спътниците на Юпитер – вътрешните спътници са по-плътни от външните. Юпитер е толкова огромен, че той е затоплял околното пространство в периода на своето формиране, предизвиквайки разделяне на минералите с различни температури на топене, подобно на Слънцето. Ние очакваме същия ефект в други планетни системи, макар засега да нямаме нито един пример, за да проверим това предположение.

Комети

Малки тела, които най-добре отразяват условията в първичната Слънчева система са кометите. Техните силно продълговати орбити не показват концентрация към равнината на Слънчевата система, следователно, кометите би могло да са формирани преди протослънчевата система да придобие формата на диск. Според съвременната теория основа на кометата е ядро, което напомня огромна мръсна снежна топка с маса, равна на масата на голяма планина и диаметър няколко километра. „Снегът” в кометата се състои от обикновен воден лед с примеси на въглероден диоксид и други замръзващи газове, възможно е да включва и по-сложни съединения като формалдехид и цианацетилен. „Мръсотията” представлява скални частици с различни размери, очевидно не подлагани на топене или други процеси, тъй като досега си остават запечатани в кометния лед. Астрономите предполагат, че именно заради отсъствието на химични взаимодействия кометите се явяват непокътнати образци на първичното вещество, от което се е образувала Слънчевата система, и че те могат да съдържат в своите недра останали непроменени прашинки и молекули от междузвездното вещество.

Голяма част от своя живот всяко кометно снежно ядро бавно обикаля около Слънцето на огромни разстояния, хиляди пъти превишаващи разстоянието от Слънцето до Плутон. Далеч от слънчевата топлина такова ядро има температура само от няколко градуса над абсолютната нула. Може би милиони комети обикалят около Слънцето, но ние нищо не знаем за тях дотогава, докато някоя от тях не придобие случайно (възможно е под действие на притеглянето на съседни звезди) нова орбита и не попадне във вътрешната област на Слънчевата система. Но и тогава с кометата нищо не се случва дотогава, доката тя не се приближи до Слънцето на разстояние, сравнимо с разстоянието до Юпитер. След това ледът започва да се изпарява и газ и прах, освободени от снежното ядро, се разсейват и образуват дифузна обвивка, наречена кома.

С приближаване към Слънцето все повече и повече газ и прах се освобождават и се образува ефектна опашка, която се простира зад адрото на милиони километри и придава на кометата необикновена красота. Някои комети имат две опашки: газова и прахова, а понякога имат няколко опашки от единия и другия вид. Гравитационното въздействие от страна на Слънцето и планетите – гиганти може да разруши кометата при пресичане на „заселени с планети” части на Слънчевата система. Астрономите също са наблюдавали как някои комети при преминаване близо до Слънцето се разпадат на две или няколко парчета, които продължават да се движат по първоначалната орбита. Понякога притеглянето на една от планетите – гиганти може така да отклони кометата, че тя да премине по-близо до Слънцето. Известни са десетки такива краткопериодични комети, заобикалящи Слънцето само за няколко години в сравнение със стотици хиляди или милиони години, които са необходими на първичните дългопериодични комети за един оборот около Слънцето. Халеевата комета, най-известна благодарение на регулярното си възвръщане на всеки 76 години, има промеждутъчна орбита, която се простира зад орбитата на Нептун, но не на такива гигантски разстояния, както при дългопериодичните комети.

Кометите ни предоставят възможност да изследваме веществото на първичната Слънчева система, което се е образувало пряко от първичния газ и прах и малко се е променило за изминалите 4,6 млрд. години. Те даже ни „правят услуга” като ни доставят това добре запазило се древно вещество в околностите на Земята, когато дългопериодична комета при своето първо преминаване близо до Слънцето може да се окаже на няколко милиона километра от нашата планета. Твърдата, добре съхраняваща се комета, даже извършвайки милиони обороти, съдържа вещество, което е било защитено от въздействието на високи температури и по своя състав е по-близо до първичното, отколкото до всяко друго вещество в Слънчевата система. С помощта на спектрален анализ на слънчевата светлина, отразена и преизлъчена от кометите, астрономите открили, че в тези първични ледени топки се съдържат удивително много относително сложни молекули. Тъй като се смята, че кометите са се кондезирали на ранен стадий от образуване на Слънчевата система, не е чудно, че в тях се откриват някои молекули, съдържащи се в междузвездните облаци. Действително, откритите вода, въглеродни оксиди, циановодород HCN и метилцианид CH₃CN в кометите свидетелства за връзката между ледените блокове на кометите и междузвездните облаци, от които те са кондензирали.

За да се потвърди този извод, би следвало да продължи търсенето в кометите на други органични молекули. Няма ли някои от аминокиселините в ядрата на кометите? Това би могло да се изследва, изпращайки космически апарат до комета, който да вземе проби от газа и твърдото вещество за изследване в земни лаборатории. Тогава бихме могли да знаем какви видове съединения са доставяли тези ледени пратеници на повърхността на ранната Земя. Възможно е, такива контакти да са помогнали за формирането на атмосфера или даже да са способствали за начало някои химични реакции, които в крайна сметка са довели до възникване на живота.

И така, кометите, които прекарват голяма част от живота си в дълбините на космоса, на границата на Слънчевата система, представляват най-добре съхранилото се първично първично вещество, относително достъпно за изучаване. Друг източник на първично вещество се явяват безформени отломки, наречени астероиди и метеорни тела, които подобно на кометите обикалят около Слънцето по изтеглени орбити, но не се отдалечават толкова от него. Размерите на астероидите лежат в диапазона от стотици километри в диаметър при някои обекти, до по-малко от един километър при хиляди обекти, а техните орбити се разполагат между орбитите на Марс и Юпитер. Астероидите са фрагменти от планета, която е можило да се образува но не се е получило, защото гравитационното въздействие на Юпитер е попречило за слепването на веществото в едно крупно тяло. Така, астероидите биха могли да ни предоставят ценни проби „изкопаемо” вещество, което е съществувало преди 4,6 млрд. години, когато планетите са започнали да се формират, но още не са достигнали съвременните размери.

Междупланетните странници с по-малки размери, наречени метеорни тела, имат размери от няколстотин метра в диаметър до части от милиметъра. На практика метеорните тела са малки астероидиу но астрономите ги отделят в отделна група, защото при своето движение около Слънцето те могат да пресекат земната орбита и да се сблъскат със Земята. Когато малко метеорно тяло навлезе в земната атмосфера, неговата голяма скорост спрямо Земята, обусловена от различието на орбитите, води до силното му нагряване вследствие съпротивлението на въздуха. В резултат на това малките метеорни тела се изпаряват; наричат ги падащи звезди или метеори. Ако метеорното тяло има относително голяма маса, то може да уцелее прш триенето в атмосферата и негов остатък да достигне земната повърхност във вид на метеорит.

Повърхносттите на Меркурий, Венера, Марс и Луната са покрити с много хиляди метеоритни кратери, повечето от които са се образували в първите стотина милиона години след формирането на Слънчевата система.

В онова време „дъжд” от милиони метеорити атакувал всички планети от земната група. На нашата планета има неголям брой метеоритни кратери. Отначало Земята е била подложена на интензивна бомбардировка, но геологичните следи от първите няколстотин милиона години са изчезнали в резултат на ерозията и движението на литосферните пластове.

След изучаване на всички метеорити, намерени на Земята, учените са разработили обща класификация на тези обекти, основана на техния химичен и минералогичен състав. Повечето намерени метеорити са каменни, малка част – железно – каменни със съставки, богати на метали; накрая отделни метеорити се състоят преимуществено от желязо, никел и други метали. Възрастта на метеоритите, датирана с радиоактивни методи, е максимум 4,6 млрд. години, колкото е възрастта на Слънчевата система. Най-интересен подклас на каменните метеорити са т.н. хондрити. Те съдържат овални съставки – хондри, забележимо отличаващи се от останалото вещество на метеорита. От хондритите най-голям интерес за нас представляват карбонатните хондрити, до 5% от масата на които се състои от различни съединения на въглерода. Тъй като тези обекти най-малко са били нагрявани, те се явяват най-древните от метеоритите и дават възможност да се изучават продуктите на добиологичната органична химия в космоса. Получени са интересни резултати при изследване на съединенията в различни видове карбонатни хондрити.

Търсенето на съединения, образувани извън Земята, в метеоритите винаги се усложнява от това, че между радането на метеорита и неговото откриване обикновено минава много време. Разнообразните замърсявания могат да добавят земни органични молекули към тези, които се съдържат в самия метеорит. В крайна сметка учените на два пъти имаха късмет да намерят карбонатни хондрити скоро след тяхното падане на Земята. Първият от тях, метеоритът Мерчисон, паднал в Австралия през 1972 г., е бил намерен на следващата сутрин след падането.

Подробен химичен анализ на метеорита Мерчисон показал присъствие на 16 аминокиселини, основните строителни блокчета на белтъчините. Пет от тези аминокиселини влизат в състава на живите организми, но останалите 11 са редки. Това свидетелства за отсътвие на замърсяване. Две допълнителни проверки потвърдили този извод. Първо, сред аминокиселините на метеорита Мерчисон са открити еднакви количества леви и десни молекули, докато земните аминокиселини в живите организми почти изцяло се отнасят към лявата форма и са способни да се превърнат в смес от равни количества леви и десни молекули само след стотици хиляди години независимо съществуване. Второ, отношението на съдържанието на изотопите въглерод – 12 и въглерод – 13 в метеорита се оказало 88,5, а в земните организми то се колебае от 90 до 92, т.е. различава се немного, но достатъчно, за да се потвърди извънземния произход на въглерода в аминокиселините на метеорита.

Откриването на аминокиселини в този метеорит, а след това в подобен метеорит показва, че природата е създала аминокиселините в относително неблагоприятни условия – в студения вакуум на междупланетното пространство – от основни компоненти на вътрешната част на протослънчевата система. Образуването на тези аминокиселини, очевидно потвърждава нашата основна схема за произхода на живота на Земята, според която аминокиселините се образуват по естествен път от основните съставки. Още едно потвърждение е откриването в метеоритите на гуанин и аденин – две от основите, образуващи напречните връзки в молекулите ДНК и РНК. Мастни киселини и други жизнено важни молекули също са били намерени в карбонатните хондрити. Следователно, химичните процеси, в които се образуват важни за възникването на живота съединения, очевидно со протичали при различни условия и може да се очаква широко разпространение на тези процеси във Вселената. Кометите също могат да съдържат молекули, имащи отношение към живота; именно тази възможност послужила за доста спорната теория, според която кометите при своето преминаване близо до Земята носят със себе си епидемия от чума. По-приемливо в този смисъл е предположението, че веществото на метеоритите и кометите, които несъмнено са падали на първичната Земя, би могло да послужи като източник на готови органични молекулии по такъв начин да се ускори образуването на по-сложни добиологични молекули на Земята.

При търсенията на оригинални, претърпели най-малко промени, членове на Слънчевата система на първо място сред обектите от вътрешната й част стоят Меркурий и Луната. Тъй като нямат атмосфера, техните повърхности не са били подложени на атмосферните влияния за 4,6 млрд. години от образуването им.

Освен това, скалите на Луната и Меркурий са по-древни, отколкото на Земята, тъй като на тези неголеми обекти вероятно не е имало забележима тектонична активност: на тях отсъства дрейф на континентите, образуване на вулкани по зоните на разлом и разширение на океанското дъно (спрединг). За преместване на литосферните плочи е необходим мощен източник на топлина, който може до съществува само на достатъчно голяма планета, където се освобождава достатъчно топлина в резултат на разпадане на радиоактивни изотопи. Даже на Марс, който е по-голям от Луната и Меркурий, липсва забележима тектонична активност, защото топлината, отделяна при разпада на радиоактивните изотопи, излиза на повърхността и се излъчва в космоса прекалено бързо, за да предизвика движение, подобно на спрединг. Следователно, на неголемите планети са се съхранили първичните скали, защото там отсъстват значителни вътрешни конвективни процеси, които биха могли да пренесат това, което по-рано е било в кората, в мантията на планетата. Но при изучаването на Луната и Меркурий се убедихме, че е безполезно да се търси живот на тях. От близостта на Меркурий до Слънцето температурата на дневната му страна превишава 300°С; той е подложен най-интензивно в цялата Слънчева система на облъчване с ултравиолет. На Луната също има голяма температурна разлика от деня към нощта и тя не е защитена от гибелния поток на ултравиолетовото излъчване.

Повърхността на Меркурий напомня силно на покритите с кратери участъци на Луната и отразява светлината почти по същия начин, както лунните скали. Това навежда на мисълта, че повърхностите на Луната и Меркурий се състоят основно от еднакъв тип скали. Периодът на въртене на Меркурий е свързан с неговия 88 – денонощен период на орбиталното му движение с любопитна резонансна връзка: планетата прави точно три оборота около оста си за два оборота около Слънцето. Следователно, всяка част от повърхността на планетата отначало преминава под палещите лъчи на Слънцето, а след това се потапя в 88-денонощна нощ, през която температурата пада до — 150°С! На изследователите, които биха искали да кацнат на Меркурий и да изучават първичните скали, ще се наложи да се погрижат за защита както от необикновената жега, така и от свръхсибирския студ, ако решат да прекарат няколко месеца там.

Преди около 400 години Галилей открил на повърхността на нашия естествен спътник хиляди кратери. Оттогава астрономи и геолози спорят за техния произход. Дали са резултат от вулканична дейност на Луната? Или са създадени от гигантски мехури газ, които са се издигнали през разтопените скали и са се пръснали на повърхността? Или са белези, оставени от метеорити? Галилей открил, че по-светлите области на Луната, наречени континенти, имат повече кратери от тъмните области, наречени морета.

Ключът за решаване на загадката се намерил с признаването на факта, че различието в броя на кратерите на континентите и моретата може да бъде обусловено от различната възраст на тези области. Ако кратерите имат метеоритен произход (което се оказало вярно за огромен брой кратери), различието в техния брой може да се обясни, ако по-силно вдлъбнатите кратери на континентите са по-стари от моретата, които са били покрити със свежи потоци от лава забележимо по-късно от образуването на Луната. Потоците лава, простиращи се на стотици километри, са могли да изригнат при падане на огромни метеорити, които разрушавали до основи областите, покрити с кратери, и образували вместо тях „море” на разтопена и застиваща скала.

Както и Меркурий, Луната е прекалено малка, за да удържи атмосфера или да предизвика такива движения на пластовете на нейната повърхност, които биха довели до изчезване на ранната кора. Така че могат да се разшифроват следите от ранни събития в Слънчевата система, изучавайки лунния пейзаж и скали. Картината на Луната е както на Меркурий: многобройни кратери, неми свидетели на бомбардировки на безброй обекти с диаметри от няколко микрона до десетки километри. Силно осеяната с кратери повърхност на Луната свидетелства за нейното образуване на ранен стадий от еволюцията на Слънчевата система. Но образувала ли се е Луната близо до Земята?

Била ли е Луната захваната на сегашната си орбита вече след образуването й? Или тя се е отделила от Земята? Учените се надяват да отговорят на въпроса откъде се е взела Луната след подробното й изследване.

Изследване на Луната от човека

Стремежът към изучаване на Луната и предсказванията какво може да се намери там представляват важна съставна част от културното наследство на човечеството. През 60-те години на миналия век, когато автоматични космични апарати прелетяха над невидимата страна на Луната, извършиха кацане на нейната повърхност и химичен анализ на лунната почва, се разгоряха спорове не само за произхода на Луната, но и за възможността астронавтите, връщащи се от Луната, да донесат лунни микроорганизми, които да предизвикат на Земята неизвестни по-рано болести.

Повечето учени смятали за невъзможно съществуването на живот на Луната, но активно малцинство начело със Сейгън показвало, че Луната би могла да има общо със Земята в ранната история, т.е. да е притежавала първична атмосфера и запаси от вода, и че природата е достатъчно компетентна как да направи първите стъпки към живота навсякъде във Вселената. (Последлалите открития на сложни молекули в междузвездните облаци и аминокиселини в метеоритите показали, че този аргумент на Сейгън е напълно приемлив.) Противоположната гледна точка се свеждала към това, че поради неголямата сила на тежестта Луната не е можела да удържи летливите съединения, в това число водата, в течение на време,достатъчно за развитие на живот. И ако даже животът по някакво чудо е възникнал и оцелял във вид на спори под слой лунна почва, той не би могъл да взаимодейства със земни организми заради различия в химичната структура. По време на паметен публичен диспут Андерс, специалист по метеоритите, изразил готовност да изяде първата почва, доставена от Луната, за да демонстрира своята увереност в стерилността на лунната повърхност.

През втората половина на миналия век повече от 50 космически апарата се доближиха до Луната или извършиха кацане на повърхността й. Дванадесет жители на нашата планета са ходили по лунната повърхност, събирайки образци от скали и прах, и поставиха научна апаратура, която продължи да работи още дълго след завръщането на астронавтите. Едно от първите открития при анализа на образци от лунните скали се оказа сред най-важните: скали от тъмните лунни морета като цяло са аналогични на земния базалт. Това показва, че Луната не винаги е била студена; по-скоро някога тя е била достатъчно гореща за образуване на магма, т.е. разтопена скала, която излизайки на повърхността кристализира в базалт. При подробното изучаване на лунните образци в земни лаборатории били открити не само различия в състава на скалите от различните морски и континентални райони, но и че всичките лунни скали забележимо се различават от земните. В частност, съдържанието в тях на летливи елементи е стотици пъти по-малко, отколкото в земните базалти.

Това различие има съществено значение. Дори на Земята съществува забележим дефицит от летливи елементи в сравнение с тяхното съдържание в планетите-гиганти и в звездите. Към дефицитните елементи на Земята се отнасят водород, въглерод и азот, които, както знаем, играят важна роля в биологията. Значително по-малкото съдържание на летливи елементи на Луната изключва очевидно възможността за живот там, основан на тези елементи. Освен това, има данни че този съществен дефицит от летливи елементи съществува на Луната от момента на нейното образуване. Така че там не е имало първична, богата на летливи елементи среда, в която би могло да се развие добиологична химия. Очевидно, да се вкуси неголямо количество лунен прах е безопасно!

Друг извод, който произтича от съпоставянето на лунните и земните скали, е , че Луната не е била част от Земята; различията в химичния състав, макар и неголеми, изключват тази възможност от гледна точка на геологията. Но макар хипотезата за Луната като откъснала се от Земята да не издържа на критиките, никой точно не знае, откъде все пак се е взел нашия спътник. Специалистите отдават предпочитание на идеята, че Луната се е образувала там, където се намира и сега. Нейното формиране е било част от процеса на формиране на Земята; имаме работа като с двойна планета, тъй като масата на Луната съставлява 1/81 от масата на Земята, т.е. значително повече, отколкото масите на другите спътници спрямо масите на своите планети. Но по какъв начин членовете на двойната планета са придобили различен химичен състав, остава неясен; най-ревностните подръжници на другите модели за произхода на Луната оспорват модела на двойната планета.

Една от важните причини за трудното установяване на произхода на Луната е отсъствието на геологични следи от първите стотици милиони години от нейната история. Оказало се, че лунните образци не съдържат първичните, неизменили се скали, имащи възраст 4,6 млрд. години, т.е. оцелели от времето на образуване на Слънчевата система. Повечето лунни скали имат възраст 4,2 млрд. години,т.е. по-стари от най-древните земни скали, имащи възраст 3,8 млрд. години, но все пак по-млади от Слънчевата система. Принудени сме да заключим, че метеоритната бомбардировка в ранния стадий е била много интензивна и е разрушила голяма част от скалите, отнасящи се към първите 400 млн. години на лунната история.

Така, Луната не ни осигури вещество от първичната Слънчева система и равнодушно ни гледа от небосвода, безжизнена, лишена от каквато и да е атмосфера, загряваща се до 125°С в продължение на двуседмичния лунен ден и замръзваща до -125°С в продължение на двуседмичната нощ. Каква е ползата от Луната за живота, ако не смятаме, че някои живи организми на Земята увеличават активността си при пълнолуние?

Отговорът се оказал достатъчно неочакван: възможно е Луната да е изиграла решаваща роля за развитието на живота на Земята. Първо, присъствието й на орбита близо до Земята е помогнало за стабилизиране на оста на въртене на Земята в пространството. Ако не беше Луната, тази ос значително по-силно би менила своето положение в нечение на вековете и милионите години, предизвиквайки продължителни изменения на климата, способни да унищожат живота, развиващ се при определени условия. Марс, нямащ голям спътник, изменял своята ос на въртене, което оказало сериозно влияние на условията на повърхността на планетата.

Второ, Луната предизвиква на Земята големи приливи. Тя по-силно привлича близката страна на Земята, отколкото нейния център, а центъра привлича по-силно отколкото далечната страна. Земните морета по-силно реагират на тези различия в силата на притегляне, отколкото сушата, което е и причина за изменение на нивото на моретата спрямо сушата два пъти в денонощие. На ранния стадий от съществуването на Земята приливните водоеми са могли да изиграят решаваща роля в образуването и взаимодействието на сложни молекули; в тях са могли да възникнат първите примитивни биологични клетки. Преди 4 млрд. години Луната е била по-близо до Земята, отколкото сега, и е предизвиквала по-високи приливи, затова ролята на приливното въздействие е била пропорционално по-силна. Приливните водоеми, които се напълвали, изпразвали и отново напълвали два пъти в денонощието, са можели да се разпрострат значително по-нашироко, отколкото сега, ако средното изменение на нивото на морето е било примерно 2 м, а не 0,5 м.

Ако Луната е осигурила в значителна степен условия за начало на живота на Земята, необходим ли е подобен спътник за възникване на живот на друга планета? Днес нямаме удовлетворителен отговор на този въпрос и няма да можем да отговорим, докато не намерим друга планета – жилище на живот и и не разберем дали нейните обитатели не възхваляват своя безжизнен спътник в знак на признателност за своето съществуване.

Изводи

Комети, метеорни тела и астероиди представляват вещество от Слънчевата система, което най-малко се е променило от времето на нейното формиране преди 4,6 млрд. години. В частност, кометите вероятно са се образували най-напред и може би съдържат образци от най-древното вещество на Слънчевата система, тъй като повечето комети се движат около Слънцето по силно издължени орбити и се отдалечават от Слънцето значително по-далеч, отколкото ной-далечната планета. На такива огромни разстояния от централната звезда първичното кондензирало вещество не е подложено на нагряване и затова практически не се променя.

Масите на кометите са значително по-малки, отколкото на планетите или техните спътници; те представляват замръзнали „снежни буци”, състоящи се от вода, оксиди на въглерода, амоняк и по-сложни молекули. При преминаване близо до Слънцето кометният лед частично се изпарява, образувайки обвивка около ядрото (кома) и дълга разредена опашка, която се простира зад ядрото на милиони километри. Метеорните тела, „роднини” на малките астероиди, обикалят около Слънцето по такива орбити, че някои от тях могат да пресекат орбитата на Земята. Нагряването от съпротивлението при движение в атмосферата води до изпаряване на повечето от тях и тогава наблюдаваме метеор, или падаща звезда. По-големите метеорни тела могат частично да оцелеят въпреки нагряването и да паднат на Земята във вид на метеорити. Важен, макар и рядък клас метеорити, въглеродните хондрити, частично се състоят от съединения на въглерода за разлика от повечето метеорити, които се състоят от желязо, никел, скални видове или техни смеси.

В някои карбонатни хондрити са открити 16 различни аминокиселини, основна съставна част на белтъчините. Тъй като тези аминокиселини очевидно са възникнали при небиологични процеси, тяхното съществуване свидетелства за относителната лекота на образуване на аминокиселини в процеса на формиране на Слънчевата система.

Повърхността на Меркурий, която не е подложена на атмосферни влияния, е силно осеяна с кратери. Те са резултат от интензивна метеоритна бомбардировка в продължение на първите стотици милиони години. Високата плътност на Меркурий при неговите малки размери показва, че планетата е по-богата на тежки елементи от Луната (особено желязо). Този извод изглежда разумен при отчитане на високата температура, която е преобладавала по време на формиране на Меркурий и е затруднявала удържането на по-леките елементи.

Потоците древна лава на Луната, т.е. лунните морета, са резултат от удари на огромни метеорити. Лавата запълнила кратерите, които преди това са били на техните повърхности. Но даже на лунните континенти, които са по-древни от морските райони, са се съхранили малко скали, възрастта на които е малко над 4 млрд.години; доказателствата за първите няколкостотин милиони години от историята на Луната очевидно са потънали в забрава. Анализът на лунните скали показва, че Луната не е била част от Земята.

Тъй като Луната стабилизира положението на оста на въртене на Земята и предизвиква приливи, възможно е да сме задължени на сравнително масивния ни спътник за съществуването на живота на Земята. Луната ни е спасила от смъртно опасни изменения на климата, а приливите, които два пъти в денонощие напълвали и опустошавали богатите с хранителни вещества приливни водоеми, са могли да осигурят концентрация на съединения във водоемите и образуване на по-сложни молекули по пътя на полимеризация на повърхността на обкръжаващата глина.