Виникнення життя на поверхні Землі - однієї з планет, що обертаються навколо Сонця, стало можливим на певному етапі еволюції сонячної системи. В силу поєднання таких факторів, як співвідношення мас Сонця і Землі, відстань між ними, інтенсивність сонячного випромінювання, прозорість і склад земної ат-мосфери і т. П. Мають місце умови для виникнення найпростіших форм життя. Але ще задовго до цього доля Землі була найтіснішим чином пов'язана з Сонцем, в сім'ї якого - Сонячній системі - Земля здавалася з самого початку одним із звичайних, нічим не Примеча-них нащадків.
Сонце - це зірка. За своїми розмірами, масі, температурі поверхні, світловому потоку Сонце належить до числа найбільш поширених, типових для нашої Галактики зірок. Це порівняно холодна жовта зірка (температура поверхні Сонця «всього» близько 6000 °) спектрального класу G2 -заурядное світило серед мільярдів зірок. На діаграмі Герцшпрунга - Рассела (рис. 1) графічно зображена зв'язок між світністю зірки (залежить від її маси, розмірів, температури і характеризується абсолютною зоряною величиною) і спектральним складом її випромінювання (спектральний клас, обумовлений температурою поверхні зірки). Сонце, позначене хрестиком, розташоване в самій середині так званої головної послідовності - порівняно вузької смуги, що простягнулася від лівого верхнього до правого нижнього кута діаграми.
Мал. 1. Діаграма Герцшпрунга - Рассела для найяскравіших зірок неба і зірок, розташованих ближче 4 парсек до Сонця.
Вказані послідовність надгігантів (Іа), гігантів (III) і головна послідовність (V), в центрі якої розташоване Сонце. Шкала показника кольору В - V відповідає спектральним класам зірок головної послідовності. Зірочкою позначені найяскравіші зірки неба, точкою - зірки, розташовані ближче 4 парсек до Сонця.
Але в надрах цієї нічим не примітною зірки ось вже 5 млрд. Років відбувається таїнство звільнення і випромінювання в світовий простір гігантських кількостей променевої енергії. Цей процес і є найголовніша передумова виникнення, існування і розвитку життя. Еволюція Землі, виникнення і прогрес життя на її поверхні є окремий випадок, одне з численних наслідків існування нашого світила, еволюції сонячної системи.
Як і інші зірки, Сонце, очевидно, виникло з газопилової хмари міжзоряного матерії під впливом взаємного тяжіння частинок. Сили всесвітнього тяжіння досить швидко (за астрономічними масштабами) перетворюють таку хмару у відносно щільний і непрозорий газова куля. У міру гравітаційного стиснення (а сили тяжіння тим більше, чим більше маса кулі) тиск і температура в центральних областях майбутньої зірки досить швидко ростуть. Газова куля починає світитися. Але тільки тоді, коли розігрів його надр запускає термоядерну топку, коли в процесі самоспалення водню починає звільнятися внутрішньоядерна енергія, а світність і температура газу різко зростають, - газова куля стає зіркою. При цьому тиск і температура в її надрах досягають величин, які перешкоджають подальшому гравітаційного стиску. Розміри зірки стають стабільними.
Якщо температура поверхні Сонця не перевищує 6000 ° С, то в його центральних областях вона досягає 15-25 млн. Градусів. Кожну секунду Сонце випромінює 4 · 10 ерг світлової енергії, що відповідає перетворенню 600 млн. Т водню в гелій. І це самоспалення триває з постійною інтенсивністю не менше 4,5 млрд. Років! Такі масштаби процесу, якому ми з вами зобов'язані життям. Звичайно, маса Сонця величезна, виражається воістину астрономічними цифрами: 2,00 · 10 г або 2,00 · 10 т, що відповідає 333 343 масам Землі. За мільярди років існування Сонця лише частки відсотка цієї гігантської маси випарувалися в вигляді випромінювання. Але, зрозуміло, всьому є межа. Сталий світіння зірки за рахунок термоядерних реакцій не може тривати нескінченно довго. Те Сонце, яке ми бачимо і можемо вивчати - це тільки один з етапів в біографії зірки, період в її мільярдолітній історії.
Термоядерні реакції тривають в порівняно тонкому шарі між гарячим і щільним ядром зірки і порівняно холодними, розрідженими периферійними шарами. Подальші долі ядра і периферії зірки різні. Розміри зірки і її світність поступово зростають: вона стає червоним гігантом, вступає в період нестабільності, порівняно швидкої еволюції. Коли термоядерні реакції вичерпують себе, то в тонкому шарі, що оточує щільне ядро, зірка як би «скидає» свою зовнішню оболонку. Периферичні шари зірки віддаляються з більшою або меншою швидкістю від ядра і через кілька десятків тисяч років розсіються в світовому просторі. Так за стадією червоного гіганта виникає планетарна туманність, а після розсіювання її зовнішньої оболонки залишається дуже гаряча невелика щільна зірка. Поступово остигаючи, вона перетворюється в білий карлик - заключний етап еволюції зірок.
Така загальна схема. Швидкості проходження окремих етапів залежать головним чином від початкової маси зірки. Ті численні зірки нашої Галактики, маса яких більша за Сонце хоча б па 15-20%, еволюціонують значно швидше Сонця. Багато з них вже досягли стадії білого карлика. А якщо маса зірки перевищує певну критичну величину (приблизно в 1,5 рази більше сонячної), її розвиток виявляється ще більш бурхливим. Вигорання водню і гелію в центральних областях масивних зірок призводить до більш інтенсивного гравітаційного стиску і завершується грандіозною космічною катастрофою. Скидання оболонки такої зірки відбувається в формі вибуху, під час якого світність, яскравість зірки раптово зростає в десятки і сотні тисяч разів. На місці скромної і малопомітною зірочки (в силу її віддаленості від Землі) раптом спалахує яскрава зірка, світло якої може конкурувати навіть з повною Місяцем. Такі зірки астрономи називають надновими.
Стародавні китайські літописи розповідають, що в 1049 року відбулася спалах найяскравішої зірки. У сучасні телескопи вдалося розглянути в тій ділянці неба, де колись засвітилася наднова, так звану Крабовидную туманність. У центрі се сяє досить яскрава зірка, а оболонка (власне, туманність) розлітається від неї з такою швидкістю, що зворотний розрахунок підтверджує: ця туманність дійсно утворилася в середині XI ст.
Вибух наднової - це гігантський термоядерний котел, в якому народжуються важкі елементи (розташовані далі в таблиці Менделєєва, ніж залізо), що не утворюються в надрах зірок в звичайних умовах. Вибух зірки розкидає осколки її речовини, частина яких потім під впливом сил тяжіння знову стягується в одне тіло і дає початок новому світила - зірці другого покоління, маса якої значно менше первісної. Оскільки вік нашої Галактики - близько 20 млрд. Років, деякі її зірки могли пройти навіть два-три і більше подібних періоду вибухового зменшення маси, поки вона не досягла значення нижче критичного. Завдяки спектральним дослідженням вчені виявили в складі Сонця майже всі елементи таблиці Менделєєва, в тому числі і важчі, ніж залізо; це дозволяє думати, що наше світило - зірка другого покоління.
Розрахунки вчених показують, що принаймні ще 6 млрд. Років Сонце буде стійко і стабільно випромінювати енергію. Тільки приблизно через 8 млрд. Років воно стане червоним гігантом. Але ще задовго до того, як розпечені шари червоного чудовиська, в яке перетвориться колись наше добре Сонце, поглинуть все околосолнечное простір з орбітами Меркурія, Венери і Землі, все живе на Землі буде спалено тисячократно зрослим смертоносним потоком випромінювання. На той час, коли Земля перестане бути затишним житлом для людей, людство, безсумнівно, зможе здійснити переселення на планети більш молодих зоряних систем, відшукає або створить умови для свого подальшого нормального існування і розвитку.
Історія Землі та інших планет сонячної системи найтіснішим чином пов'язана з еволюцією центрального світила. Різноманітні наукові теорії, які намагаються пояснити виникнення Землі і планет, так чи інакше пов'язують його з Сонцем. Одна з теорій, висунута в середині XVIII ст. французьким ученим Ж. Бюффоном, а в XX ст. розвинена американськими вченими Чемберленом і Мультона і англійськими фізиками Дж. Джинси і Г. Джеффріс, прямо передбачала, що Земля й інші планети складаються з речовини Сонця. Щоб пояснити, як велика маса речовини виявилася вирваною з обіймів сонячного тяжіння, довелося допустити зіткнення Сонця з іншою зіркою (Джині і Джеффріс) або кометою (Бюффон), або жахливої сили вибух на самому Сонці (Чемберлен і Мультон), або проходження поблизу Сонця інший зірки, вирвав значну масу речовини зі сфери тяжіння Сонця.
Так чи інакше, ця теорія пов'язувала виникнення планет з вкрай рідкісним і малоймовірним подією і, отже, визнавала винятковість сонячної планетної системи, земного життя. Речовина Землі та інших планет, згідно з цією теорією, було спочатку розплавленим, а потім охололо.
У міру накопичення знань про Землю і про Всесвіту помилковість цієї теорії ставала все більш очевидною. Непрямі дані, а також прямі спостереження переконали вчених, що планетні системи є, по-видимому, у більшості зірок, розташованих на відстані 20-30 світлових років від Сонця. Значить, сонячна система - не виняток, а скоріше правило. Для виникнення планет повинен існувати загальний і постійно діючий механізм, який не має нічого спільного з гіпотезою зіткнення.
Вивчення земної кори до глибин в 5-7 км привело вчених також до переконання, що гірські породи нашої планети швидше за все не були з самого початку розплавленими, а зазнали часткового розігріву і розплавлення вдруге в результаті радіоактивного розпаду. Значить, Земля (і, ймовірно, інші планети сонячної системи) виникла не з розпеченого сонячної речовини, а з холодної газопилової матерії, яка послужила матеріалом для освіти самого Сонця. Це призвело до відродження деяких старих уявлень і сприяв появі нових теорій.
Нарешті, третя група теорій, також допускає «холодну» народження Землі, передбачає, що Сонце в процесі руху навколо центру Галактики завдяки силам тяжіння захоплювало речовина газопилових скупчень, з якого потім формувалися планети. Вперше цю «теорію захоплення» висунув в 1943 р академік О. Ю. Шмідт. Американський астрофізик Г. Юри, розвиваючи цю теорію, припустив, що утворення небесних тіл, подібних Місяці, і їх уламків відбувалося задовго до формування сонячної системи, можливо, в результаті вибуху зірки першого покоління - попередниці Сонця. Під впливом сонячного вітру і світлового тиску легкі атоми виштовхувалися на периферію. Коли почалося формування планет, найближчі до Сонця Меркурій, Венера, Земля і Марс виявилися побудованими з більш важкого речовини, ніж зовнішні планети. Лише порівняно легка Місяць, за поданнями Юрі, є залишком ранній стадії формування Сонячної системи.
З точки зору виникнення життя на Землі теорії захоплення і одночасного формування Сонця і планет одно вірогідні і допускають однакову еволюцію умов на поверхні Землі, холодної планети, що зазнала потім вторинному розігріву і часткового розплавлення. Різниця полягає лише в тому, що вік Землі, відповідно до теорії захоплення, може бути і більше, і менше віку Сонця, тоді як теорія Канта - Лапласа в її сучасному варіанті передбачає приблизно одночасне формування Сонця і планет.
Наша планета все ще недостатньо досліджена, щоб можна було на підставі вивчення земних порід чітко визначити її вік. Наявні дані дають орієнтовну цифру, близьку до 4,5 млрд. Років. Наука сьогоднішнього дня, очевидно, близька до визнання «холодного» народження Землі в період, віддалений від наших днів приблизно на 5 млрд. Років. У всякому разі, сучасні теорії виникнення життя на Землі походять від цього припущення. Але і в разі народження Землі з холодного матеріалу роль Сонця в формуванні планетної системи, в еволюції умов на поверхні Землі, необхідних для народження життя, величезна.