3 rzeczy, których dowiesz się z książki “Od pyłu do życia”

O dziwo tematyka genezy naszego kosmicznego sąsiedztwa, nie należy do najszerzej eksploatowanych w literaturze. Wszyscy popularyzatorzy skupiają się na czarnych dziurach, ciemnej materii i wielkim wybuchu, a jeśli już tykają Układu Solarnego, to najczęściej w kontekście eksploracji Marsa. I właśnie w tym miejscu wkracza para brytyjskich uczonych: planetolog John Chambers z Oxfordu oraz astronomka Jacqueline Mitton z Cambridge. Jak stwierdzili we wstępie do swojej pracy, geneza Układu Słonecznego jest nie tylko istotna, ale wręcz nieodzowna dla poznania początków Ziemi, zaś bez tego możemy co najwyżej pomarzyć o sformułowaniu wiarygodniej koncepcji powstania życia.

Wydana przez PWN książka Od pyłu do życia. Pochodzenie i ewolucja Układu Słonecznego wypełnia tę lukę, bardzo skrupulatnie podejmując wątki, często wypychane poza margines wielkiej nauki. Tym samym czytelnik dostaje szansę poznania najnowszych, jak i nieco starszych hipotez z zakresu astronomii, planetologii oraz geologii. Łącznie 15 rozbudowanych rozdziałów, traktujących m.in. o pomiarach ciał niebieskich, metodach datowania, meteorytach, gwiezdnej chemii, narodzinach gwiazd, planetozymalach, Księżycu, kometach, a także przyszłości Układu Słonecznego.

Na zachętę, trzy interesujące fakty zaczerpnięte z publikacji Chambersa i Mitton.

1. Oszacowanie wieku Słońca

Kreacjoniści i różnej maści pseudonaukowcy, bardzo lubią kwestionować szacunki wieku Ziemi, wskazujące na grube miliardy lat. Szczególnie doczepili się do datowania radiowęglowego, twierdząc, że jest ono niewiarygodne i w żaden sposób nie dowodzi, że świat powstał wcześniej niż kilka tysięcy lat temu. Rzecz zabawna o tyle, że wiedzę o wieku naszej planety, Układu Słonecznego, gwiazd i w końcu całego wszechświata – uczeni uzyskiwali też na inne sposoby, a ich wyniki (cóż za zaskoczenie) są uspokajająco spójne.

Jednym z ważniejszych, ale i trudniejszych zadań, było określenie wieku Słońca. Nie możemy go zbadać z bliska, nie zajrzymy do jego wnętrza, a wygląd zewnętrzny gwiazd nie zmienia się za bardzo przez większość ich życia. Kiedy gwiazda pęcznieje przybierając formę czerwonego olbrzyma, wiemy, że jest na wykończeniu; jednak dopóki przebywa w ciągu głównym – jak nasze Słońce – trudno o jakieś znaki szczególne. Sposób pomiaru znaleziono dopiero w latach 60., gdy po astronomowie po raz pierwszy dostrzegli charakterystyczny cykl oscylacji aktywności słonecznej. Robert Leighton zaobserwował, iż plazma faluje w określonym rytmie, co można wykorzystać na wiele sposobów. Przede wszystkim, oscylacje gwiazdy ujawniają co dzieje się w jej wnętrzu. Astronomowie są w stanie ocenić ile wodoru uległo syntezie w hel, a od znajomości tych proporcji już prosta droga do oszacowania wieku gwiazdy. Tym sposobem, opierając się jedynie na podstawie heliosejsmologii i niczym więcej, w 2011 roku orzeczono, że Słońce (a więc i sam Układ Słoneczny) liczy sobie 4,6 miliarda lat. To niemal dokładnie tyle, na ile geologowie oceniają wiek naszej planety.

2. Nie jest jasne jak powstały planetozymale

Większość z pasjonatów astronomii przynajmniej domyśla się jak mógł wyglądać proces formowania się planet. Wokół młodego Słońca wirował dysk materii, która kierowana siłą grawitacji przez miliony lat zlepiała się w niewielkie początkowo skały, te łączyły się w większe obiekty, jeszcze większe, a w końcu w całe planety. Taki obraz wydaje się jak najbardziej logiczny, ale aby nazwać go naukowym, należy go jeszcze podeprzeć konkretnymi przewidywaniami oraz wyliczeniami. Gdy planetolodzy przysiedli do kreślenia szczegółowych modeli, już na początku pojawiły się pewne komplikacje. Sposób scalania się dorodnych głazów nie budził większych wątpliwości, ale nie radzono sobie z opisem powstawania zwartych obiektów z drobnego pyłu i kilkucentymetrowych okruchów śmigających w protoplanetarnym dysku. 

Problem zauważył jako pierwszy Wiktor Safronow. Według niego, odpowiednie natężenie drobin w półpłaszczyźnie mgławicy okalającej gwiazdy, może wywołać taki efekt grawitacyjny, który zdestabilizuje warstwę tejże mgławicy. To moment przełomowy, bo dopiero nierównowaga grawitacyjna inicjuje powstawanie wielometrowych okruchów, a te wpadając na siebie tworzą mierzące po ponad kilometr średnicy planetozymale. Dalej jednak pozostawała zagadka, dlaczego materia protoplanetarnego dysku uległa destabilizacji. Jedną z hipotez na ten temat opracowano na podstawie doświadczeń z drobinami zawieszonymi w cieczy, skupiającymi się w rewirach pomiędzy wirami. Oczywiście trudno ją traktować jako pewnik z uwagi na różnice między mechaniką płynów a zachowaniem cząstek zawieszonych w przestrzeni kosmicznej.

3. Ziemia po wielkim zderzeniu

Jedna z najpoważniejszych hipotez tłumaczących narodziny Księżyca, przypisuje jego powstanie wielkiemu zderzeniu naszej planety z innym dużym ciałem niebieskim. Zdarzenie bez precedensu, zasługujące na miano prawdziwej kosmicznej katastrofy. Dopiero podczas lektury Od pyłu do życia uświadomiłem sobie, że choć dziesiątki razy słyszałem o prawdopodobnym obrazie Ziemi zbombardowanej przez meteoryty (np. Chicxulub), to chyba nigdy nie spotkałem się z opisem ery hadejskiej.

To co spotkało Ziemię 3,9 miliarda lat temu wymyka się ludzkiemu pojmowaniu zniszczenia. Stopione warstwy skalne zamieniły się w globalny ocean magmy o głębokości co najmniej tysiąca kilometrów. Przez pewien czas planeta w zasadzie pozbawiona była skorupy w naszym rozumieniu, dysponując jednie jądrem i płaszczem. Procesy konwekcji, powodujące ciągłe mieszanie płynnych skał i metali pozwalały na relatywnie szybkie oddawanie ciepła i stygnięcie. Wszystkie zbiorniki wodne natychmiast wyparowały. Przez całe tysiące lat glob spowijała ciężka mieszanina pary wodnej i oparów wydobytych ze skał, zaś przez następny milion lat atmosfera przypominała tę znaną z Wenus. Spora część molekuł wody ulegała rozbijaniu przez intensywne promieniowanie ultrafioletowe młodego Słońca, a lekkie osamotnione atomy wodoru uciekały w przestrzeń.

Nasz świat zaczął się tworzyć wraz z ostygnięciem wierzchnich warstw i powstaniem skorupy z bazaltu. W jednych sektorach cienki bazalt dał podstawę pod płyty oceaniczne, w innych gruby ale i mniej gęsty dał zaczątek dla płyt kontynentalnych. Nie były to jednak jeszcze te płyty, z którymi mamy do czynienia współcześnie. Skorupę ziemską ery hadejskiej cechowała ogromna niestabilność. Dochodziło do pęknięć, a w wielu miejscach gęstsze płyty zaczęły pchać się pod lżejsze, opadając w stronę płaszcza. Dało to początek procesom subdukcji oraz strefom spreadingu, nieustannie wymieniającym stary podkład skalny na nowy. Zjawiska te trwają do chwili obecnej.

Godny pochwały jest styl obrany przez autorów. Najczęściej rozpoczynają rozdział od opisu danego zjawiska bądź obiektu, następnie przechodzą przez zarys historii jego badań, finalnie dochodząc do najnowszych koncepcji. Jeśli stan wiedzy nie jest pewny, Brytyjczycy wyraźnie to zaznaczają i streszczają wszystkie z rozpatrywanych obecnie hipotez. Nikt tu nie udaje, że wszystko bądź prawie wszystko wiemy. Czytelnik może poczuć, że ma do czynienia z nauką w pełnym tego słowa znaczeniu – ekscytującą, bo wciąż niejednoznaczną i pełną białych plam.
Sam posiadam na półce przynajmniej kilka pozycji poświęconych Układowi Słonecznemu, jednak ich treści kręcą się zwykle nie wokół przedmiotu obserwacji, a metod ich przeprowadzania. Zamiast historii danej planety czy mechaniki danego zjawiska, opisuje się w nich przebieg poszczególnych misji oraz funkcjonowanie zaawansowanych sond lub próbników. Chambers i Mitton oferują nam spojrzenie na astronomię od strony teoretycznej. Czyni to Od pyłu do życia, książką potrzebną i w dużym stopniu unikatową.

Info:
Autorzy: John Chambers, Jacqueline Mitton;
Przekład: Beata Kenig;
Tytuł: Od pyłu do życia. Pochodzenie i ewolucja Układu Słonecznego;
Tytuł oryginalny: From Dust to Life: The Origin and Evolution of Our Solar System;
Wydawnictwo: PWN;
Wydanie: Warszawa 2018;
Liczba stron: 415.