Что новые звёзды и метеориты могут рассказать о прошлом нашей солнечной системы

Когда Комета Галилея в последний раз пронеслась над Землёй в 1986 году, маленькая девочка Рейчел Смит наблюдала за ней с одной из самых лучших смотровых площадок в мире.

Её отец-астроном хранил телескопы у себя дома в Нью-Йорке, поэтому Смит привыкла смотреть на планеты и звёзды и представлять, как они могут выглядеть ближе. Но когда семья пролетела 5,000 миль к западу на Гавайи, чтобы увидеть комету, Смит была сильно ошеломлена. Её впечатлил не просто вид космического пришельца, но и отдалённый тропический пейзаж, с которого было так хорошо видно комету.

Спустя десятилетия, Смит всё также регулярно совершает паломничество с Восточного побережья на Гавайи, чтобы созерцать звёзды в таком идеальном месте. Ей всё также интересно, как могут выглядеть эти далёкие небесные тела, но сейчас, будучи главой исследовательской лаборатории астрономии и астрофизики в музее естественных наук в Северной Каролине (NCMNS), у неё намного больше продвинутых ресурсов, чтобы искать ответы на эти вопросы.

Зачарованная загадочной химической эволюцией, которая управляет рождением звёзд и формированием планетных систем, Смит ловит свет новых звёзд при помощи 10-метрового телескопа Кек, который находится на Мауна-Кеа на высоте 13 800 футов.

«Мауна-Кеа – это одно из тех мест на Земле, где кажется, что ты как бы не на планете», рассказала мне Смит, которая также является доцентом департамента физики и астрономии в Аппалачском государственном университете. «Это просто потрясающее место».

Будучи одним из участников документального фильма Motherboard «Самые неизвестные», который рассказывает об учёных из других сфер, Смит вернулась на головокружительную высоту Мауна-Кеа, чтобы показать астробиологу университета штата Монтана Люку МакКэю оборудование Кек. Астрономы, которые используют Кек, проводят ночи в другом месте, изучая наблюдения в головном офисе в городке Ваймеа, но Смит идёт к телескопу, как только предоставляется возможность, часто со своими студентами, которых она курирует.

Image: Lindsay Blatt/Motherboard

«Я думаю, это очень важно, в том числе для меня, ходить на вершину для наблюдений», сказала она. «Это большая работа, и даже будучи учёным, нужно помнить, что это то, что мы делаем, и время от времени иметь реальную связь, а не просто использовать интерфейс, потому что умение пользоваться телескопом – это большая ответственность».

Действительно, астрономы должны бороться за основные телескопы, такие как Кек, и даже если они забронируют время, нет никаких гарантий, что погодные условия будут достаточно оптимальными, чтобы увидеть тонкости своих наблюдательных целей. Но вся это неопределённость, конкуренция и бессонница оправдываются, как только появляется новая информация, полезная для нашего постоянно развивающегося понимания пространства за пределами нашей планеты.

Каждый астроном владеет «одним крохотным кусочком большого паззла, который мы пытаемся собрать», сказала Смит. «Насколько мы уникальны в галактике, если не во всей вселенной?»

Она использует инструменты, такие как NIRSPEC – спектрограф высокого разрешения на Кек II, чтобы увидеть свет от «протозвёзд», молодых звёздных объектов, сливающихся в зрелые звёзды. В частности, она фокусируется на моноксиде углерода и его изотопологи (разновидность моноксида углерода с различным количеством нейтронов). Моноксид углерода известен как автомобильный выхлопной газ, но он также окружает «протозвёзды» и является одним из источников, из которого молодые протопланетные диски берут свою молекулярную основу.

Инструменты, подобные NIRSPEC расщепляют свет от новорожденных звёзд на линии, которые определяют избыток и распределение ингредиентов, запечённых в звёздных системах, что позволяет астрономам, таким как Смит, делать выводы об их химической эволюции.

Возможно, это звучит немного неясно, но здесь наблюдается связь с загадкой, которая интриговала человечество в разных культурах и эпохах – происхождение жизни как на Земле, так и, возможно, в других частях Вселенной.

«Мы знаем, что углерод – это основной для жизни элемент, и основной для таких планет как Земля», рассказала мне Смит. «Поэтому в целом, если мы сможем лучше понять химию углерода в создании планетарных систем, мы сможем получить больше информации о том, как сформировались планеты, и как могла зародиться жизнь».

Наблюдения издалека за тем, как эти молодые системы развиваются, помогают астрономам ограничивать количество теорий о зарождении звёзд и планет, в том числе, об эволюции нашей солнечной системы. Но Смит также изучает материальные доказательства здесь на Земле; помимо того, что она возглавляет астрономическую лабораторию NCMNS, она также работает музейным куратором метеоритов.

Многие внеземные породы относятся к времени младенчества солнечной системы – 4,5 миллиардов лет назад. Сравнив их свойства с процессами, которые мы наблюдаем в других системах, астрономы постепенно собирают в кучу кусочки целой картины того, как зародились звёздные системы, вступая в отчаянные споры друг с другом.

«Вы бы удивились тому, о чём люди спорят относительно этого», - сказала Смит. Она была свидетелем споров из-за чего-то, на первый взгляд, безобидного, например, образование хондр, которые являются зёрнами внутри большинства обычных метеоритов, что потом перерастало в нечто «немного сумасшедшее».

Намерение обращать внимание даже на незначительные вопросы показывает важность мелочей, спрятанных в метеоритах и свете дальних звёзд, в воссоздании истории того, как возник наш мир, и почему сегодня это такой рай для жизни.

Эти загадки буквально не дают Смит спать по ночам, а не только тогда, когда она считывает информацию с телескопа. Преподав студентам такие странные идеи как парадокс Ферми – противоречие между предположением, что внеземная жизнь должна существовать в других мирах, и отсутствием доказательств этого – она долго обдумывает эти идеи, выйдя из аудитории.

«Ведь мы не думаем, что мы настолько уникальны, правда? В нашей солнечной системе нет физики, отличной от той, которую мы наблюдаем в других солнечных системах», - говорит она. «Нет ничего уникального в молекулах, которые есть на Земле, по сравнению с тем, что мы наблюдаем в космосе. Все эти составляющие части там есть. И, тем не менее, мы единственная известная нам планета, на которой существует жизнь».

Это интересует Смит не только с астрономической точки зрения, но также потому, что она любит животных. До того, как она получила степень магистра и доктора в космохимии в университете Калифорнии (Лос-Анджелес), Смит училась на ветеринара, получив степень доктора ветеринарной медицины в Корнеллском университете. Хотя она всегда хотела заниматься астрономией, её увлечение жизнью во всех проявлениях – от милых питомцев до экстремофильных микробов – стало частью её работы.

«Я всегда хотела быть учёным», говорит Смит. «И чтобы понять, каким именно учёным, понадобилось время. Но правда состоит в том, что моё прошлое в биологии и ветеринарии не прошло зря. У меня есть ощущение жизни, я ценю жизнь как на планете, так и за её пределами».

В «Самых неизвестных» Смит была связана с двумя учёными, которые разделяли этот энтузиазм к «бесконечному числу самых прекрасных и самых изумительных форм» жизни, как это назвал эволюционист Чарльз Дарвин. После того, как она показала астробиологу МакКэю верёвки на Кек и свой офис в Ваймеа, Смит отправилась к исследовательскому кораблю «Атлантис» на побережье Коста-Рики, чтобы присоединиться к микробиологу из Калифорнийского института технологий Виктории Орфан.

Орфан изучает анаэробные микробы – организмы, которым для дыхания не нужен кислород, в метане, который находится в глубинах океана. Чтобы наблюдать за средой обитания и собирать образцы, Орфан и её команда используют исследовательский подводный «Алвин», который может погружаться на глубину более двух миль.

Смит, которую зачаровывает море, и которая ныряет с аквалангом, когда у неё есть свободное время, была очевидно в восторге от возможности сопровождать коллегу Орфан – эколога Темпльского университета Эрика Кордеса, во время одной из поездок на «Алвине». Погружение оправдало её ожидания не только тем, что это стало окном в повседневную жизнь учёных, но также это дало новый взгляд на её собственные исследовательские интересы.

«Во-первых, поездка на «Алвине» казалась мне полётом на космическом корабле», сказала Смит. «Ты движешься по миру, который никто никогда не видел, что мне очень нравится как исследователю, а учёные – исследователи, и у меня было ощущение, что однажды это может быть Европой. Это может быть опытом нахождения в инопланетной жизни, которую ты просто исследуешь. У меня было ощущение, что я ближе всего подобралась к космосу, хотя и путешествовала в другом направлении».

«Я снова поеду через минуту», добавила она. «Можете это записать на случай, если они захотят отправить меня снова».

Смит, мечтающая однажды полететь в космос, очевидно, использует возможности почувствовать границы других миров и узнать, что находится за следующим горизонтом. Даже спустя годы карабканья по горам информации и кодов, собранных о звёздах, в поиске моделей, которые могут существовать между системами, она всё ещё хранит детское любопытство к сияющим объектам, которые освещают ночное небо.

«Я чувствую связь с объектами», сказала Смит. «Я стараюсь помнить, что смотрю на свет с огромной звезды, которая находится на расстоянии, скажем, 20,000 световых лет, и это действительно классно. Как бы наивно это не звучало от учёного, но очень классно, что через маленький свет, поступающий из телескопа мы можем получить много информации относительно нашей солнечной системы, когда она формировалась четыре с половиной миллиарда лет тому».

Эта статья первоначально появилась на VICE US.