Почему ядро Земли не расплавило планету?

К сожалению, мы никогда не достигали ядра Земли (и, скорее всего, никогда не достигнем), но мы многое знаем о его строении, так как располагаем замечательной наукой под названием сейсмология, а также данными гравиметрии, геомагнетизма, геохимии и лабораторных экспериментов при экстремальных давлениях.

Помимо этого, часть важных знаний о внутреннем устройстве нашей планеты мы получили благодаря подповерхностным ядерным испытаниям в период Холодной войны, которые снабдили ученых "спровоцированными" сейсмическими сигналами.

Сегодня мы можем с уверенностью сказать, что внешнее ядро Земли расплавлено, а внутреннее — твердое. Кроме того, исходя из наших знаний о распространенности химических элементов во Вселенной и о том, что с ними происходит при определенных условиях, мы знаем, что ядро состоит преимущественно из железа, которое находится под гигантским давлением.

Имеющиеся данные указывают на то, что температура земного ядра составляет примерно 6 000 градусов (тут и далее температура в градусах Цельсия), что делает его даже горячее солнечной поверхности (около 5 500 градусов). От поверхности Земли ядро отделяют порядка 3 000 километров — если бы наше светило оказалось так близко, оно тут же бы испепелило планету.

Почему же тогда более горячее ядро Земли за 4,6 миллиарда лет не расплавило ни планету, ни ее обитателей?

Ядро изолировано от поверхности огромной толщей мантии, состоящей в основном из твердых горячих горных пород, которые "текут" (мантийная конвекция) со скоростью в несколько сантиметров в год.

Несмотря на огромную температуру ядра, тепло из глубин поднимается к поверхности крайне неэффективно, так как породы плохо проводят его, а перенос за счет медленной мантийной конвекции занимает колоссальное время. Поэтому в данном случае важна не только температура ядра, но и то, сколько тепловой энергии может быть передано наружу и с какой скоростью.

В результате до поверхности доходит слишком маленький "поток" тепловой энергии, чтобы прогреть всю планету до температур плавления: Земля просто медленно теряет тепло (оно уходит в космос), а не "закипает" изнутри. При этом мантия не "плавится снизу" так, чтобы расплав постепенно поднимался все выше. В глубине давление повышает температуру плавления пород, поэтому даже при высоких температурах нижняя мантия в основном остается твердой. А там, где расплав все же появляется, он обычно не накапливается: поднимаясь, он попадает в более холодные области и частично кристаллизуется. В итоге в недрах Земли не существует "роста" океана расплава снизу вверх — возникают лишь отдельные зоны частичного плавления.

Искра бенгальского огня может иметь температуру в 1 500 градусов, но если она случайно попадет в вас, то вы, скорее всего, даже не почувствуете этого. А вот погружение в ванну с кипятком (каких-то 100 градусов) стало бы фатальным для большинства обитателей Земли, потому что у воды большая масса и теплоемкость — она успевает передать много энергии.

Тот же принцип и с Землей: "печка" спрятана очень глубоко, и тепло наружу просачивается постепенно — через конвекцию в мантии и теплопроводность пород. Поэтому планета не плавится, а медленно остывает.

Эта Киля и туманность Гомункул

В созвездии Киля, на расстоянии примерно 7 500 световых лет от Земли, находится система Эта Киля — одна из самых массивных и ярких звездных систем нашей Галактики. Масса главной звезды этой пары превышает массу Солнца более чем в 100 раз, а масса меньшего компаньона составляет около 50 масс Солнца. Светимость системы превосходит солнечную примерно в пять миллионов раз.

В 1840-х годах Эта Киля пережила так называемую "Великую вспышку" — мощнейший выброс вещества. Из-за этого система на короткое время стала второй по яркости звездой на ночном небе, уступая только Сириусу. В ходе извержения было выброшено столько газа и пыли, что этого хватило бы на формирование как минимум 20 солнечных систем. Сейчас продукты вспышки образуют характерную биполярную туманность Гомункул — два гигантских "пузыря" вещества, расходящихся в противоположных направлениях.

Этот звездный "чих" связан с тем, что доминирующим компонентом системы является сверхмассивная звезда на поздней стадии эволюции, пребывающая в режиме крайней неустойчивости. В любой момент она может завершить жизнь коллапсом ядра и взрывом сверхновой, а в одном из сценариев — даже гиперновой (например, если коллапс приведет к образованию черной дыры). Когда это произойдет, вспышка может быть настолько яркой, что ее можно будет заметить даже днем.

Изображение получено космическим телескопом NASA/ESA "Хаббл" в ультрафиолетовом диапазоне (камера WFC3); релиз — 1 июля 2019 года.

Будущее Солнца в одном снимке: туманность NGC 2440

Перед вами планетарная туманность NGC 2440, находящаяся в созвездии Корма на расстоянии около 4 000 световых лет от Земли.

Это не просто газопылевое облако в космосе, а то, что осталось от звезды, которая когда-то была похожа на Солнце: на исходе жизни она сбросила внешние слои, обнажив свое раскаленное ядро, которое начало "дожигать" окружающий материал своим мощным излучением.

Обнаженное ядро, расположенное в центре туманности, представляет собой белый карлик — самый горячий из известных с температурой поверхности около 200 000 градусов Цельсия. Для сравнения: температура поверхности Солнца около 5 500 градусов.

Этот раскаленный остаток, чья светимость в 1 100 раз превосходит солнечную, и делает туманность видимой: ультрафиолетовое излучение ионизирует выброшенный газ, из-за чего он начинает светиться.

Форма NGC 2440 не похожа на аккуратный "пузырь". Туманность сложная, асимметричная, местами словно "рваная", встречаются узлы и неравномерные струи. Связано это с тем, что звезда сбросила свои оболочки не за один заход: выбросы происходили импульсами и каждый раз в разных направлениях — поэтому туманность выглядит хаотично.

Исследование таких объектов имеет огромную ценность для прогнозирования будущего Солнечной системы. Дело в том, что мы не можем проследить эволюцию одной и той же звезды от ее рождения до гибели — жизненный цикл занимает миллиарды лет. Но солнцеподобные звезды во Вселенной представлены на разных этапах жизни: где-то они только начали "разгораться", где-то пребывают в стабильном состоянии, где-то уже раздуваются в красные гиганты, а где-то, как здесь, завершили свой эволюционный путь и оставили после себя планетарную туманность с белым карликом.

И вот, объединяя такие "кадры", полученные из разных уголков Млечного Пути, мы фактически воссоздаем хронологию событий и понимаем, какое будущее ждет наше Солнце. Пока оно находится на главной последовательности, каждый миллиард лет его светимость будет увеличиваться примерно на 10%. Уже при таком росте Земля со временем станет непригодной для жизни*, хотя простейшие организмы, скрывающиеся глубоко под поверхностью, будут продолжать существовать еще несколько миллиардов лет.

*Эволюция Солнца приведет к сильному повышению температуры на Земле, испарению всех водоемов, включая Мировой океан, и последующему росту температуры из-за усиления парникового эффекта. Земля станет подобием Венеры.

Затем, когда запасы водорода в светиле начнут заканчиваться, ядро сожмется и разогреется еще сильнее, а внешние слои звезды начнут раздуваться — Солнце перейдет в фазу красного гиганта примерно через 5–6 миллиардов лет. Это приведет к поглощению Меркурия и Венеры, хотя Земля в физическом плане может уцелеть. Затем Солнце сбросит оставшиеся оболочки, а излучение со стороны ядра ионизирует выброшенный газ, заставив его ярко светиться. Примерно через 10–50 тысяч лет окружающее облако газа станет слишком разреженным и перестанет быть видимым. И тогда на месте Солнца останется лишь медленно остывающий белый карлик.

Куда исчезают фотоны, когда гаснет свет?

Пока горит лампа, она непрерывно "насыщает" комнату новыми порциями фотонов. Они разлетаются в разные стороны, врезаются в стены, потолок, пол, мебель и другие предметы интерьера, многократно отражаются, теряют энергию и рассеиваются.

При каждом таком контакте с объектами часть света в итоге поглощается материалами — и энергия фотонов переходит в тепло, пусть и в совершенно ничтожных, но измеримых с высокой точностью количествах.

Если источник света работает постоянно, то это поглощение незаметно: лампа компенсирует потери новым потоком фотонов. Но стоит выключить свет — подпитка прекращается. Те фотоны, что уже находились в комнате, продолжают свой "пинг-понг" между поверхностями, однако очень быстро перестают быть видимым светом.

Из-за огромной скорости света этот процесс идет крайне стремительно: из одного конца комнаты в другой фотоны добираются за наносекунды (миллиардные доли секунды), а затем за микросекунды (миллионные доли секунды) подавляющее большинство из них поглощается. Невооруженным глазом человек не способен воспринимать столь короткие интервалы, поэтому нажатие на выключатель приводит к субъективно мгновенной темноте.

Куда девается энергия? Она распределяется по всем поверхностям в виде тепла. Это легко установить в рамках простого эксперимента, поднеся включенную лампу — особенно накаливания или галогенную — близко к поверхности стола.

Довольно быстро освещенное место станет теплым, так как часть энергии света на малой дистанции эффективно поглощается и превращается в нагрев. В обычных условиях, когда площадь комнаты относительно велика, этот вклад слишком мал, чтобы его можно было ощутить, но приборы высокой чувствительности без проблем его регистрируют.

А вот в космосе все иначе. Вселенная — это доминирование пустоты. Поэтому фотоны, испущенные тем или иным источником, способны мчаться по вакууму миллиарды лет, пока не встретят газопылевые облака, планету или детектор, созданный любознательными учеными.

Митохондрии: история древнего вторжения

Митохондрии — это клеточные органеллы, которые справедливо называют "энергетическими станциями", потому что они превращают питательные вещества в основную энергетическую валюту клетки — молекулы АТФ (аденозинтрифосфата). Однако в глубоком прошлом митохондрии являлись полноценными самостоятельными организмами с собственной эволюционной историей.

Все изменилось около двух миллиардов лет назад, когда свободноживущая альфа-протеобактерия была поглощена более крупной клеткой. Но это событие не обернулось банальным перевариванием, а стало началом взаимовыгодной сделки мирового масштаба: клетка-хозяин обеспечивала безопасность и стабильное поступление питательных веществ, а протеобактерия, в свою очередь, наладила невероятно эффективное производство энергии в виде АТФ. Это сотрудничество оказалось настолько успешным, что переросло в нерушимый союз.

Постепенно протеобактерия, пребывая в комфортных условиях, утратила независимость, передав большинство своих генов в ядро клетки-хозяина, но при этом сохранила собственный крошечный геном и способность к независимому делению. Так древний симбионт окончательно стал неотделимой частью клетки — органеллой, которую мы теперь называем митохондрией.

Этот необычный альянс привел к появлению всех многоклеточных организмов на Земле, включая нас с вами.

Похоже, на Марсе все же была жизнь

Новое исследование ставит под сомнение "простое" объяснение марсианской органики, которая, согласно наиболее распространенной гипотезе, была занесена на Красную планету метеоритами.

Ученые проанализировали органические соединения, найденные марсоходом NASA Curiosity, и пришли к выводу, что исключительно небиологические процессы не способны обеспечить тот уровень органики, который был выявлен в породах кратера Гейл.

Все началось в марте 2025 года, когда команда Curiosity сообщила об обнаружении небольших количеств декана, ундекана и додекана — это углеводороды с цепочками из 10–12 атомов углерода, крупнейшие органические молекулы, зафиксированные на Марсе на тот момент.

Было выдвинуто предположение, что эти соединения могут быть продуктами распада жирных кислот, законсервированных в древнем аргиллите (глинистом сланце) в районе бывшего озера, которым когда-то был кратер Гейл.

Проблема в том, что по данным одного лишь марсохода невозможно точно установить, откуда именно взялись эти молекулы. На Земле жирные кислоты обычно связаны с жизнью (например, с мембранами клеток), но также известно, что часть сложной органики может "собираться" и абиотическим путем — в ходе геологической активности или доставляться в готовом виде на "борту" метеоритов.

Тогда авторы нового исследования предприняли следующий шаг: они начали перебирать реалистичные небиологические источники и оценивать, сколько органики те могли бы дать в подобных условиях, учитывая высокий уровень радиационного фона на поверхности Марса, ответственный за разрушение органики. Ученые прибегли к лабораторным экспериментам, математическому моделированию и повторному анализу данных Curiosity, чтобы прикинуть, какой запас органики должен был быть в породе до разрушения — условно они "отмотали назад" на десятки миллионов лет.

Полученная оценка оказалась намного выше того, на что способны типичные небиологические сценарии. Отсюда осторожный вывод: абиотические процессы не способны объяснить обнаруженное количество органики, поэтому вполне разумно допустить источник биологического происхождения.

Важно понимать, что перед нами не неопровержимое доказательство наличия жизни на Марсе. Авторы исследования отмечают, что нужны дополнительные данные, прежде чем делать однозначные выводы. Но ситуация становится крайне интересной: впервые привычных небиологических объяснений недостаточно. Если новые данные подтвердят текущие выводы, то перед нами будет один из самых сильных аргументов в пользу того, что жизнь на Красной планете все же когда-то была (или, возможно, есть до сих пор).

Загадочные впадины Марса: что скрывается под поверхностью Красной планеты?

Более полувека человечество изучает Марс с помощью орбитальных аппаратов, роверов и посадочных станций. За это время мы узнали о Красной планете невероятно много — несравнимо больше, чем за все предыдущие столетия наблюдений через наземные телескопы.

Но некоторые марсианские загадки до сих пор остаются без ответа. И чем больше мы смотрим на эту планету-соседку, тем больше вопросов возникает...

На снимке, представленном ниже, запечатлены странные впадины, которые были обнаружены к югу от Великой Северной равнины (крупнейшей низменности Марса, окружающей северный полярный регион), у границы древнего нагорья.

Структура этих природных образований сразу приковывает внимание: разломы четко указывают на обрушение к единой точке — словно поверхность провалилась внутрь, и грунт начал "ползти" к некоему скрытому центру.

На Земле аналогичные структуры встречаются над подледными вулканами. Механизм их появления прост: когда приближается извержение и тепло растапливает основание ледника, он проседает и трескается именно таким характерным образом — радиальные разломы, направленные к источнику тепла.

Но здесь возникает загадка.

Ученые полагают, что под марсианским нагорьем, попавшим в кадр, скрываются огромные запасы подповерхностного водяного льда, так как это объяснило бы характер обрушения. Однако в этом регионе нет очевидных следов недавней вулканической активности. Никаких лавовых потоков, никаких вулканических конусов поблизости.

Что же тогда привело к обрушению льда? Может ли Марс оставаться вулканически активным телом по сей день? Если это так, то активность должна быть намного слабее земной и зреть глубоко под поверхностью, чтобы оставаться неуловимой для наших инструментов. Или, может быть, существует какой-то иной механизм, о котором мы пока не догадываемся?

Марс явно умеет хранить свои тайны. И стоит нам разгадать эту загадку, как на ее месте появятся минимум две новые.

Марс и его атмосфера

Этот исторический кадр, полученный 30 июля 1976 года орбитальным аппаратом NASA "Викинг-1", демонстрирует испещренную кратерами поверхность Красной планеты и прослойку разреженной углекислотной атмосферы на горизонте.

Левее центра виден кратер Галле диаметром 230 километров, расположенный на восточном краю гигантского бассейна Аргир. Это ударное образование неофициально называют "смайлик" из-за изогнутой горной гряды и двух меньших горных скоплений, которые в совокупности напоминают улыбающееся лицо — яркий пример парейдолии.

Орбитальные аппараты программы "Викинг" картографировали поверхность Марса с разрешением 150–300 метров на пиксель, а некоторые области были сняты с разрешением до 8 метров на пиксель. "Викинг-1" проработал на орбите Красной планеты до 17 августа 1980 года, передав бесценные данные, которые проложили путь для всех последующих марсианских миссий.

Медуза-фантом — 10-метровый призрак Мирового океана

Представьте, что вы стали участником океанологической экспедиции, в рамках которой начинается глубоководное погружение где-нибудь в Тихом океане. Ваша задача — не сводить глаз с мониторов, на которые передается изображение с чувствительных наружных камер.

Сто метров... километр... три километра... шесть километров... и вдруг на мониторе проявляется оно: огромное, темно-красное нечто с длинными лентами, стремительно уходящее во мрак.

Это не начало хоррор-рассказа, а то, с чем вы действительно могли бы столкнуться. И этот огромный "монстр с лентами" — гигантская медуза-фантом (лат. Stygiomedusa gigantea).

Это удивительное создание, впервые обнаруженное в 1899 году, широко распространено по всему Мировому океану (вероятно, кроме Северного Ледовитого океана). Однако за более чем столетие его наблюдали всего около 120 раз. Связано это с тем, что медуза-фантом предпочитает жить на внушительной глубине — до 6 700 метров. Стоит отметить, что этого гиганта видели и на относительном "мелководье" (глубина 200–300 метров), но это скорее исключение из правил.

Встреча с медузой-фантомом — настолько редкое событие, что за тысячи непилотируемых погружений, организованных частным некоммерческим океанографическим исследовательским центром MBARI в штате Калифорния, это существо было запечатлено всего девять раз.

Гигантская медуза-фантом — один из крупнейших беспозвоночных хищников глубин. Диаметр купола может достигать метра, а четыре лентообразных ротовых щупальца вытягиваются более чем на десять метров. И это важная деталь: это не "щупальца" в привычном смысле — их поверхность не усеяна тысячами стрекательных клеток, которые у многих медуз выстреливают микроскопическими капсулами с ядом для обездвиживания и удержания добычи. Вместо этого гигант подбирается к потенциальной жертве, оборачивает ее "лентами" и подтягивает ко рту. Питается медуза-фантом планктоном и мелкой рыбой.

Специфическая окраска объясняется просто: красные длины волн вода поглощает быстрее всего — поэтому с глубиной красный спектр быстро исчезает. В результате медуза-фантом фактически сливается с мраком, выглядя почти черной.

Интересно, что у этих медуз иногда встречаются неожиданные "спутники" в лице рыб вида пелагическая бельдюга (лат. Thalassobathia pelagica). В открытых водах, где негде спрятаться, эти рыбы используют купол и длинные "ленты" как укрытие, а еще, возможно, питаются остатками трапезы своего гигантского компаньона.

Медузе такая связь тоже полезна: рыба может поедать паразитов. Классический симбиоз в суровых условиях.

Медуза-фантом — существо с историей из обрывков: размеры и ареал известны, но детали жизни — от размножения до поведения — все еще туманны. Это животное напоминает нам, что Мировой океан Земли населен бесчисленным множеством "призраков" — организмов, которых нам лишь предстоит обнаружить. На сегодняшний день описано более 228 000 морских видов, но это лишь крошечная часть реального разнообразия. Вы просто вдумайтесь: человечество исследовало около 3% площади океана на родной планете. Мы поверхность Плутона знаем лучше, чем то, что скрыто в наших глубинах.

Поэтому, прикладывая усилия к открытию внеземной жизни, нам стоит помнить, что прямо сейчас на нашей планете живут создания, которых мы даже вообразить себе не можем.

Города как двигатели эволюции

Города — это не просто среда обитания человека, а целая новая экосистема, в рамках которой виды эволюционируют быстрее, чем в дикой природе.

Комары лондонского метро (лат. Culex pipiens molestus) генетически отличаются от своих "деревенских" родственников настолько, что практически с ними не скрещиваются. Кроме того, они не впадают в зимнюю спячку, активны круглый год и эффективно размножаются в замкнутых пространствах туннелей. Кровь для развития яиц самки "добывают" у людей и крыс.

Птицы в городах поют громче и на более высоких частотах, чтобы пробиться сквозь шум транспорта и строек. Они меньше боятся людей и меняют суточный ритм из-за многочисленных источников искусственного освещения. Вороны вообще научились использовать автомобили как щелкунчики: кладут орехи на дорогу и ждут, пока проезжающая машина раздавит скорлупу.

Микробы тем более не стоят на месте. Бактерии на бетоне, пластике и металле смогли приспособиться к материалам, которых никогда не было в природе. Они учатся разлагать синтетические полимеры и выживать в присутствии всевозможных дезинфицирующих средств.

Город — это огромная лаборатория, где эволюцию можно наблюдать в "прямом эфире".