ГлавнаяЭволюция жизни на ЗемлеЭволюция человека → Крутится-вертится

Крутится-вертится

4 Окт 2011

Крутится-вертитсяЗемля и все остальные планеты Солнечной системы вращаются в одной плоскости, и это – неоспоримый факт. Что это значит? Возможно, ты думаешь, что любая орбита может быть расположена относительно другой под любым углом. На самом деле все не так. В космосе как будто подвешен невидимый диск с Солнцем в центре, а все планеты вращаются по поверхности этого диска на разном расстоянии от центра. Более того, все планеты вращаются вокруг Солнца в одном направлении.

Почему? Скорее всего, отгадка кроется в том, как они возникли. Сначала разберемся с направлением вращения. Вся Солнечная система – то есть Солнце и планеты – зародилась из медленно вращающегося облака газа и пыли, возможно оставшихся после взрыва Сверхновой. Как и большинство других свободно перемещающихся объектов во Вселенной, облако вращалось вокруг своей оси. И сейчас планеты вращаются в том же направлении.

Теперь ответим на вопрос: почему все планеты "выстроены" на плоском "диске"? По некоторым законам гравитации, в которые я не буду углубляться, хоть есть ученые, досконально их понимающие, большое вращающееся облако газа и пыли в космосе стремится принять форму диска с крупным комком посередине. Скорее всего так и выглядела Солнечная система. Пыль, газ и небольшие скопления вещества не остаются пылью и газом. Гравитация стягивает их вместе, как я описывал ранее в этой главе. Объединившись с соседями, скопление становится все больше. Чем оно больше, тем сильнее притяжение. Таким образом комки становились крупнее, поглощая своих соседей.

Вскоре самым крупным комком в центре стало Солнце. Другие скопления, достаточно большие для поглощения более мелких кусков материи и при этом расположенные достаточно далеко от Солнца, чтобы не быть притянутыми к нему превратились в планеты. Вот их названия, если перечислять от Солнца: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Раньше за Нептуном шел Плутон, но теперь его считают слишком маленьким для планеты.

При определенных условиях еще одна планета могла бы сформироваться между Марсом и Юпитером. Но небольшим скоплениям вещества, в теории послужившим бы материалом для этой планеты, не удалось объединиться, вероятно, из-за гравитационного влияния Юпитера, и они по-прежнему вращаются в круге космического мусора, который называют астероидным поясом.

Астероиды собраны в кольце между орбитами Марса и Юпитера, там, где образовалась бы дополнительная планета, если бы они объединились. Они могли бы объединиться в еще один спутник (у Сатурна 62 спутника, так что это был бы 63-й), но так и летают в космосе по отдельности, как кольцо из камней и пыли. В астероидном поясе – солнечном аналоге колец Сатурна – некоторые камни настолько большие, что их называют (не совсем планеты).

Свет нашей жизни

В конце этой главы мне хотелось бы поговорить о значении Солнца для всего живого. Нам неизвестно, есть ли где-то еще во Вселенной жизнь (этой теме посвящена одна из последующих глав), но мы знаем: если она и существует, то наверняка рядом со звездой. Можно еще утверждать, что если подобная нашей форма жизни реальна, то лишь на планете, находящейся примерно на том же кажущемся расстоянии от своей звезды, как мы от Солнца. Под "кажущимся расстоянием" я имею в виду дистанцию, как ее воспринимает сама форма жизни. Абсолютное расстояние может быть сколь угодно большим, как мы убедились на примере супергигантской звезды. Но если кажущееся расстояние одинаково, то их солнце будет им видиться таким же, как нам – наша звезда, а следовательно, количество тепла, которое до них доходит, примерно тем же.

Почему жизнь должна находиться вблизи от звезды? Потому что всем формам жизни нужна энергия, а свет звезды – очевидный источник энергии. На Земле растения усваивают солнечный свет и делает энергию доступной для других живых существ. Можно сказать, что растения питаются солнечным светом. Разумеется, им необходимы еще диоксид углерода из воздуха, а также вода и минеральные вещества из почвы, из которых они производят сахара – своего рода топливо для всех процессов в их организме.

Нельзя сделать сахар, не затратив энергии. Получив сахар, ты его "сжигаешь" и возвращаешь часть энергии, но не всю, так как в этом процессе всегда будут потери. "Сжигаешь" – вовсе не значит, что все обращается в пепел. Сжигание в буквальном смысле – всего лишь один из способов получить энергию из топлива. Но есть еще и другие, более управляемые, медленные и эффективные пути получения энергии. Представь себе лист растения в виде одноэтажной фабрики, занимающей огромную площадь. Вся крыша у нее – одна большая солнечная батарея, которая ловит солнечный свет для того, чтобы запускать конвейеры внутри фабрики. Поэтому листья плоские и широкие – такая форма дает им большую поверхность, на которую падает солнечный свет. В итоге фабрика производит разные сахара. С помощью сосудов они распределяются по всему растению, где из них производятся другие вещества, например крахмал, в котором удобнее хранить энергию, чем в сахарах. В конце концов энергия для создания всех остальных частей растения получается из крахмала или Сахаров.

Когда травоядное животное, допустим антилопа или кролик, съедает растение, энергия передается ему, опять же с потерями в процессе передачи. С ее помощью травоядные строят свои тела и по мере необходимости заряжают мышцы энергией. А мышцы работают в том числе и при поедании или поиске растений. Энергия, питающая мышцы травоядных, когда они ходят, жуют, дерутся и спариваются, идет к ним от Солнца через растения.

Другие животные – мясоеды, они же хищники – в свою очередь едят травоядных. Энергия снова передается (и снова с потерями) и заряжает мускулы хищников, пока те занимаются своими делами. В их дела входят охота на травоядных и другие занятия, например спаривание, драки, лазанье по деревьям и, в случае млекопитающих, производство молока для их детей. По-прежнему энергия идет от Солнца, несмотря на то что приходит извилистым путем. На каждом этапе этого пути теряется заметная часть энергии в виде тепла, уходящего на бессмысленный нагрев Вселенной.

Есть еще и паразиты, пожирающие тела как травоядных, так и хищников. И тут тоже энергия, питающая паразитов, исходит от Солнца и снова сохраняется не вся, потому что часть ее уходит в тепло.

В итоге, когда что-либо умирает, будь то растение, травоядное, хищник или паразит, оно поедается падалыциками, скажем могильными червями, или разлагается – становится пищей для бактерий и грибов, которые являются всего лишь еще одной разновидностью падалыциков. И в этот раз передается солнечная энергия, опять же с потерями в виде тепла. Вот почему компостные кучи теплые. И тепло компостной кучи исходит от энергии солнца, запасенной в предыдущем году. В Австралии и Азии живет замечательная птица – большеног, использующая тепло компостных куч для инкубации яиц. В отличие от других птиц, высиживающих кладку и согревающих ее теплом своего тела, большеноги собирают в кучу прелую листву и откладывают в нее яйца. Они регулируют температуру кучи, подбрасывая больше листьев, если нужно сделать потеплее, или разгребая ее, когда нужно ее охладить. Но все птицы используют энергию Солнца для инкубации яиц, не важно – через свое тело или компостную кучу.

Иногда растения не поедаются, а тонут в торфяных болотах. Столетия спустя они прессуются в слои торфа новыми слоями, добавляющимися сверху. В западной Ирландии или в Шотландии торф выкапывают и режут на брикеты, которые используют для растопки каминов в домах. И вновь мы имеем дело с запасенным солнечным светом, в этом случае – столетия назад, и его энергия согревает пищу и дома.

За миллионы лет и при определенных условиях торф утрамбовывается и в конце концов превращается в уголь. Уголь – более эффективное топливо, чем торф, и горит при гораздо более высокой температуре, именно угольные печи дали начало промышленной революции XVIII и XIX веков.

Жар сталелитейных заводов и доменных печей, топки викторианских паровых двигателей, гремевших по стальным рельсам и бороздивших морские просторы, – все это обязано своим существованием солнечному теплу, питавшему листья растений 300 миллионов лет назад.

"Фабрики сатаны" в эпоху индустриальной революции приводились в движение силой пара, но более ранние ткацкие фабрики работали на водяных колесах. Фабрика строилась около быстрой реки, а колесо ставилось так, чтобы течение его вращало. Колесо крепилось на оси, или приводном валу, которая проходила через всю фабрику. От приводного вала посредством ремней и шестерней движение передавалось на прядильные машины, чесальные гребни и ткацкие станки. Даже эти механизмы работали за счет энергии солнца. И вот почему.

Водяные колеса крутились с помощью воды, притягиваемой гравитацией. Такой принцип работает только при постоянном поступлении воды на более высокую местность, откуда она сможет стекать вниз. Вода поставляется туда дождем из облаков, проливающимся на холмы и горы. Облака берут воду из испарений с поверхности рек, озер и луж по всей Земле. Для испарения необходима энергия, и эту энергию обеспечивает Солнце. Так что в конечном счете энергия, приводящая в движение водяное колесо, а затем ремни и шестерни прядильных машин и ткацких станков, исходит от Солнца.

Позже ткацкие фабрики перешли на паровые двигатели, работающие на угле, опять же используя солнечную энергию. Но до перехода на пар фабрики применяли промежуточный метод. Станки и машины приводились в движение водяным колесом, но помимо этого использовали паровой двигатель для того, чтобы закачивать воду в резервуар, откуда она лилась на колесо и снова закачивалась обратно. Не важно, как вода поднимается наверх – с помощью облаков или парового двигателя, но энергию на это дает в первую очередь солнце.

Разница состоит в том, что паровой двигатель приводится в движение солнечным светом, собранным растениями миллионы лет назад и запасенным под землей в форме угля, а водяное колесо в реке крутится за счет солнечного света, всего несколько недель тому назад сохраненного в форме воды на вершине холмов. Такие "запасы" солнечного света называются потенциальной энергией, потому что у воды есть потенциал (и сила) совершить работу, стекая вниз с холма.

Таким образом становится понятно, что Солнце питает жизнь. Растения используют солнечный свет для создания Сахаров – и это аналогично закачиванию воды наверх (на холм или крышу фабрики). Когда растения (или поедающие их травоядные, или хищники, питающиеся травоядными) используют сахар (или крахмал, созданный из сахара, или мясо, построенное с помощью крахмала), он медленно сжигается, обеспечивая работу мышц, как уголь, сгорающий быстро и производящий пар, который обеспечивает работу всех механизмов фабрики.

Мы не получали бы от Сахаров и другой пищи никакой пользы, если бы сжигали их буквально! Сжигание – неэффективный и разрушительный способ использования запасенной солнечной энергии. В наших организмах процессы происходят настолько медленно и так тщательно регулируются, что их можно сравнить с водой, текущей вниз по холму и вращающей множество водяных колес. В таком случае насосом, качающим воду на вершину, станет химическая реакция, в результате которой в листьях появляется сахар. Химические реакции в клетках животных и растений, использующие эту энергию, например чтобы двигать мышцами, тратят ее на тщательно контролируемых этапах, шаг за шагом. Богатому энергией топливу – сахарам разных видов – приходится высвобождать энергию поэтапно, через каскады химических реакций, когда каждая реакция питает следующую, как ручей, распадающийся на несколько водопадов и вращающий одно водяное колесо за другим.

Если опустить подробности, то все водяные колеса, шестеренки и станки нашей жизни приводятся в движение Солнцем. Возможно, древние народы поклонялись бы солнцу еще фанатичнее, если бы осознавали, насколько от него зависит их жизнь. Интересно, сколько еще звезд питают жизненные механизмы на планетах вокруг них? Но об этом – в другой главе.





Рекомендуем к прочтению



Здесь вы можете написать отзыв

* Текст комментария
* Обязательные для заполнения поля