Полученные в опытах на гигантских ускорителях сведения о характере и вероятности описанных выше процессов дают возможность понять природу взаимодействия космических лучей с атомами элементов всех космических тел, которые встречаются на их пути при «блуждании» в мировом пространстве. Двигаясь по искривленным и запутанным траекториям, частицы космических лучей проходят большие расстояния. Хотя плотность межзвездного газа и пыли в общем невелика, но при длительном движении в них появляется заметная вероятность столкновения частиц космических лучей с ядрами межзвездного вещества. При столкновении с ядрами водорода, которые имеют наибольшую распространенность в этом веществе, образуются в основном пи-мезоны, а более тяжелые ядра расщепляются с образованием ядер самых легких элементов — лития, бериллия и бора. Поэтому становятся понятными аномально высокие содержания этих элементов, наблюдаемые в космических лучах. Мы уже указывали, что литий, бериллий и бор почти полностью выгорают в термоядерных реакциях, протекающих в недрах звезд. Вследствие этого в конце активной жизни звезды содержание этих элементов в ее веществе очень мало.

Следовательно, во время блуждания космических лучей в межгалактическом пространстве их химический состав меняется. Постепенно увеличивается — содержание изотопов легких элементов за счет расщепления более тяжелых.

Известно, что после вспышек Сверхновых звезд образуются туманности, подобные Крабовидной. Из? химический состав вначале должен соответствовать составу того вещества, которое выбрасывается при вспышке, т. е. в них должны содержаться все тяжелые элементы. Содержание же водорода зависит от его количества в оболочке красного гиганта. Имеются данные, которые показывают, что в оболочках некоторых звезд такого типа еще много водорода, поэтому при их взрыве выделяется огромное количество энергии, соответствующее взрыву Сверхновых типа II. Примером такой звезды является Новая Тихо Браге 1572, вспыхнувшая в Кассиопее. По величине светимости она соперничала с Венерой, и ее можно было наблюдать в течение 11 месяцев. Мощный взрыв приводит к тому, что почти все вещество подобной звезды разбрасывается в космическое пространство в виде газа. Одним из доказательств такого предположения служит уже отмеченный нами факт: до сих пор даже с помощью самых мощных телескопов не удалось обнаружить туманность на том месте, где вспыхнула звезда Новая Тихо Браге. Наблюдается только мощное радиоизлучение.

В связи с тем, что в звездах аналогичного типа перед их вспышками еще много водорода, то его относительное содержание в межзвездном газе или в очень разреженных туманностях велико. Много водорода и в веществе, которое выбрасывается при вспышках Новых звезд. Правда, при этом выбрасывается значительно меньше вещества, чем при вспышках Сверхновых звезд, но вспышки их происходят очень часто. Поэтому за время существования нашей Галактики большое количество вещества было выброшено при вспышках Новых звезд. Выброс вещества в галактическое пространство, кроме того, происходит и на ранних стадиях существования горячих голубых звезд, состоящих в основном из водорода. Долгое время оставался неясным вопрос об образовании пыли в космическом пространстве. В настоящее время существует мнение, что она образовалась путем конденсации молекул газообразных веществ — метана, аммиака и других.

Следовательно, вещество, из которого образуются туманности различного вида, а также межзвездный газ и пыль должны состоять из водорода и тяжелых элементов в различном количестве, что согласуется с наблюдаемым химическим составом этих космических объектов.

Образование туманностей может происходить несколькими путями. С одной стороны, они образуются путем мгновенного расширения более плотного вещества звезд, что мы и наблюдаем при вспышках Сверхновых. С другой стороны, может происходить и обратный процесс — постепеннее сгущение межзвездного газа и пыли. Разные пути образования и различное содержание газа, пыли и тяжелых элементов привели к большому разнообразию типов туманностей, о которых указывалось ранее.

Туманности играют огромную роль в эволюции вещества во Вселенной. Из вещества туманности образуются, кроме звезд, также планеты и другие тела планетных систем, подобных Солнечной. Об этом мы подробно расскажем в следующем разделе.

Мысль об образовании тел Солнечной системы из туманности высказал впервые французский астроном П. Лаплас. В 1796 г. он написал очерк о возможном пути образования Солнечной системы из туманности, представляющей собой гигантское вращающееся облако раскаленного газа. Под действием сил притяжения газообразный сгусток постепенно принимал форму шара и сильно уплотнялся к центру. Так, по мнению Лапласа, образовалось Солнце. Из более разреженной оболочки туманности создавались планеты путем ее охлаждения и сжатия по направлению к плоскости, проведенной через экватор шара. При интенсивном сжатии вещество, расположенное по экватору, продолжало вращаться на прежнем расстоянии от центра шара, и образовались «концентрические кольца, кружившиеся вокруг Солнца». В большинстве случаев кольца были неустойчивы, а составляющее их вещество соединялось вначале в сравнительно небольшие сгустки, которые затем собирались в большие газовые шары. Они двигались по окружности кольца, из которого образовались. Газообразные шары продолжали сжиматься, поэтому скорость их вращения увеличивалась. Вследствие этого от них так же, как и от Солнца, отделялись кольца по экватору. Из них затем образовались спутники, а центральная часть шаров превращалась в планеты. Впоследствии газообразные тела планет охлаждались, переходили через огненно-жидкую стадию и, наконец, совсем остывали, превращаясь в твердые холодные тела.

Теория Лапласа блестяще объясняла известные в то время особенности строения Солнечной системы. Но постепенно накапливалось все больше и больше данных, которые ей противоречили. Однако идея Лапласа об образовании планет из туманностей оказалась правильной; она лежит в основе современных представлений о возможных путях образования Солнечной системы.

В настоящее время существуют две гипотезы образования тел Солнечной системы. Акад. В. Г. Фесенков в течение десятков лет подробно изучал возможный ход образования Земли и пути ее последующего развития. В результате этого он пришел к выводу, что Солнце и окружающие его планеты образовались почти одновременно из газо-пылевой туманности. Фесенков считает, что качественная разница между звездами и планетами является следствием только количественного различия масс этих тел. Солнце образовалось из центрального, более плотного сгустка туманности; а из остальной его массы — планеты. Для Солнца, масса которого очень велика, дальнейшее уплотнение вещества привело к повышению температуры и давления. Вследствие этого в недрах Солнца возникли ядерные превращения с выделением энергии, и оно стало звездой.

Развитие планет определялось их массой и расстоянием от Солнца. Небольшие планеты земной группы потеряли значительную часть легких элементов; для планет-гигантов этот процесс не был характерен, они удержали в своем составе даже водород. Вследствие этого планеты подразделяются на две группы. Мы видели, что количественный химический состав планет-гигантов очень близок к составу Солнца. Например, наиболее массивный Юпитер, масса которого в 318 раз превосходит массу Земли, состоит из 85 % водорода, 10 % гелия и только около 5 % приходится на содержание других элементов. В атмосфере Урана водород стоит на втором месте после гелия, а в поверхностных слоях Земли — на восьмом — десятом. Однако водорода на Земле все же достаточно для образования большого количества воды. На Марсе же, масса которого в десять раз меньше массы Земли, содержание водорода настолько мало, что на нем не обнаружено сколько-нибудь заметного количества воды. Следует отметить, что гипотеза Фесенкова, объясняющая основные характерные особенности планет, математически разработана пока еще недостаточно.