Загадки космоса. Планеты и экзопланеты - Андрей Мурачёв

В 2005 году «Гюйгенс» совершил мягкую посадку на поверхность Титана и передал данные об условиях в его атмосфере и на поверхности, а также завораживающие фотографии местных пейзажей. До посадки аппарата никто не знал, на какую именно поверхность он сядет, поэтому «Гюйгенс» приспособили даже для плавания. Сел он необычно. Впоследствии изучение телеметрии посадки показало, что при первом контакте с поверхностью «Гюйгенс» опустился на 12 см, потом немного отскочил и, прежде чем остановиться, проскользил. На Земле такая ситуация возможна, если поверхность покрыта снегом с тонкой ледяной коркой. А значит, «Гюйгенс» совершил посадку в некое, возможно, подобное земному снегу вещество.

При посадке на Титан «Гюйгенс» не заметил водоемов, однако последующие радиолокационные исследования Титана выявили удивительный, похожий на земной рельеф: равнины, покрытые дюнами; невысокие яркие холмы из водяного льда; большие, до сотен метров глубиной жидкие озера с изрезанными берегами и реки. Но это мир другой, чуждой нам химии. Роль воды в озерах и реках взяли на себя вещества, которые на Земле в чистом виде мы привыкли видеть только в газообразном состоянии: метан и этан, а роль снега – осадки из сложных органических веществ.

Гигантский завод органической химии – это слова, которые лучше всего характеризуют Титан. Его атмосфера на 95 % состоит из азота, 4 % принадлежат метану, а еще 1 % приходится на другие вещества. В ней постоянно присутствуют туманы из взвеси легких микроскопических частиц (это смесь углеводородных молекул), образующих плотную оранжевую дымку. Оседающие на поверхность частицы называются «толины», что в переводе с греческого значит «мутный». В ходе идущих здесь химических процессов, по большей части малоизученных, производится множество органических веществ – от самых простых до невероятно сложных. Какие бы химические реакции мы тут не обнаружили, все они черпают энергию лишь из далекого и тусклого Солнца, и потому их скорость для нас ничтожно мала. Если мы когда-нибудь найдем на Титане что-нибудь живое, из-за его медлительности, вызванной низкотемпературным метаболизмом, мы можем просто не заметить это что-нибудь.

Удивительно, что согласно исследовательской работе, проведенной в 2012 году91, под поверхностью Титана есть океан жидкой воды. Гравитационное влияние Сатурна на спутник в три раза больше, чем то, которое было бы, если бы Титан полностью состоял лишь из горных пород. Этот океан должен быть довольно близко к поверхности и начинаться не глубже чем на отметке 100 км. Судя по всему, он зажат между ледяными прослойками и никак не контактирует с поверхностью, что исключает обмен минеральными веществами, необходимыми для жизни.

Итак, мы вряд ли найдем на Титане жизнь, хоть в чем-то напоминающую земную. Но разве кто-то говорил, что жизнь должна быть похожа на нашу? Может ли химия Титана породить самоподдерживающиеся химические реакции, развивающиеся по законам естественного отбора? Покажет время.

Все это время мы говорили о планетах как об очевидном и не требующем разъяснения понятии. На самом деле это не так. Можно сказать, что вопрос о том, что такое планета, в научном сообществе начал ставиться с тех самых пор, как были открыты первые экзопланеты – новые, странные миры, не похожие ни на что в Солнечной системе. Для ответа на этот вопрос в 1999 году создали рабочую группу по внесолнечным планетам, которая должна была помочь международному научному сообществу определиться с тем, что в дальнейшем будет называться планетой. Через несколько лет, в 2003 году, она наконец смогла создать временное определение планеты, чтобы в будущем, когда это заставят сделать очередные открытия, к нему вернуться.

Открытия не заставили себя долго ждать. Буквально в этом же 2003 году астроном Майкл Браун с коллегами обнаружил в поясе Койпера Седну (радиус 500 км)92, а в 2005 году – Эриду (радиус 1 100 км)93. Далее последовали открытия чуть меньших, чем Эрида, объектов: Макемаке и Хаумеа. Дилемму, которая вслед за этими событиями встала перед учеными, можно сформулировать так: необходимо было либо добавить в Солнечную систему четыре новые планеты и быть готовыми к тому, что с открытием очередных объектов в поясе Койпера количество планет в нашей звездной системе может существенно возрасти, либо же изменить определение понятия «планета» таким образом, чтобы большого числа новых планет не появлялось.

26 встреча Международного астрономического союза (МАС) была организована в Праге в августе 2006 года как раз для решения этой дилеммы и выработки нового определения термина «планета». В последний день объявили голосование, и победила следующая формулировка: планета – это тело, обращающееся вокруг Солнца, достаточно массивное, чтобы поддерживать гидростатическое равновесие (иметь форму, близкую к шарообразной) и расчищать свою орбиту от других объектов.

Первые два критерия астрономы неявно использовали чуть ли не с XVIII века, когда планетой называли любое крупное тело на орбите вокруг Солнца, третий же критерий оказался совершенно новым. В результате в 2006 году впервые произошло не увеличение, а уменьшение числа планет: Плутон исключили из перечня последних (поскольку он не соответствует третьему критерию). Также были введены еще два класса объектов Солнечной системы. Представители первого из них, карликовые планеты, отличаются от обычных тем, что третий критерий в их определении звучит так: не являются спутником другой планеты[64]. Второй же класс включил в себя все, что осталось: малые тела Солнечной системы. Ну а если в первом критерии слово «Солнце» заменить на «звезда» мы получим определение понятия «экзопланета».

* * *

В первых главах я крупными мазками нарисовал картину рождения планетных систем в протопланетном диске. Но на этом переустройство звездной системы не заканчивается. Материала, который содержится в протопланетном диске, достаточно для создания гораздо большего числа планет, чем астрономы находят вокруг звезд. Часть этого материала действительно рассеивается в пространстве, а часть образует планетезимали или планеты. В восьмой главе была описана гипотеза о миграции, согласно которой в первые миллионы лет газовые гиганты, уже успевшие сформироваться, взаимодействуя с газом, меняют свои орбиты. Во время этой перестройки происходят катастрофические события: сталкиваются и разрушаются миры, многие планетезимали выбрасываются из диска. На начальных этапах эволюции протопланетного диска даже сформировавшиеся планеты могут покинуть систему родительской звезды навсегда. На сегодняшний день различными методами найдено 20 кандидатов в такие свободно плавающие планеты94.