Загадки космоса. Планеты и экзопланеты - Андрей Мурачёв

На способность планеты собирать на своей поверхности воду в устойчивые водоемы и поддерживать температурный баланс оказывает влияние огромное число факторов и процессов. К ним относятся свойства планеты, планетной системы и звезды (такие как особенности звездного спектра, активность звезды и интенсивность звездных ветров, возраст, интенсивность рентгеновского и ультрафиолетового излучения и наличие звезд-компаньонов) и то, какое влияние друг на друга они оказывают с течением времени. Некоторые из этих факторов, скажем наличие звезды-компаньона, могут создавать весьма причудливые природные условия на планете. Другие, такие как спектр и светимость звезды, меняются с увеличением ее возраста. На одной и той же планете на протяжении миллиардов лет могут складываться совершенно разные климатические условия. Земля в начале своей геологической истории имела непрозрачную плотную горячую атмосферу, но были и периоды, когда она полностью покрывалась льдом[72].

Давайте подумаем, какие из этих факторов имеют ключевое значение для жизни на планетах, находящихся у красных карликов? Если вы вспомните о Проксиме Центавра b, то наверняка назовете звездную активность. Но тут стоит иметь в виду, что Kepler-186 – спокойная звезда. За все время наблюдений не было зафиксировано ни одной вспышки, сопоставимой по мощности со вспышкой 2017 года на Проксиме Центавра. Даже если мощные вспышки на Kepler-186 иногда случаются, толстая атмосфера и магнитное поле, предположительно, могут защитить биосферу (если она, конечно, там есть).

Еще одно потенциальное препятствие для жизни – приливный захват планеты. Такое явление должно быть распространено на экзопланетах, находящихся на близких орбитах вокруг своих звезд. Многие из экзопланет, расположенных в зоне обитаемости красных карликов, могут быть приливно заблокированы. На одной половине планеты в этом случае будет вечный день, на другой – вечная ночь. Одно время считалось, что на таких экзопланетах бушует постоянный ураган, на дневной стороне идет непрекращающийся дождь, а на ночной – царит вечная зима108. Такой климат делает сложную жизнь маловероятной. Дальнейшие же исследования показали, что это всего лишь эффект одномерных климатических моделей. Более сложные, трехмерные, модели демонстрируют, что на таких планетах возможен эффективный теплообмен в атмосфере, уменьшающий разницу между температурами ночной и дневной сторон и в целом делающий этот мир не таким уж ужасным местом109.

Разобравшись с тем, что способно помешать существованию жизни, подумаем и о том, что может поддерживать потенциальную биосферу на Kepler-186 f и похожих на него мирах. Время жизни родительских звезд? Безусловно. В этом состоит еще одна причина особого внимания ученых к планетам у карликов M-типа. Kepler-186 f находится не просто в зоне обитаемости своей звезды, а в зоне постоянной обитаемости. Это означает, что планета должна не только поддерживать условия для существования водоемов на ее поверхности, но и поддерживать их на протяжении миллиардов лет. Например, еще задолго до того как Солнце станет красным гигантом, океаны Земли испарятся и вся сложная жизнь на ней исчезнет. Земля будет постепенно вытесняться из зоны обитаемости. Это произойдет примерно через миллиард лет из-за повышения температуры и яркости нашего светила. Однако красные карлики эволюционируют очень медленно, в сотни раз медленнее Солнца. Планета, которая образовалась у звезды такого типа в зоне обитаемости, будет оставаться там сотни миллиардов или даже триллионы лет, причем практически при одних и тех же температурных условиях!

Первые живые организмы на Земле появились около 4 миллиардов лет назад. На протяжении долгого времени нашу планету населяли лишь бактерии. Жизнь больше напоминала зеленую слизь из фильмов про пришельцев, чем привычных нам животных и растений. Где-то между 2,1 и 1,8 миллиарда лет назад произошло событие, которое все изменило: появилась первая клетка с ядром (первый эукариот). Это стало революцией в мире микроорганизмов. И с этих пор жизнь начала усложняться. Все многоклеточные организмы, которых мы знаем, являются эукариотами – потомками той первой клетки. Не факт, что будь у нас возможность отмотать пленку на 2 миллиарда лет назад и запустить все с самого начала, то снова появились бы эукариоты. По прошествии 4 миллиардов лет жизнь все так же могла бы представлять собой зеленую слизь[73]. Земле повезло, но везет ли так другим мирам? Красные карлики предоставляют экзопланетам сотни миллиардов лет на эксперименты с жизнью.

Пусть на дворе стоит осень 2100 года, вы залюбовались плакатом туристического агентства NASA и вот уже сами не понимаете, как оказались в звездолете, который с минуты на минуту высадит вас на Kepler-186 f. Что вы увидите в иллюминатор, совершая последний перед посадкой облет планеты? Ни лесов, ни лугов на планете нет. Эволюция их еще «не придумала». Поверхность покрывают лишь примитивные лишайники. Но какую поверхность! С высоты звездолета вы видите, что на планете нет хребтов, гор – да и вообще, вам кажется, что она невероятно плоская. Повсюду то ли ветвящиеся и расползающиеся по поверхности океана острова, то ли гигантские и многочисленные озера, разбросанные в беспорядке, зажатые «пальцами» суши. Ничего хоть чем-то напоминающего материки Земли. Мир-архипелаг. Конечно, этому есть объяснение, говорите вы себе. Плотная атмосфера усилила разрушительное действие ветров, эрозия оказалась более быстрой, чем на Земле, все горы превратились в песок еще до того, как успели вырасти, и океаны вышли за пределы своих бассейнов и затопили экзопланету.

Разумеется, никаких подтверждений описанной выше картине нет, но она не противоречит имеющимся у нас представлениям об эволюции суперземель. А значит, возможна если не на Kepler-186 f, то на какой-нибудь другой суперземле.

Рисунок 26. Плакат NASA с приглашением на Kepler-186 f

Ваш звездолет садится в прибрежной полосе какого-то острова, в небе оранжевая звезда, навечно застывшая возле горизонта. Под ногами хлюпает черное болото из незнакомой жизни, расцветшей в теплых прибрежных водах. Эксперименты эволюции с химией и благоприятнейшие условия привели к тому, что на планете возникло несколько принципиально разных типов жизни. После такого жизнь на Земле кажется невероятно скучной. Эти существа знают о фотосинтезе, но кто-то из них стал полностью черным, чтобы не потерять ни фотона тусклого света, а кто-то предпочел красный цвет, улавливая излучение звезды в диапазоне его максимальной мощности. Пока ученые не нашли многоклеточных существ, но кто знает, что таит в себе толща океана.

Немного поодаль разгружают ящики с находками члены экспедиции, вернувшиеся с ночной стороны планеты. Что они там увидели, что нашли?..