Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли - Элизабет Таскер

Исходя из наличия в составе обнаженного ядра горных пород и льда, можно предположить, что тектоническая и геологическая активность в нем будет отличаться от такой активности на Земле. К чему именно она может привести, мы не знаем, но наличие магнитного поля определенно сделает новую атмосферу ядра более устойчивой к воздействию звездной активности.

Поскольку планетная миграция, судя по всему, является обычным явлением в экзопланетных системах, следует учитывать, что каменистые планеты в зоне умеренных температур могут быть ядрами газовых планет, лишившихся своих первичных атмосфер. Но если они еще и пригодны для жизни, то жизнь эта должна развиваться в условиях, не имеющих ничего общего с привычными для нас.

Помимо гибельной радиации планетам в зоне умеренных температур в системах с красными карликовыми звездами угрожает еще и приливный захват. Под воздействием мощного гравитационного притяжения на коротких орбитах одна половина планеты все время обращена к центру системы, тогда как другая (вполне буквально) полностью лишена дневного света.

Чтобы понять, какие губительные последствия это может иметь для жизни, достаточно представить, что произойдет, если Земля окажется в приливном захвате с Солнцем. В главе 12 мы видели, что в условиях полного отсутствия атмосферы средняя температура на Земле составит приблизительно 5 °C. При нахождении Земли в приливном захвате в результате постоянного воздействия солнечного излучения температура на дневной стороне нашей планеты взлетит до 120 °C. Единственным источником тепла на ночной стороне, обращенной в противоположную от Солнца сторону, будут недра нашей планеты. Мизерной энергии этого источника хватит, чтобы поддерживать на поверхности температуру не выше –237 °C. Вместо нынешних благоприятных условий мы получим среду, в которой нам останется лишь выбрать, какой смертью мы хотим умереть — сгореть или замерзнуть.

Но в этой мрачной картине не учитывается влияние планетной атмосферы. В отличие от поверхности планеты, положение которой зафиксировано, окружающие ее газы могут перемещаться по ней. Сможет ли эта циркуляция компенсировать температурные скачки на дневной и ночной сторонах, чтобы планета оставалась пригодной для жизни?

На первый взгляд, ситуация выглядит не очень обнадеживающе. На ночной стороне будет так холодно, что атмосферные газы будут конденсироваться на поверхности. Отсутствие атмосферы над погруженным во тьму полушарием приведет к резкому падению давления, и газы с освещенной стороны устремятся в образовавшуюся пустоту. Оказавшись в условиях экстремально низких температур, они также конденсируются. Продолжаться это будет до полного уничтожения атмосферы. Все закончится ее полным коллапсом.

Катастрофического сценария можно было бы избежать, если бы удалось обеспечить равномерное распределение тепла между полушариями: если на ночной стороне будет поддерживаться достаточно высокая температура, чтобы газ не замерзал, атмосфера останется газовой. При небольшой толщине оболочки перемещение достаточного объема горячего газа по планете будет невозможно. Но в похожей на земную атмосфере с высоким содержанием углекислого газа или азота это может получиться.

Будут ли в покрывающей всю планету атмосфере, как на Земле, условия для формирования озер и морей — уже другой вопрос. Все будет зависеть от того, сможет ли дневная сторона планеты разогреться до температуры кипения воды. На ночной стороне вода обречена оставаться в форме твердого льда. Тамошние низкие температуры грозят замерзанием даже атмосфере. Так что циркуляция воздуха вряд ли способна улучшить ситуацию настолько, чтобы и в темноте вода оставалась в жидкой форме. Если на дневной стороне вода испаряется под воздействием тепла звезды или парникового эффекта в толстой атмосфере, пар в результате циркуляции должен попадать на ночную сторону. Оказавшись в условиях, где температура ниже точки замерзания воды, пар должен конденсироваться и выпасть на обледенелую поверхность в виде снега. Таким образом, ночная сторона станет холодной ловушкой, в которой в конечном итоге сосредоточатся все запасы воды на планете в виде льда. Планета станет походить на гигантское глазное яблоко, вся поверхность которого, за исключением обращенной к звезде области, будет покрыта льдом.

Планета может превратиться в такое глазное яблоко даже при температурах менее 100 °C. Вся испарившаяся вода, переносимая по поверхности ветрами, окажется затянута в холодную ловушку. В отсутствие возможности перехода замерзшей воды в другую форму резервуары планеты постепенно пересохнут. К счастью, ледники Гренландии и Антарктики демонстрируют нам путь решения этой проблемы.

Если бы вода совсем не могла переходить из состояния льда без таяния, наша планета выглядела бы совсем по-другому. Водяные пары в ее атмосфере замерзали бы на полюсах, покидая их только летом. На Земле под действием гравитации массы льда скатываются в низины, образуя ползущие ледовые потоки, которые можно видеть на ледниках. На планете, похожей на глазное яблоко, замерзшая вода может сползать на дневную сторону, где она будет таять и снова испаряться. На границе между льдом и паром, совпадающей с границей между темным и светлым полушариями планеты, из воды в жидкой фазе могут образовываться реки. Эта опоясывающая планету пограничная область станет сумеречной зоной, где в красных лучах постоянного заката звезды может развиться жизнь.

Если температура на планете окажется достаточно низкой, чтобы на дневной стороне глазного яблока могла существовать вода, вместо пустыни там будет море. Такой вариант кажется более пригодным для жизни, чем полоска сумеречной зоны, но он таит в себе опасность. В отличие от суши и воды, которые поглощают значительную часть излучения, попадающего на их поверхность, лед, обладая высокой отражательной способностью, не может аккумулировать тепло. При замерзании воды образовавшийся лед будет отражать тепло, становясь еще холоднее. В результате лед может так никогда и не превратиться обратно в воду, растаяв.

Вероятность угодить в такую ловушку велика для планеты с достаточно низкой температурой поверхности и открытыми участками суши. Интенсивное воздействие звезды на горные породы на дневной стороне может привести к ускорению углеродного цикла и, следовательно, к поглощению из воздуха слишком большого количества углекислого газа. С уменьшением объема парниковых газов температура поверхности может упасть ниже 0 °C, что приведет к замерзанию океана. Превратившись в лед, вода будет отражать все тепло, а значит, планета подвергается риску так никогда и не выйти из состояния «снежка».

Если на планете достаточно тепло, чтобы ей не грозила такая участь, а вода оставалась в жидкой форме, наиболее подходящим местом для жизни станет обледенелое побережье или глубоководье. Там у жизни будет доступ к резервуару жидкой воды, но она будет недосягаема для прямых лучей звезды.

Одна из возможных планет типа «глазное яблоко» — KOI-2626–01. KOI означает «объект, представляющий интерес для “Кеплер”» (Kepler Object of Interest). Этой аббревиатурой обозначают планеты, которые были обнаружены транзитным методом с помощью телескопа «Кеплер», но существование которых еще пока не подтверждено данными дополнительных наблюдений. Чтобы различать потенциальные планеты, к префиксу KOI добавляют номера, а не буквы. Таким образом, KOI-2626–01 — первая планета, обнаруженная у звезды KOI-2626. Если допустить, что этот мир действительно существует, KOI-2626–01 представляет собой землеподобную планету с периодом обращения 38 дней вокруг красного карлика. Существует вероятность, что орбита планеты пролегает в пределах зоны умеренных температур, но при этом она находится в приливном захвате и, возможно, является планетой типа «глазное яблоко».