Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли - Элизабет Таскер

У нас до сих пор нет четкого ответа на вопрос о том, как Титану удалось обзавестись толстой атмосферой. На сопоставимых с ним по размеру Ганимеде и Каллисто ничего подобного не появилось. Один из возможных ответов: из-за более сильной гравитации Юпитера столкновения его спутников с кометами проходили на высоких скоростях. В ходе этих мощных столкновений крупные спутники могли утратить свои газовые оболочки. Согласно другой гипотезе, благодаря более низкой температуре в окрестностях Сатурна, находящегося так далеко от Солнца, в период формирования спутника в составе льдов сохранялся больший объем газов. Позже в результате испарения эти газы попали в его атмосферу.

Может ли существовать жизнь на берегах метановых озер и рек? Ответ зависит от того, может ли метан заменить воду в качестве среды для биологических реакций. Такие рассуждения носят исключительно умозрительный характер. К тому же не стоит забывать о низких температурах, которые затрудняют растворение органических веществ.

Данные, полученные миссией «Кассини–Гюйгенс», подтверждают отсутствие на Титане каких-либо следов жизни. Хотя газы, образующие нечто похожее на смог в атмосфере Титана, и рассеивают свет, делая поверхность спутника недоступной для прямого наблюдения, благодаря большей длине волны через них способно проникать инфракрасное излучение. С его помощью приборам на аппарате «Кассини» удалось составить карту поверхности спутника. Еще одним источником данных стал зонд «Гюйгенс», который смог приземлиться непосредственно на поверхность Титана. Отделившись от «Кассини» в Рождество в 2004 г., он через три недели совершил спуск в плотной атмосфере Титана. В отличие от зондов на Марсе, где из-за небольшой толщины атмосферы попадающий в нее космический аппарат не успевает замедлиться до скорости, обеспечивающей безопасную посадку, зонду «Гюйгенс» удалось приземлиться, используя парашюты. Он коснулся поверхности в облаке углеводородной пыли 14 января 2005 г., став первым зондом, приземлившимся на объекте во внешней части Солнечной системы.

Батареи зонда «Гюйгенс» были рассчитаны на три часа автономной работы. Фактически их энергии хватило для управления аппаратом на последних этапах спуска и работы на поверхности в течение 72 минут. Зонд отправил около 80 изображений поверхности, и ни на одном из них не было признаков движения или растительной жизни. Допуская, что при наличии на Титане жизни она бы распространилась по всей его поверхности, как это произошло на Земле, можно сделать вывод об отсутствии на спутнике макроскопических форм жизни.

Несмотря на возможность существования жизни на спутниках во внешней части нашей Солнечной системы, их экосистемы скрыты от нас толстым слоем льда или непрозрачными газовыми оболочками. При наблюдении с Земли аналогичные спутники вокруг внесолнечных планет будут казаться безжизненными кусками скал. Но как насчет планет-гигантов, мигрировавших ближе к своим звездам? Отыщутся ли среди огромного множества газовых планет, находящихся в зоне умеренных температур, такие, вокруг которых мог бы обращаться землеподобный спутник?

«Ситуация с лунами сейчас такая же, как с планетами в 1990-е гг., — объясняет немецкий астрофизик Рене Геллер, беря за точку отсчета эпоху накануне открытия первых экзопланет. — Мы стоим на пороге».

Геллер одержим естественными спутниками. В сферу его научных интересов входят вопросы образования и обнаружения лун вокруг внесолнечных планет. Как раз на этих экзолунах Геллер надеется найти жизнь.

С учетом огромных расстояний, исключающих возможность отправки космических зондов, обнаружить жизнь на экзоспутниках можно только по следам в атмосфере. Поэтому искать жизнь в экосистемах, скрытых под ледовой оболочкой, не имеет смысла — она должна быть на поверхности спутника. Если оставить в стороне тела вроде Титана, наиболее вероятное место, где может встретиться населенный бактериями или эвоками ландшафт, — это зона умеренных температур. Этому критерию не соответствуют покрытые льдом спутники планет Солнечной системы, но что, если бы Юпитер мигрировал во внутреннюю область на место Земли? Привело бы это к таянию ледяных панцирей Европы, Ганимеда и Каллисто? Появилось бы в результате в Солнечной системе три новых объекта с потенциально пригодными для жизни условиями на поверхности?

Для живых форм условия на таких землеподобных спутниках могут оказаться даже лучше, чем на планетах. Серьезная проблема планет, орбиты которых проходят вблизи не столь горячих красных карликовых звезд, — приливный захват. Когда планета все время повернута к звезде одной и той же стороной, на двух ее сторонах формируются два принципиально разных температурных режима — испепеляющая жара на одной и ледяная тьма на другой. В случае спутника приливный захват возможен скорее с планетой, чем со звездой. Поэтому даже при нахождении в зоне умеренных температур системы с красным карликом на спутнике может сохраниться обычный цикл смены дня и ночи.

К настоящему моменту в зонах умеренных температур астрономы открыли в пять раз больше газовых гигантов, чем землеподобных миров. Если аналоги Юпитера окружены таким же количеством лун, как наши планеты-гиганты, то экзолуны являются основными объектами с твердой поверхностью в этой зоне. Казалось бы, наши шансы на успех в поисках пригодных для жизни миров повышаются, но существует ли похожий на Землю спутник вроде Эндора, космического дома эвоков?

Чтобы на Эндоре могли существовать густые леса и мохнатые мишки, этот спутник должен иметь атмосферу. Глядя на толщину газовой оболочки Титана, можно подумать, что любой спутник может запросто удержать необходимый объем воздуха. Однако у Титана есть одно существенное преимущество перед спутником, находящимся в пределах зоны умеренных температур: температура пространства вокруг него очень низкая.

Молекулы газа покидают верхние слои атмосферы, если они могут разогнаться настолько, чтобы преодолеть силу притяжения планеты (или спутника). Поскольку плотность газа уменьшается по мере приближения к верхней границе атмосферы, при достижении достаточной скорости его молекулы вряд ли встретят какие-либо препятствия на своем пути в окружающее планету пространство. Чтобы атмосфера планеты сохранялась в течение длительного времени, газ из нее должен утекать очень медленно. Для этого либо планета должна быть очень массивной, чтобы создавать мощную силу притяжения, либо молекулы атмосферы должны двигаться с очень низкой скоростью. Спутники во внешней части нашей Солнечной системы не очень большие, но верхние слои их атмосфер очень холодные. Благодаря этому молекулам газа трудно набрать достаточную скорость, чтобы покинуть спутник.

Но стоит переместить такой спутник поближе к Солнцу, и в результате нагрева атмосферы газ из него начнет улетучиваться. Температура в верхней части атмосферы Земли в сто раз выше, чем на Титане. Если поместить на место нашей планеты Титан, его гравитации не хватит для удержания атмосферы.

Если бы на экзоспутнике была такая же атмосфера, как на Земле, потерю кислорода мог бы компенсировать фотосинтез, а потерю углекислого газа — эрозия силикатов. Впрочем, улетучивание азота из атмосферы мира, потенциально пригодного для жизни, будет иметь самые печальные последствия: азот — элемент, который плохо вступает в химические реакции, благодаря этому молекулы азота выступают в качестве буфера, снижающего риск возникновения лесных пожаров. Кроме того, азот является ключевым компонентов белков и ДНК, используемых всеми формами жизни на Земле. При отсутствии азота лес на Эндоре обречен на гибель. Поэтому условием пригодности спутника для жизни должна быть его достаточно большая масса и гравитация, обеспечивающая удержание более теплой атмосферы на протяжении миллиардов лет.