Калеб Шарф - Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной
А теперь отправимся в дальний конец клубной гостиной, где кресла расставлены в густой тени. Однако здесь не менее людно, чем в остальных местах. В темных глубинах кресел раскинулись самые загадочные члены клуба – межзвездные миры, бродяги, вольные странники. Это планеты без звезд и орбит. Они дрейфуют в открытом космосе.
Время от времени такие планеты становятся заметны по воздействию на пролетающий мимо свет далеких звезд. Линзоподобное искажение, возникающее из-за их массы на ткани пространства-времени, ненадолго усиливает и искривляет эти лучи, направляя их по контурам планет, которые остаются холодными и темными. Вероятно, эти небесные тела осиротели в результате мощного гравитационного воздействия на какие-то юные планетные системы, оказались вырваны из звездного гнезда и вышвырнуты в пространство – и теперь скитаются по Галактике.
Есть свидетельства существования значительного числа подобных планет-скиталиц[107], возможно, на Млечном Пути их не меньше, чем звезд. Их существование сильнейшим образом влияет на баланс астрофизических объектов в космосе, сдвигает его с гигантских структур в сторону мелких скоплений планетного вещества, которые создаются при бурном вращении вокруг зон, где рождаются звезды. И мы снова сталкиваемся с таким разнообразием видов и размером популяций, о каком и не подозревали.
* * *Итак, в клубной гостиной собралась весьма разнородная компания, и чем пристальнее мы вглядываемся, тем больше разных типов различаем. На самом деле я, можно сказать, еще и не начал их перечислять – коснулся лишь тех разновидностей, о которых мы в данный момент больше всего знаем.
Например, планеты есть и во множестве систем, у которых больше одной звезды. Представляете, насколько там все не так, как у нас? Солнца-двойняшки, а иногда и тройняшки и даже больше[108]. Зачастую такие звезды вращаются друг вокруг друга на солидном расстоянии. В таких случаях планеты вполне могут сформироваться и вращаться вокруг одной какой-нибудь звезды, а гравитация ее сверкающей сестры не очень их беспокоит. Однако есть и другие места, где планеты вращаются вокруг двух солнц, двух звезд в центре планетной системы. На небесах этих далеких планет восходят и заходят сразу два светила, и иногда они заслоняют друг друга, вызывая затмения, а иногда движутся бок о бок с утра до вечера.
Астрономы приходят к выводу, что существует великое множество всевозможных планет разного состава и с разными условиями. Миры, окутанные покровом атмосферы из паров воды или молекул водорода, планеты-океаны[109], где вообще нет континентов, углеродные миры с невиданной геофизикой, ледяные шары, погрязшие в вечной зиме настолько, что даже атмосфера у них замерзла и осыпалась на поверхность. Наверняка на свете есть планеты холодные и раскаленные, теплые и тепловатые, а иногда на одной планете есть все эти климатические зоны. Бывают планеты юные. Бывают древние. Бывают миры с богатым химическим составом, и одни из них залиты неведомыми соединениями, а другие больше похожи на Землю. Бывают и химически бедные планеты. Наверняка найдутся миры с кольцами из пыли или льда, вроде Сатурна. Будут и планеты, окруженные лунами, в том числе и лунами размером с Марс или Землю, быть может, даже с собственными атмосферами, океанами и материками.
Если во все это вдуматься, становятся понятны две вещи. Первая – ни наша звезда, ни наша планетная система не похожи на те системы, где обычно встречаются маленькие каменистые планеты с большим запасом воды. Иначе говоря, при всем разнообразии планет Земля и ее среда обитания несколько необычны. Это немного загадочно и очень важно. Предположим, что планеты, условия на которых благоприятны для жизни, с равной вероятностью встречаются у любых видов звезд и при любой архитектуре орбит. Если так, то мы могли бы ожидать, что подавляющее большинство пригодных для жизни планет существует вокруг звезд с низкой массой и эллиптической конфигурацией тесно сдвинутых орбит. Либо сами эти планеты, либо их сотоварищи должны быть Супер-Землями. То есть исключительно на этой основе мы вправе ожидать, что мы должны были существовать в одной из таких систем, а не в системе вроде той, в которой мы живем на самом деле.
Возможных объяснений очень много. Например, что мы живем в пригодной для жизни системе не самого распространенного типа по чистой случайности – просто реализовался маловероятный сценарий. Если да, то никаких особенно важных уроков нам это не преподает, просто так получилось, что мы живем в немного нетипичном месте. В частности, это может означать, что жизнь бурлит в самых разных местах, которые нам кажутся непривычными, – от планет, вращающихся вокруг звезд с низкой массой, до куда более экзотических миров вроде спутников планет-гигантов – на этих спутниках может быть морозный, а может быть и умеренный климат. Если жизнь – явление распространенное, она чаще возникает в таких местах, а не в редкостных уголках вроде нашей Солнечной системы.
Однако есть и другой вариант развития событий – что пригодные для жизни условия возникают у разных типов звезд и среди разных орбитальных архитектур с неодинаковой вероятностью. Не исключено, что есть что-то такое, из-за чего наши условия особенно хорошо подходят для возникновения жизни. Такой вариант означал бы, что во Вселенной в целом производится меньше жизни, чем могло бы. Если помните, я говорил, что вопрос «Насколько распространена жизнь в космосе?» – это загадка, ясного ответа на которую не дает ни принцип Коперника, ни антропная аргументация. Если окажется, что реализовался такой сценарий, это позволит нам подступиться к тому, чтобы измерить частоту возникновения жизни – и вероятность абиогенеза (естественного происхождения жизни из неживой материи). К этой важнейшей теме я еще вернусь.
Качества, которые позволяют планетам создавать системы, где более или менее возможно возникновение жизни, вполне очевидны. Главное – температура. На Земле налажено несколько шаткое равновесие, благодаря которому на поверхности и вблизи нее сохраняется большое количество воды в жидком состоянии. Жидкая вода – это уникальный природный растворитель, играющий важнейшую роль в земной биохимии и в геофизическом поведении нашей планеты. Кроме того, большое значение для того, чтобы у нас было вдоволь океанов и осадков, играют и точное расстояние от Земли до Солнца, и нынешняя яркость Солнца, и состав атмосферы Земли. Однако всех механизмов, которые задействованы в поддержании умеренного климата на той или иной планете, мы пока не знаем. Мы с коллегами, например, исследовали[110], как влияют на климат планет, похожих на Землю, различные орбиты, наклон осей и даже продолжительность дня. Зависимость получилась не прямая. Планеты на орбитах, гораздо более эллиптических, чем орбита Земли, вполне способны сохранять среду, насыщенную жидкой водой, в то время как на планетах, где день короче нашего, тепло не так хорошо передается от тропических экваторов к полюсам, и, вероятно, они застывают в вечных ледниковых периодах.
Список плюсов и минусов можно продолжать чуть ли не бесконечно. Влажные среды тоже могут быть разными – например, мы предполагаем, что они существуют под ледяной корой спутников вроде Европы, Ганимеда или Энцелада, фонтанирующего гейзерами, в нашей собственной Солнечной системе. Под поверхностью таких небесных тел, вероятно, залегают озера и даже океаны жидкости, и это никак не связано с жаром звезды.
Ясно, что нам недостает данных, чтобы разобраться, как ранжировать подобные вероятности, и в следующих главах я постараюсь рассортировать факты, чтобы понять, что еще можно узнать. Однако разнообразие экзопланет, вероятно, подсказывает нам в наших поисках жизни еще кое-что. Планеты, пригодные для жизни, несказанно разнообразны и по устройству орбит, и по составу и структуре самих планет. И хотя подобная пестрота многому учит нас с точки зрения планетной астрофизики, она ставит и некоторые существенные препятствия на пути науки.
Понимание основ механики, которая стоит за формированием и эволюцией планет, дается гораздо труднее, когда становится ясно, сколько взаимодействующих факторов влияют на явление в целом. Кроме того, эта многогранность создает и еще одно препятствие, которое прямо относится к нашим поискам космического значения: если это разнообразие означает, что на свете нет пары одинаковых планет, как нам оценить свое место среди них?
Выражусь иначе. Ученые любят говорить о поисках «другой Земли» или «землеподобных» планет. Это легкий способ емко назвать поиск миров, похожих на наш набором каких-то основных параметров – от размера и состава до, разумеется, условий на поверхности. Однако в этих невинных фразах таятся нешуточные сложности.
