Калеб Шарф - Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной
Да, конечно, свести всю эту статистику воедино так, чтобы получилась надежная конструкция, довольно трудно. Например, мы на самом деле не знаем, связана ли динамическая нестабильность систем со склонностью формировать супер-Земли и мини-Нептуны. Это все равно что обнаружить в углу сада особенно пышные заросли цветов. Непонятно, почему их там так много – просто так сложилось или этот угол особенно тщательно возделывал невидимый садовник. Тем не менее вполне очевидно, что с этой точки зрения Солнечная система несколько необычна – возможно, своего рода отщепенец, принадлежащий к меньшинству.
Простоты ради предположим, что форма архитектуры орбит и типы планет в системе прямо не связаны. Скорее всего, на каком-то уровне это предположение неверно, однако оно позволяет обойтись без уточненного анализа, который, вероятно, не повлиял бы на общие выводы. Итак, можно рассмотреть все вероятности совокупно и сделать вывод, что Солнечная система, в которой мы живем, принадлежит к 10 % в своем клубе – не больше. Чтобы убедиться в этом, добавим в наш статистический рецепт еще несколько простых фактов.
Например, я говорил о том, что большинство звезд в нашей Галактике меньше Солнца: примерно 75 % из них менее массивны. Эти звезды также обладают бесчисленным множеством планет, которые, по всей видимости, следуют общим динамическим правилам: горячая юность, холодная зрелость. Так что если бы мы осторожно обобщили статистику, возникло бы искушение заявить, что наша Солнечная система и вовсе принадлежит к 2–3 % звезд определенной разновидности с определенным набором и расположением планет. С математической точки зрения это не очень строго, однако основано на реальных числах – и очень важно для нашего поиска своего вселенского значения. В целом наша Солнечная система необычна.
Еще я упоминал о том, что планета должна обладать достаточно мягкими условиями на поверхности, что на ней должно быть много жидкой воды. Астрономы очень любят на основе этой идеи искать «обитаемые зоны»[133] вокруг звезд, диапазоны орбит, где температура на планете аккуратно вписывается между точкой замерзания и точкой кипения воды. Это само по себе существенно уменьшает численность группы, к которой принадлежит Солнечная система и Земля, поскольку добавляет требование, что планеты должны вращаться на строго определенном расстоянии от звезд-родительниц.
Точно оценить количество таких планет очень трудно, и заниматься этим мне совсем не хочется. По правде говоря, это зависит от великого множества факторов – от состава самих планет, их атмосферы, от стабильности климата, о чем я писал в предыдущей главе. А между тем мы не разобрались во всех хитросплетениях климата на своей собственной планете. Мы считаем, что 4 миллиарда лет назад Солнце было на 30 % тусклее[134], однако геологические свидетельства показывают, что и тогда на поверхности Земли была жидкая вода. Беда в том, что мы не совсем понимаем, как такое может быть. Даже огромное количество парниковых газов в атмосфере юной Земли едва ли смогло бы, с одной стороны, в достаточной степени согревать поверхность, а с другой – не оказать ни малейшего влияния на состав скальных пород. Некоторые ученые предполагают, что даже фундаментальная форма, размер и оптические характеристики облаков – да-да, облаков! – миллиарды лет назад были не такие, как сейчас. Если бы облака были другими, Земля меньше отражала бы солнечный свет и могла бы поглощать больше его согревающей энергии.
Кроме того, у нас подбирается все больше доказательств, что и на Марсе, находящемся сразу за орбитальной зоной благоприятных температур вокруг Солнца, когда-то было вдоволь жидкой воды. Может быть, такое положение дел по геологическим меркам сохранялось недолго, однако бывали времена, когда условия на Марсе были куда более благоприятнее для жизни, чем сейчас.
Можно сделать вывод, что с точки зрения умеренности климата оценить необычность Солнечной системы не так-то просто. Я бы сказал, что в настоящий момент и при нашем уровне знаний мы не можем сколько-нибудь надежно оценить, в какой доле систем есть планеты в умеренных зонах, поскольку сами эти зоны, похоже, весьма переменчивы. Однако если мы учтем при вычислениях еще и историю планет с умеренным климатом в Солнечной системе, то в результате, вероятно, попадем в клуб, в котором состоит менее 1 % всех возможных планетных систем.
Однако все это статистика. Какие характеристики на самом деле определяют неповторимую детальную структуру каждой отдельной системы? Почему у систем есть именно такие шансы сформироваться динамически холодными и горячими и с теми или иными видами планет или без них? И что запускает цепь событий, в результате которых возникает Солнечная система вроде нашей и планета, очень похожая на Землю?
Отчасти ответ, конечно, лежит в области общей физики гравитационных систем и в притяжении газов и частиц, которые клубятся вокруг новорожденной звезды, пока она собирает саму себя из холодной взвеси межзвездного материала. Однако огромный кусок этой головоломки – поистине колоссальный кусок – судя по всему, просто чистая, слепая, беспримесная воля случая.
Астрономы говорят о формировании планет как о стохастическом процессе: хотя в нем заложены и предсказуемые физические процессы, окончательный результат не детерминирован по сути своей, в нем есть элемент случайности. Я расскажу вам, что происходит в целом: вещество вращается по орбите, сталкивается, слипается, объекты взаимодействуют, рассыпаются, растут, расходятся в разные стороны, однако я не могу предсказать, что произойдет с каждой новой планетой, с каждым сгустком вещества. Точь-в-точь нерешаемая задача n тел.
Один из лучших примеров подобного исхода глядит нам в лицо практически каждую ночь. Луна, как я уже говорил, скорее всего, возникла в результате космического столкновения между более ранней версией Земли и еще каким-то зачаточным планетным телом. Нашему нынешнему пониманию природы Земли и Луны больше всего соответствует теория, согласно которой приблизительно 4,5 миллиарда лет назад с прото-Землей столкнулась другая планета размером с Марс. Эта невезучая планета известна под именем Тейя[135] и, вероятно, сформировалась в той же орбитальной зоне, что и прото-Земля, просто располагалась в другой точке этой орбиты. С течением времени колебания гравитационной тяги, возможно, придвинули эти юные объекты ближе друг к другу, и в итоге они врезались друг в друга, словно пара колоссальных булыжников в лавине. В результате вокруг Земли получилось очень много пыли и обломков, и из них вскоре сгустилась Луна – смесь останков Тейи с содранными и раскиданными в пространстве слоями прото-Земли.
Подобное событие при формировании планетной системы, скорее всего, отнюдь не редкость. Именно чем-то таким и заканчивается толкучка на орбитах, которая, как мы полагаем, играет главную роль в нанесении завершающих штрихов на маленькие каменистые планеты. Однако такой вариант вовсе не обязателен – он входит в череду крайне стохастических событий, то или иное из которых очень трудно предсказать. Вероятно, Земля и Луна – представители относительно распространенного типа конфигурации «планета-спутник», однако гарантировать подобный результат в том или ином конкретном случае нельзя.
Эта черта – очередной аспект нелинейной, хаотической природы планетной системы. С одной оговоркой: мелочи, определяющие конечный результат, чаще имеют отношение не к законам гравитации, а к размерам и составу планет – тоже случайным величинам. Например, физическое столкновение двух объектов зависит не только от того, насколько близко они подойдут друг к другу, но и от их габаритов – заденут ли они друг друга? И если заденут, приведет ли это столкновение к тому, что они сольются воедино, образовав новое небесное тело, или просто разлетятся на обломки?
Получается, что если мы попытаемся проследить всю цепочку причинно-следственных связей, которая ведет от космического газа и пыли к планете, похожей на Землю, нас ждут серьезные трудности – но что поделаешь, такова жизнь. Однако в то же время важно понимать, что если маршрут к точке назначения случаен и непредсказуем, это не обязательно означает, что прибытие в точку назначения маловероятно. Не устаю подчеркивать, как важен этот парадокс, поскольку мы столкнемся с ним еще неоднократно и не только при обсуждении планетных систем.
Чтобы лучше понять эту особенность эволюции естественных систем, представьте себе, что вы стоите на опушке густого леса, через который вам нужно пройти. Троп перед вами множество, и, быть может, 90 % из них приведет вас куда-нибудь по ту сторону деревьев и лишь 10 % заставит вечно кружить в чащобе. То есть из леса вы выйдете с большой вероятностью, однако выбирать один какой-то путь вам все равно придется случайно. И даже если вам повезет, каждая траектория приведет вас в свою точку на противоположной опушке. Примерно таков и процесс создания планет – и, как мы вскоре увидим, вероятно, и процесс возникновения жизни.
