Воображаемая жизнь - Майкл Саммерс

М.: Ты жить не можешь без шуточек — там же, наверху, нет никакого давления. Если бы ты вышел на улицу без скафандра, ты бы взорвался.

Дж.: Я знаю, и ты прав — при таком низком давлении жизни быть не может.

М: Да, и даже те микробы, которых они собирают, появились здесь, внизу, и только потом уже попали на поверхность.

Так приятно откинуться на спинку кресла, впитывать тёплые солнечные лучи и слушать мягкий шум волн, набегающих на песчаный пляж. Зелёные растения шелестят на тихом ветерке и весь мир, кажется, говорит вам, что нужно расслабиться и наслаждаться жизнью. Вдалеке лениво кружит в небе один из летучих драконов этой планеты. Если бы не дракон, можно было бы подумать, что это место не так уж и сильно отличается от Земли.

* * *

Все мы помним детскую сказку «Златовласка и три медведя». Мы с удовольствием рассказываем нашим детям и внукам о том, как каша папы Медведя была слишком горячей, каша мамы Медведицы — слишком холодной, но каша Медвежонка была как раз в меру тёплой. Поэтому неудивительно, что, когда учёные начали задумываться о том факте, что океаны Земли должны были оставаться жидкими на протяжении миллиардов лет, чтобы жизнь могла выжить — температура планеты должна была быть не слишком высокой и не слишком низкой, а как раз в меру — они окрестили её первой «планетой Златовласки».

Взгляните на это с другой стороны: как и все звёзды своего типа, наше Солнце постепенно становилось ярче на протяжении 4,5 миллиардов лет, прошедших с момента его образования. Около 4 миллиардов лет назад, когда на Земле впервые образовались океаны, Солнце было примерно на 30 процентов тусклее, чем сейчас, поэтому планете приходилось удерживать гораздо больше поступающей солнечной энергии, чтобы её океаны не замерзали. С течением времени, когда Солнце начало изливать на Землю всё больше и больше энергии, состав атмосферы планеты также менялся, влияя на температуру через парниковый эффект. (Напоминаем вам, что парниковый газ поглощает любое инфракрасное излучение, пытающееся уйти в космос с поверхности планеты, а затем переизлучает его. Поскольку часть этой переизлучённой энергии направлена вниз, воздействие газа выражается в нагревании планеты.) Тем не менее, несмотря на всё это, оказалось, что на протяжении всей истории Земли температура океанов оставалась всего лишь на несколько градусов выше точки замерзания. Не слишком холодно, но и не слишком жарко.

Чтобы привести всего лишь один пример изменений в атмосфере, скажем, что 3,5 миллиарда лет назад океаны Земли были населены процветающими колониями цианобактерий — очень похожих на то, что мы называем зелёной прудовой тиной. В то время в атмосфере практически не было свободного кислорода, но бактерии выделяли кислород как побочный продукт фотосинтеза (растения до сих пор занимаются тем же самым). Вначале этот кислород удалялся путём химических реакций вроде ржавления железа в породах на поверхности, но около 2,5 миллиардов лет назад его содержание начало расти в результате процесса, который некоторые учёные называют Кислородной катастрофой. Предположительно, многие первоначальные обитатели планеты, которые не обладали устойчивостью к кислороду, после этого вымерли, утонув в отходах собственной жизнедеятельности. Однако другие приспособились и смогли использовать кислород, чтобы запустить дыхательный цикл, который в наши дни поддерживает вашу жизнь и жизнь любого другого животного на планете.

В качестве отступления отметим, что многие из крупнейших месторождений железа на Земле, например, в горнодобывающем районе Месаби в Миннесоте, отложились в это время, когда выделявшийся в изобилии кислород соединялся с железом в океанах, а затем выпадал на океанское дно, образовав богатые железом слои осадочных пород. Металл в соседней с вами машине, которую вы видите, проезжая по улице, на самом деле может быть сделан из материала, который является памятью о Кислородной катастрофе.

В 1978 году астрофизик Майкл Харт, работавший в то время в Университете Тринити в Техасе, опубликовал компьютерную модель, описывающую историю атмосферы Земли. В этой модели слабому теплу раннего Солнца помогал парниковый эффект, создаваемый аммиаком и метаном в атмосфере (оба они, как и более знакомый углекислый газ, CO2, являются парниковыми газами). По мере того как Солнце светило ярче, кислород, вырабатываемый живыми организмами, разрушал эти соединения, снижая парниковый эффект и тем самым компенсируя повышенное излучение Солнца. В итоге возникла наша нынешняя атмосфера, где парниковый эффект обусловлен углекислым газом и водяным паром. По сути, Земля прошла по лезвию ножа между бесконтрольным парниковым эффектом с одной стороны и полным промерзанием с другой.

Однако важнейшая с нашей точки зрения часть расчётов Харта проистекала из анализа того, что произошло бы, если бы Земля находилась на ином расстоянии от Солнца, нежели то, какое имеет место в реальном мире. Согласно его модели, если бы Земля была на 1 процент дальше или на 5 процентов ближе к Солнцу, хрупкий баланс, который позволял океанам оставаться в жидкой форме, был бы утрачен. Таким образом, соображения об эволюции атмосферы нашей планеты привели к мысли о том, что вокруг звезды существует пояс, в пределах которого океаны на поверхности могут оставаться жидкими на протяжении миллиардов лет. Этот пояс называется зоной обитаемости в окрестностях звезды (ЗООЗ), и стал одной из основных идей, определяющих мысли учёных относительно жизни на экзопланетах.

Первое, что мы можем сказать о ЗООЗ — это то, что она будет у каждой звезды. Иными словами, вокруг звезды всегда будет существовать пояс, в котором энергетический баланс мог бы сохранять температуру поверхности планеты между точками замерзания и кипения воды. Для маленьких тусклых звёзд этот пояс узок и близок к звезде. Например, многие из известных экзопланет, находящиеся в ЗООЗ своей звезды, расположены ближе к этой звезде, чем Меркурий к Солнцу. Аналогичным образом ЗООЗ больших ярких звёзд шире и располагается дальше от них. Кроме того, как уже отмечалось выше, излучение энергии звездой увеличивается с течением времени, поэтому по мере старения звезды обитаемая зона фактически смещается кнаружи. Однако здесь есть важный момент: из-за того, что где-то вокруг каждой звезды имеется ЗООЗ, мы ожидаем, что просто волей случая некоторые планеты сформируются именно в этих зонах.

Но, сделав это замечание, мы должны добавить, что за последние одно-два десятилетия учёные пришли к пониманию того, что ЗООЗ необходимо рассматривать гораздо тщательнее, чем позволяет простой расчёт температурного баланса. Как отмечает астрофизик Массачусетского технологического института Сара Сигер, присутствие планеты в зоне обитаемости ещё не гарантирует того, что она действительно пригодна для жизни. На самом деле существует множество факторов, которые могут повлиять на возможность жизни в мирах в ЗООЗ.