Воображаемая жизнь - Майкл Саммерс

По мере прогресса в исследованиях экзопланет поиск планеты земного типа в ЗООЗ стал чем-то вроде Святого Грааля в астрономическом сообществе. Но в настоящее время мы поняли, что обитаемость планеты зависит не только от расположения её орбиты. В главах 6 и 7, например, мы рассмотрели миры, которые не находились в ЗООЗ своих звёзд, не имели на поверхности океанов жидкой воды, однако представляли собой возможный дом для жизни и даже развитой цивилизации. Подобного рода соображения заставили учёных гораздо шире взглянуть на условия, необходимые для возникновения жизни.

Тип звезды, вокруг которой вращается планета, может иметь важные последствия для развития жизни, даже для планет в ЗООЗ. Например, маленькие тусклые звёзды, которые называются красными карликами и составляют наибольшую долю звёзд Млечного Пути, часто переживают периоды чрезвычайно высокой активности. Звёздные вспышки и выбросы огромного количества заряженных частиц весьма усложнили бы жизнь на любой поверхности планеты — неважно, находилась ли планета в ЗООЗ, или же нет. В таких системах жизнь, скорее всего, должна оставаться на дне океана или под землёй, чтобы выжить. В таких ситуациях понятие ЗООЗ становится просто неактуальным.

Учёные начинают отказываться от идеи о том, что жизнь должна эволюционировать и сохраняться на поверхности планет. Например, многие современные доказательства заставляют сделать вывод о том, что какие-либо живые организмы на Марсе будут обнаружены под поверхностью. Кроме того, если жизнь существует в подповерхностных океанах во внешних районах Солнечной системы, например в океанах Европы и Энцелада, то она уже по определению будет находиться под поверхностью. Даже на Земле, похоже, под поверхностью планеты может находиться больше биомассы, чем на ней. Так что интенсивная радиационная обстановка, идущая в комплекте с маленькими звёздами, не обязательно должна препятствовать развитию жизни, хотя эту жизнь, вероятно, было бы невозможно обнаружить напрямую с помощью технологий, которыми мы располагаем в настоящее время.

С другой стороны, более массивные звёзды обеспечивают более благоприятную радиационную обстановку, но время их жизни может быть относительно коротким. В некоторых случаях они могут прожить всего 30 миллионов лет. Маловероятно, что за такой короткий промежуток времени на планете могло развиться что-то помимо простой микробной жизни. Кроме того, такие звёзды заканчивают свою жизнь мощным взрывом, который называется сверхновая и наверняка уничтожит любые близлежащие планеты. Таким образом, даже если бы жизнь действительно смогла развиться в ЗООЗ такой звезды, все её следы были бы уничтожены после гибели звезды.

Именно из-за этих ограничений охотники за экзопланетами сосредоточили свое внимание на планетах в зоне звёзд среднего размера наподобие Солнца.

Второй источник сложностей при обсуждении обитаемости появляется из-за того, что атмосферы планет не являются стабильными, неизменными системами, а развиваются с течением времени. Описанная выше Кислородная катастрофа Земли является лишь одним из примеров процессов такого рода. Конечно, есть и другие, и ниже мы обсудим некоторые из них, особенно важные для планет земной группы.

Для малых планет вроде Марса большую роль играет диссипация атмосферы. Вот как работает этот процесс: молекулы, составляющие атмосферу планеты, всегда находятся в движении, и чем выше температура, тем быстрее они движутся. Однако независимо от температуры всегда найдутся какие-то молекулы, которые движутся быстрее или медленнее среднего. Если более быстрые молекулы наберут достаточную скорость и будут двигаться в направлении, перпендикулярном поверхности планеты, они смогут преодолеть силу притяжения планеты и вырваться в космос.

Чем больше планета, тем больше её сила притяжения и тем легче ей удерживать атмосферу. Например, на Земле для того, чтобы покинуть планету, молекула должна была бы двигаться со скоростью около 7 миль в секунду (11 км/сек). Важно отметить, что разгонять до высокой скорости тяжёлые молекулы сложнее, чем лёгкие. Это означает, что более лёгкие молекулы с большей вероятностью, чем тяжёлые, будут утрачены из-за диссипации атмосферы. Земля, например, потеряла большое количество изначально присутствовавших в ней водорода и гелия — самых лёгких элементов своей атмосферы, ну а Марс потерял ещё более тяжёлые газы — кислород и азот.

Сходный механизм рассеивания атмосферы под названием «фотодиссоциация» особенно важен для молекул воды. Если на поверхности планеты есть вода, то в атмосфере будет присутствовать некоторое количество водяного пара. Ультрафиолетовое излучение звезды планеты разрушит молекулы воды, которые окажутся в верхних слоях атмосферы. Получившийся водород, будучи лёгким газом, окажется утраченным в результате диссипации атмосферы, а кислород соединится с атомами на поверхности планеты, образуя различные окисленные минералы. Мы считаем, например, что именно таким образом Марс потерял океан, который существовал на нём в начале его истории, и что красный цвет планеты является результатом окисления (коррозии) железа в его поверхностных породах.

Другой важный вид изменений относится к двуокиси углерода, важному парниковому газу (наряду с водяным паром) в атмосфере Земли. Каждый раз, когда на Земле извергается вулкан, углекислый газ выделяется из глубин мантии и закачивается в атмосферу. В ходе сложного процесса, известного как глубинный углеродный цикл, углекислый газ попадает в океан и связывается в составе таких материалов, как известняк, после чего может, помимо прочего, вернуться обратно в недра Земли. Таким образом, преобладающие геологические процессы на планете могут воздействовать на количество углекислого газа в её атмосфере, а это, в свою очередь, повлияет на её температуру. Мы полагаем, что какие-то океаны на поверхности, существовавшие на Венере в начале её истории, испарились из-за высокой температуры планеты, вызванной её близостью к Солнцу. Таким образом, у Венеры не было возможности удалить углекислый газ из своей атмосферы, и без глубинного углеродного цикла планета страдала от накопления этого газа в результате так называемого бесконтрольного парникового эффекта.

Эти примеры показывают, что изменения в атмосфере экзопланеты — изменения, которые, стоит особо отметить, мы не можем наблюдать с помощью современных телескопических приборов, — могут оказать значительное влияние на её обитаемость. Приведу только один пример: планета, которая находилась в центре ЗООЗ своей звезды, но имела очень мало воды, могла бы пострадать от бесконтрольного парникового эффекта и оказалась бы похожей на Венеру. Издалека было бы очень трудно понять, случилось это, или нет.

Тот факт, что у нас есть довольно хорошее понимание, как и когда развилась жизнь в одном из миров Златовласки (Земля), позволяет вывести некоторые предположения из дискуссий о развитии жизни на планетах такого рода. Хотя химия инопланетной жизни не обязательно должна основываться на системе ДНК-РНК, которая действует в жизни на Земле, будет не так уж сложно предположить, что формы жизни из других миров Златовласки будут аналогичным образом зависеть от сложной информации, заключённой в большие молекулы на основе углерода. В главе 15 мы поговорим о том, почему углерод занимает особое место в этом отношении. На данный момент мы просто обращаем внимание, что углерод может образовывать прочные и стабильные цепочки и кольца атомов, которые идеально подходят для использования в качестве биомолекул, несущих информацию.