Воображаемая жизнь - Майкл Саммерс

Солнце стоит на горизонте. В этом нет ничего удивительного — здесь солнце всегда стоит на горизонте. Оно никогда не движется в небе. Со своего наблюдательного пункта на вершине горы вы можете посмотреть вниз на залитую солнцем часть планеты, где вы видите скорченную, измученную, выжженную солнцем пустыню. Прищурившись, взгляните в другую сторону, в темноту другой половины планеты, и вы сможете разглядеть гигантские горы льда. Узкая переходная полоса, называемая терминатором, где вы совершили посадку, является единственным местом, где жизнь может уцелеть на этой планете двух крайностей, одна сторона которой вечно горяча, а другая вечно холодна. В окружающей вас природной среде господствуют свирепые ветры, дующие из пустыни в сторону ледников, и неподалёку вы можете увидеть ветряные мельницы, построенные существами, живущими под поверхностью планеты. Несколько обслуживающих ветряные мельницы инженеров и техников, которых вы замечаете, — это существа обтекаемых очертаний, едва возвышающиеся над землёй. А как ещё они смогли бы противостоять ветрам Гало?

* * *

До этого момента мы посещали планеты, которые вызывают определённое ощущение знакомого мира. В конце концов, вода, лёд и океаны — это часть повседневного опыта здесь, на Земле. Однако наши следующие визиты будут на планеты, которые уже не кажутся нам такими знакомыми. В этой главе, например, мы рассмотрим миры, которые всегда обращены к своей звезде одной и той же стороной, поэтому их сторона, обращённая к звезде, раскалена, в то время как другая сторона, обращённая в космос, обжигающе холодна. В таких мирах существует лишь узкая переходная зона между горячим и холодным. Она окружает планету подобно ореолу (гало). Собственно, мы и примем во внимание эту особенность, использовав её в качестве названия нашей воображаемой планеты: Гало.

Вы с детства знали, что Луна всегда обращена к Земле одной и той же стороной, но задумывались ли вы когда-нибудь о том, какое совершенно необычайное совпадение необходимо для такого положения дел? Чтобы оставаться обращённой к Земле одной и той же стороной, Луна должна повернуться вокруг своей оси один раз за то же самое время, которое требуется для завершения одного оборота по орбите. По сути, её «день» должен быть ровно такой же длины, что и её же «год». Любое другое соотношение между её вращением вокруг своей оси и вращением вокруг Земли показало бы наблюдателям на нашей планете её обратную сторону.

Невероятное совпадение? Ну, не настолько. Как ни странно, но такого рода ситуации — довольно обычное дело в галактике. Говорят, что Луна находится в приливном захвате у Земли (или, на как говорят астрономы, синхронизирована). В нашей солнечной системе многие луны находятся в приливном захвате у своих планет, тогда как другие находятся в более сложных приливных отношениях, известных как орбитальные резонансы. Также возможно, что планета будет находиться в приливном захвате у своей звезды, особенно если расстояние между ними невелико. Мы считаем, например, что все семь планет размером с Землю, вращающиеся вокруг звезды TRAPPIST-1 (см. главу 13), находятся в приливном захвате, и в качестве исторического экскурса скажем, что мы привыкли считать, будто Меркурий всегда обращён к Солнцу одной и той же стороной, прежде чем точные измерения его вращения доказали, что это представление ошибочно.

Как подразумевает само название явления, Луна всегда обращена к Земле одной и той же стороной из-за действия приливов и отливов. Мы привыкли думать о приливах и отливах на Земле как явлении, связанном с океанами. Любой, кто проводил время у морского берега, знает, что каждый день бывает два прилива, а услышав слово «прилив», мы автоматически думаем о повышении и снижении уровня воды. Мы знаем, что эти океанские приливы вызваны силой тяготения Луны и, в меньшей степени, силой тяготения Солнца.

Однако на нашей планете существует другой вид приливов, который столь же регулярен, как и океанские, но далеко не так хорошо известен. Чтобы понять это утверждение, вы должны осознать, что, где бы вы ни находились, два раза в день земля под вами поднимается и опускается чуть менее чем на 1 фут (около 30 см) во время так называемого земного прилива или смещения уровня поверхности. Подобно океанским приливам, земные приливы на нашей планете вызваны силой притяжения Луны. Обычно мы их не замечаем, потому что подвергшаяся её действию область планеты имеет тысячи миль в поперечнике. Например, если поверхность большей части континентальной территории Соединённых Штатов поднимается на 1 фут или около того в течение многих часов, по сути, никаких заметных эффектов не наблюдается — в действительности же земной прилив можно обнаружить лишь очень чувствительными научными приборами. (Например, учёные, работающие с Большим Адронным Коллайдером в Швейцарии должны учитывать земные приливы при выполнении тонких настроек своей машины.)

Если Луна может вызывать приливы и отливы на Земле, то из этого следует, что гравитационное воздействие Земли может вызывать приливы и отливы на Луне, и это именно то, что приводит к приливному захвату. Подобно поверхности Земли, поверхность Луны в некоторой степени эластична. Он реагирует на силу притяжения Земли, слегка перемещаясь вверх и вниз, когда Земля проходит над ней. Это создает так называемую приливную волну. Волна всегда находится под Землёй и по мере вращения Луны перемещается по её поверхности, так что разные части Луны приподнимаются в разное время.

Ещё одно следствие земной гравитации, хотя и менее очевидное, заключается в создании на поверхности Луны второй приливной волны в месте, прямо противоположном тому, что находится напротив Земли. Самый простой способ представить себе этот момент — сказать, что гравитация Земли оттягивает поверхность Луны от основного тела Луны с одной стороны и оттягивает основное тело Луны от поверхности с другой. (Кстати, существование аналогичной второй приливной волны, создаваемой Луной на нашей собственной планете, приводит к тому, что океаны Земли демонстрируют два прилива в день, а не один.)

Можно представить две приливных волны Луны как «ручки», за которые может ухватиться земная гравитация. Если бы Луна вращалась быстрее, чем раз в месяц (т. е. поворачивалась бы вокруг своей оси больше одного раза за время, необходимое для облёта Земли), суммарный эффект земной гравитации заключался бы в замедлении вращения — как будто Земля схватилась за эти ручки и тянет назад. Точно так же, если бы Луна вращалась медленнее, Земля схватилась бы за ручки и ускорила её движение. Таким образом, конечным результатом этого является то, что на протяжении всей истории существования системы Земля-Луна Луна стала делать всего лишь один поворот в месяц и всегда обращена к нам одной и той же стороной.

Приливный захват может возникать всякий раз, когда меньший объект вращается на орбите вокруг большего, особенно если орбита меньшего объекта близка к нему, и потому силы притяжения велики. Многие из обнаруженных нами экзопланет расположены близко к своей звезде, поэтому мы ожидаем, что как минимум некоторые из них будут находиться в приливном захвате. Каковы были бы условия на такой планете? Оказывается, в зависимости от особенностей строения планеты и звезды существует множество интересных возможностей.