Математика космоса. Как современная наука расшифровывает Вселенную - Йен Стюарт

В 2013 году телескоп Kepler нашел две экзопланеты, похожие на Землю сильнее всех открытых на тот момент. Обе эти планеты обращаются вокруг одной и той же звезды Кеплер-62 в созвездии Лиры и обозначаются Кеплер-62e и Кеплер-62f. Обе они по диаметру примерно на 50 % больше Земли и, возможно, представляют так называемые суперземли — каменные тела тяжелее Земли, но не такие массивные, как Нептун. Или, возможно, они состоят из спрессованного льда. Эти планеты уверенно располагаются в зоне жизни звезды Кеплер-62, так что при подходящих условиях (таких как схожая с земной атмосфера) на их поверхности могла бы быть жидкая вода.

В начале 2015 года NASA объявило об открытии двух новых экзопланет, еще больше похожих на Землю. Кеплер 438b на 12 % больше Земли и получает на 40 % больше энергии от своей звезды, которая находится от нас на расстоянии 479 световых лет. Кеплер 442b на 30 % крупнее Земли и получает на 30 % меньше энергии; до ее звезды от нас 1292 световых года. Их существование невозможно подтвердить по соответствующим колебаниям блеска звезд. Вместо этого астрономы используют тщательное сравнение результатов измерений и их статистический анализ. Судя по размеру, это, вероятно, каменные планеты, хотя их массы нам неизвестны. Находятся они в зоне обитаемости, так что на них вполне может быть жидкая вода.

Среди других подтвержденных экзопланет, похожих по своим характеристикам на Землю, Глизе 667Cc и 832c, а также Кеплер 62e, 452b и 283с. Пока неподтвержденный кандидат в планеты от Kepler KOI-3010.01 тоже относится к земному классу, если существует. Миров, подобных нашему, много — и недалеко, по космическим меркам, но для техники сегодняшнего дня или представимого будущего они совершенно недостижимы.

Питер Бехрузи и Молли Пиплз пересмотрели и заново интерпретировали статистику экзопланет Kepler в контексте нашего знания о том, как возникают звезды в галактиках; они вывели формулу того, как меняется со временем число планет во Вселенной. Долю землеподобных планет тоже можно вывести из этого числа. Добавив в формулу нынешний возраст Вселенной, исследователи получили оценку: они считают, что в настоящий момент существует примерно 100 квадриллионов землеподобных планет. Это приблизительно по 500 млн планет на галактику, так что в нашей Галактике, вероятно, имеется полмиллиарда планет, очень похожих на нашу.

Фокус внимания астробиологов в настоящее время смещается от буквально землеподобных планет к мирам других типов, в которых можно разумно предположить вероятность жизни. По результатам моделирования, которое провели Димитар Сасселов, Диана Валенсия и Ричард О’Коннелл, суперземли могут оказаться более подходящими для жизни, чем наша собственная планета. Причина — в тектонике литосферных плит. На Земле движение материков помогает стабилизировать климат, осуществляя рециркуляцию углекислого газа через океанское дно, субдукцию и вулканы. При стабильном климате у воды больше шансов сохраниться в жидкой форме, а это, в свою очередь, дает жизни, если она основана на воде, больше времени на развитие. Так что дрейф континентов может повышать пригодность планеты для жизни.

Группа Сасселова обнаружила, что, вопреки ожиданиям, континентальный дрейф, вероятно, представляет собой обычное явление и может происходить в том числе и на более крупных, чем Земля, планетах. Литосферные плиты там должны быть тоньше, чем здесь, и двигаться они должны быстрее. Так что и климат на суперземле, по идее, должен быть еще более стабильным, чем у нас, что облегчило бы развитие сложных форм жизни. Вероятное общее число землеподобных планет довольно велико, но, по сравнению с другими, такие миры встречаются редко. Однако суперземель во Вселенной должно быть гораздо больше, что сильно улучшает перспективы для землеподобной жизни. Так что хватит говорить о том, что Земля — «редкая планета». Мало того, Земля не слишком подходит для тектоники материковых плит, она едва-едва укладывается в самый нижний сегмент диапазона подходящих размеров.

Вот вам и Златовласка.

* * *

Возможно, жизни вообще не нужна планета.

Не стоит так легко сдаваться, когда речь идет о нашей собственной звездной системе. Подумаем: если жизнь все же существует еще где-то в Солнечной системе, где именно ее можно с наибольшей вероятностью обнаружить? Насколько нам известно, единственная обитаемая планета в обитаемой зоне Солнца — это Земля, так что на первый взгляд ответ на поставленный вопрос должен быть «нигде». На самом же деле места, где с наибольшей вероятностью может существовать жизнь — вероятно, не сложнее бактерий, но все же жизнь, — это Европа, Ганимед, Каллисто, Титан и Энцелад. На крайний случай — Церера и Юпитер.

Карликовая планета Церера находится на внешней границе обитаемой зоны и имеет разреженную атмосферу, содержащую водяной пар. Аппарат Dawn сфотографировал яркие точки на внутренних стенках одного из кратеров, которые ученые сначала приняли за лед; сейчас, однако, известно, что это выход одной из солей магния. Если бы это действительно был лед, то можно было бы утверждать, что Церера обладает одним из ключевых элементов, необходимых для землеподобной жизни, хотя и в замерзшем виде. Лед, вероятно, присутствует на большей глубине.

Карл Саган предположил в 1960-е годы, что бактериальная жизнь, а может быть, и более сложные организмы, похожие на воздушные шары, могли бы плавать в атмосфере Юпитера. Главное препятствие здесь — то, что у Юпитера сильная радиация. Однако некоторые бактерии отлично себя чувствуют в верхних слоях атмосферы Земли, где тоже наблюдается высокий уровень радиации, а крохотные тихоходки выдерживают такие уровни радиации и такие высокие и низкие температуры, которые нас быстро убили бы.

Остальные пять тел, которые я перечислил, не являются планетами, ни обычными, ни карликовыми, а представляют собой спутники планет, или луны, и располагаются далеко за пределами обитаемой зоны. Европа, Ганимед и Каллисто — спутники Юпитера. Как говорилось в главе 7, на них есть подземные океаны, возникшие благодаря тому, что приливное воздействие Юпитера разогревает их и плавит лед. На дне этих океанов вполне могут действовать горячие гидротермальные источники, которые, подобно земным аналогам (такие источники обнаружены, к примеру, вдоль Срединно-Атлантического хребта), представляют собой неплохое место для жизни. Срединно-Атлантический подводный хребет — это место, где расходятся тектонические плиты Земли (их растаскивает в разные стороны геологический конвейер, в то время как их внешние края уходят под континентальные плиты Европы и Америки). Раствор, богатый вулканическими химикатами, и тепло горячих вулканических газов обеспечивают комфортабельные условия существования для трубчатых червей, креветок и других довольно сложных организмов. Некоторые биологи-эволюционисты считают, что жизнь на Земле возникла возле таких подводных источников. Если получается здесь, почему не могло получиться на Европе?

* * *

Следующим в очереди стоит самая загадочная луна из всех — спутник Сатурна Титан. Его диаметр в полтора раза больше диаметра Луны, и, в отличие от всех прочих лун Солнечной системы, на нем имеется плотная атмосфера. Тело Титана представляет собой смесь из камня и водяного льда, а температура на его поверхности составляет около 95 K (минус 180 °C). Аппарат Cassini выяснил, что на нем есть озера и реки из жидкого метана и этана (на Земле при комнатной температуре это газообразные вещества). Основу его атмосферы (98,4 %) составляет азот, еще там присутствует метан (1,2 %), водород (0,2 %) и следы других газов, таких как этан, ацетилен, пропан, синильная кислота, углекислый газ, угарный газ, аргон и гелий.