Цивилизация
Почти Земля
После того, как автоматические зонды посетили Марс, Венеру, Меркурий и спутники Юпитера с Сатурном, прояснилось то, о чем давно догадывались ученые: в досягаемой для людей зоне нет биосферы, подобной земной, за исключением самой Земли. С того момента поиски в значительной степени сосредоточились на экзопланетах, поскольку найти внеземные организмы — это одна из важнейших целей космической программы. Первые планеты вне Солнечной системы обнаружили еще в конце 1980-х. Сейчас известно больше семи тысяч.
Для удобства астрономы ввели для них индекс подобия Земле, синтетический показатель, описывающий физическое сходство с нашей планетой. Его вычисляют, исходя из радиуса планеты, ее плотности и температуры поверхности. Интуитивно кажется, будто чем он выше, тем больше шансов найти жизнь. Поэтому особый интерес для ученых представляет планета Kepler-438b, чей индекс равен 0,88 и которая находится в списке на первом месте после самой Земли с индексом 1.
Kepler-438b открыли 6 января 2015 года вместе с 11 другими планетами, также похожими на нее. Как и в случае почти всех других экзопланет, телескопы пока не могут увидеть ее напрямую, потому что планета слишком тусклая на фоне ее родной звезды Kepler-438. Вместо этого характеристики планеты и сам факт ее существования определяют по косвенным признакам.
Экзопланету Kepler-438b вычислили по периодическим колебаниям ее родной звезды. Вопреки популярному представлению, планеты не вращаются вокруг звезд. Вместо этого звезда и планета вращаются вокруг общего центра масс. Даже если этот центр находится внутри звезды, светило все равно немного колеблется в течение года. Эти движения можно обнаружить благодаря доплеровскому смещению длины волны света.
Kepler-438 — это красный карлик в созвездии Лиры примерно в 470 световых годах от Земли. Эта звезда вдвое легче Солнца и в 10 раз его тусклее, но Kepler-438b вращается вокруг нее на орбите вшестеро меньшего радиуса, чем земная. Масса планеты и радиус близки к земным. Температура ее поверхности должна быть около 3°C, что допускает существование жидкой воды и сложных углеводородных соединений. Длина года составляет 35 земных дней и 5 часов, а длительность суток, вероятно, бесконечна из-за нахождения планеты в приливном захвате (подобно тому, как Луна все время повернута к Земле одной стороной). Короткий год формально не портит пригодность для жизни, а вот бесконечные сутки считаются негативным фактором.
Слишком сильно дует
Художественное изображение поверхности землеподобной планеты в системе красного карлика
European Southern Observatory (ESO)/L. CalcadaПример Kepler-438b очень показателен с той точки зрения, что несмотря на очень большое сходство самой планеты с Землей, жизнь на ее поверхности почти исключена. Очень быстро после открытия самой планеты астрономы увидели, что ее родная звезда крайне нестабильна. За четыре года наблюдения телескоп зафиксировал семь сверхмощных вспышек. Каждая из них в 10 и более раз мощнее, чем любая солнечная за всю историю наблюдений. Вспышки сопровождаются интенсивной радиацией, губительной для жизни, но проблема не только в этом: в конце концов, от радиации в значительной степени защищает атмосфера и толща воды, а первые земные организмы зародились именно в этой толще.
Вспышки порождают потоки солнечного ветра, состоящего из заряженных частиц (ядер атомов и электронов). Термин «ветер» в отношении них — это не метафора, поскольку они создают давление и могут что-то сдуть, в частности, атмосферу. Без плотной атмосферы объекты на поверхности будут гораздо уязвимее к радиации, а если давление упадет ниже определенного, жидкая вода не сможет существовать. Именно по этой причине плотной атмосферы и жидкой воды нет на Марсе.
Земную атмосферу от солнечного ветра защищает магнитное поле, порождаемое геомагнитным динамо — потоками жидкого металла в ядре планеты. У планетологов нет однозначного ответа, какой набор условий позволяет геодинамо запустить, но если его нет в недрах Kepler-438b, то существование на ней плотной атмосферы почти исключено.
В этом и заключается проблема поиска жизни за пределами Земли. Чтобы она возникла в том виде, в котором известна человечеству, должны сложиться ряд не связанных между собой факторов. Так, планета должна находиться на правильном расстоянии от звезды стабильной светимости, чтобы температура поверхности была примерно равна 1-30°C. В то же время, если звезда слишком тусклая, как красный карлик, которых в галактике 85%, то для поддержания этой температуры планета должна вращаться очень близко к ней. В свою очередь, это часто приводит к приливному захвату.
Ученым не доводилось детально изучать такие планеты, но считается, что на их вечно освещенной стороне должно быть слишком жарко, а на вечной ночной — слишком холодно. Океан и очень плотная атмосфера теоретически могут выровнять разницу, но тогда, по одному из предположений, на планете будет непрерывный шторм и вечные дожди там, где солнце в зените.
Согласно другому исследованию, атмосфера для эффективного выравнивания условий ночной и дневной половины не должна быть очень плотной, что облегчает потенциальный фотосинтез. Также циркуляции тепла способствуют достаточно глубокие океаны, чтобы подо льдом поместились течения, и облачный покров. В целом, дискуссия о пригодности для жизни систем красных карликов — самая актуальная в астробиологии, и ученые не придут по этому вопросу к согласию как минимум пока не получат гораздо больше данных после наблюдений.
Не все то живое, что Земля
Но даже если в этом споре правы окажутся оптимисты, то планета должна удовлетворять огромному списку дополнительных требований, чтобы на ней развилась жизнь. Например, даже если отдельно взятая звездная система идеально жизнепригодна, то ее положение в галактике может свести шансы на зарождение организмов на поверхности к нулю. Например, полностью не пригодны для жизни галактический центр и обширные участки спиральных рукавов, так что Солнце находится в сравнительно редкой удачной зоне. Также рядом не должно быть мощных источников гамма-излучения и вспышек сверхновых, которые способны стерилизовать уже зародившуюся жизнь. Список подобных требований очень велик. По современным представлениям, земная жизнь зародилась не в «первичном бульоне», как думали ранее, а в «первичной пицце» (слое органических молекул на глине) или «первичном майонезе» (жировых пузырьках), причем обе модели совместимы друг с другом. Что нужно для формирования таких условий ученым неизвестно, равно как они не знают, в какой степени возникновение жизни случайно даже при благоприятных условиях.
Вместе с тем, все рассуждения выше касаются, в первую очередь, проблемы жизни на поверхности планеты. Если не ограничивать поиски этими рамками, то весьма возможно, что инопланетная жизнь существует и в Солнечной системе.
Красных карликов и похожих на Землю каменистых планет около них в галактике очень много. Но не меньше в ней планет-гигантов, вроде Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, а у таких планет нередко образуются луны. Поверхность лун зачастую ледяная или просто очень холодная, но внутри условия совсем другие.
Звезда — не единственный источник тепла в Солнечной системе. В каменистых недрах планет и спутников содержатся радиоактивные вещества, которые, скапливаясь ближе к центру, формируют циклопический ядерный реактор. Так, 95% тепла земных недр, которое расходуется на нагрев ее поверхности и излучение в космос, восстанавливается за счет радиоактивного распада. Вдобавок при соблюдении ряда условий недра спутников планет-гигантов подвергаются приливному разогреву. Это встречается очень часто и во многом обусловлено гравитационным взаимодействием многих лун между собой.
Благодаря этим двум источникам тепла водяной океан — не редкость в Солнечной системе. Огромные массы воды существуют на спутниках Юпитера (Европа, Ганимед, Каллисто), Сатурна (Энцелад, Титан), и, вероятно, на спутнике Нептуна Тритоне и внутри Плутона. В случае Энцелада наличие океана подтверждено непосредственными наблюдениями, — он просто бьет гейзерами из щелей во льду.
Океан подо льдом Энцелада
NASA JPLМногокилометровая ледяная кора защищает недра водных миров от почти любой радиации. Им также почти безразличны яркость звезды, ее активность, вспышки, спектральный класс, стабильность и другие факторы. Подо льдом существует замкнутый мир.
Важным препятствием к развитию жизни в водных мирах считается невозможность оксигенного фотосинтеза, но ведь и первые земные микроорганизмы не были к нему способны. Они существовали благодаря хемосинтезу, окисляя неорганические вещества в воде. Хемосинтезирующие бактерии и археи и в наши дни формируют вокруг себя целые экосистемы глубоко в океане, вокруг горячих источников. Например, около половины веса морского червя-рифтии составляют эти бактерии, играя роль симбионтов и снабжая его питательными веществами. По этому же принципу питается ряд двустворчатых моллюсков, при этом и тот и другой вид служит пищей для паразитов, хищников и падальщиков.
Буквальное копирование подобной экосистемы на Энцеладе невозможно — многоклеточные животные, включая червей, зависят от кислорода, вырабатываемого поверхностными организмами за счет фотосинтеза. Однако даже обнаружение на Энцеладе или Европе анаэробных микроорганизмов, живущих только за счет горячих источников, произведет революцию в науке и изменит человеческие представления о жизни.
Таким образом, открытие планеты с высоким индексом подобия Земле — еще не повод для радости. Куда более пригодными для жизни могут оказаться места, совсем не похожие на нашу планету.