Калеб Шарф - Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной

Есть свидетельства существования значительного числа подобных планет-скиталиц [107] В основном эти свидетельства дают нам исследования гравитационных линз. См. T. Sumi et al. and A. Udalski et al. Unbound or Distant Planetary Mass Population Detected by Gravitational Microlensing // Nature 473 (2011): 349–52. (Авторы – участники проектов Microlensing Observations in Astrophysics [MOA] и Optical Gravitational Lensing Experiment [OGLE] collaborations). , возможно, на Млечном Пути их не меньше, чем звезд. Их существование сильнейшим образом влияет на баланс астрофизических объектов в космосе, сдвигает его с гигантских структур в сторону мелких скоплений планетного вещества, которые создаются при бурном вращении вокруг зон, где рождаются звезды. И мы снова сталкиваемся с таким разнообразием видов и размером популяций, о каком и не подозревали.

Итак, в клубной гостиной собралась весьма разнородная компания, и чем пристальнее мы вглядываемся, тем больше разных типов различаем. На самом деле я, можно сказать, еще и не начал их перечислять – коснулся лишь тех разновидностей, о которых мы в данный момент больше всего знаем.

Например, планеты есть и во множестве систем, у которых больше одной звезды. Представляете, насколько там все не так, как у нас? Солнца-двойняшки, а иногда и тройняшки и даже больше [108] И даже звездные системы с большей кратностью. Многие известные экзопланеты вращаются вокруг звезды, у которой есть одна или несколько звезд-компаньонок на более далеких орбитах. Например, в системе GJ667 три звезды (А, В, С), и доказано, что вокруг звезды С вращаются экзопланеты. Надежнее всего подтверждено, что существует планета, вращающаяся сразу вокруг двух звезд, в случае Kepler-16, которую иногда называют «системой Татуин» в честь вымышленной планеты из «Звездных войн». . Зачастую такие звезды вращаются друг вокруг друга на солидном расстоянии. В таких случаях планеты вполне могут сформироваться и вращаться вокруг одной какой-нибудь звезды, а гравитация ее сверкающей сестры не очень их беспокоит. Однако есть и другие места, где планеты вращаются вокруг двух солнц, двух звезд в центре планетной системы. На небесах этих далеких планет восходят и заходят сразу два светила, и иногда они заслоняют друг друга, вызывая затмения, а иногда движутся бок о бок с утра до вечера.

Астрономы приходят к выводу, что существует великое множество всевозможных планет разного состава и с разными условиями. Миры, окутанные покровом атмосферы из паров воды или молекул водорода, планеты-океаны [109] См. A. Léger et al. A New Family of Planets? «Ocean-Planets» // Icarus 169 (2004): 499–504. , где вообще нет континентов, углеродные миры с невиданной геофизикой, ледяные шары, погрязшие в вечной зиме настолько, что даже атмосфера у них замерзла и осыпалась на поверхность. Наверняка на свете есть планеты холодные и раскаленные, теплые и тепловатые, а иногда на одной планете есть все эти климатические зоны. Бывают планеты юные. Бывают древние. Бывают миры с богатым химическим составом, и одни из них залиты неведомыми соединениями, а другие больше похожи на Землю. Бывают и химически бедные планеты. Наверняка найдутся миры с кольцами из пыли или льда, вроде Сатурна. Будут и планеты, окруженные лунами, в том числе и лунами размером с Марс или Землю, быть может, даже с собственными атмосферами, океанами и материками.

Если во все это вдуматься, становятся понятны две вещи. Первая – ни наша звезда, ни наша планетная система не похожи на те системы, где обычно встречаются маленькие каменистые планеты с большим запасом воды. Иначе говоря, при всем разнообразии планет Земля и ее среда обитания несколько необычны. Это немного загадочно и очень важно. Предположим, что планеты, условия на которых благоприятны для жизни, с равной вероятностью встречаются у любых видов звезд и при любой архитектуре орбит. Если так, то мы могли бы ожидать, что подавляющее большинство пригодных для жизни планет существует вокруг звезд с низкой массой и эллиптической конфигурацией тесно сдвинутых орбит. Либо сами эти планеты, либо их сотоварищи должны быть Супер-Землями. То есть исключительно на этой основе мы вправе ожидать, что мы должны были существовать в одной из таких систем, а не в системе вроде той, в которой мы живем на самом деле.

Возможных объяснений очень много. Например, что мы живем в пригодной для жизни системе не самого распространенного типа по чистой случайности – просто реализовался маловероятный сценарий. Если да, то никаких особенно важных уроков нам это не преподает, просто так получилось, что мы живем в немного нетипичном месте. В частности, это может означать, что жизнь бурлит в самых разных местах, которые нам кажутся непривычными, – от планет, вращающихся вокруг звезд с низкой массой, до куда более экзотических миров вроде спутников планет-гигантов – на этих спутниках может быть морозный, а может быть и умеренный климат. Если жизнь – явление распространенное, она чаще возникает в таких местах, а не в редкостных уголках вроде нашей Солнечной системы.

Однако есть и другой вариант развития событий – что пригодные для жизни условия возникают у разных типов звезд и среди разных орбитальных архитектур с неодинаковой вероятностью. Не исключено, что есть что-то такое, из-за чего наши условия особенно хорошо подходят для возникновения жизни. Такой вариант означал бы, что во Вселенной в целом производится меньше жизни, чем могло бы. Если помните, я говорил, что вопрос «Насколько распространена жизнь в космосе?» – это загадка, ясного ответа на которую не дает ни принцип Коперника, ни антропная аргументация. Если окажется, что реализовался такой сценарий, это позволит нам подступиться к тому, чтобы измерить частоту возникновения жизни – и вероятность абиогенеза (естественного происхождения жизни из неживой материи). К этой важнейшей теме я еще вернусь.

Качества, которые позволяют планетам создавать системы, где более или менее возможно возникновение жизни, вполне очевидны. Главное – температура. На Земле налажено несколько шаткое равновесие, благодаря которому на поверхности и вблизи нее сохраняется большое количество воды в жидком состоянии. Жидкая вода – это уникальный природный растворитель, играющий важнейшую роль в земной биохимии и в геофизическом поведении нашей планеты. Кроме того, большое значение для того, чтобы у нас было вдоволь океанов и осадков, играют и точное расстояние от Земли до Солнца, и нынешняя яркость Солнца, и состав атмосферы Земли. Однако всех механизмов, которые задействованы в поддержании умеренного климата на той или иной планете, мы пока не знаем. Мы с коллегами, например, исследовали [110] Я участвовал в проектах, в результате которых в 2008–2010 годах появилась серия статей о вариантах климата на планетах. Первая из них – D. S. Spiegel, K. Menou, and C. A. Scharf. Habitable Climates // The Astrophysical Journal 681 (2008): 1609–23. , как влияют на климат планет, похожих на Землю, различные орбиты, наклон осей и даже продолжительность дня. Зависимость получилась не прямая. Планеты на орбитах, гораздо более эллиптических, чем орбита Земли, вполне способны сохранять среду, насыщенную жидкой водой, в то время как на планетах, где день короче нашего, тепло не так хорошо передается от тропических экваторов к полюсам, и, вероятно, они застывают в вечных ледниковых периодах.