Калеб Шарф - Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной

Есть и другая гипотеза о том, каковы были первые этапы истории Солнечной системы; ее выдвинул специалист по динамике планет Дэвид Несворны [131] Его статья с описанием пятой гигантской планеты – D. Nesvorný. Young Solar System’s Fifth Giant Planet? // The Astrophysical Journal Letters 742 (2011): L22—L27. , и в некотором смысле из нее следует, что наша система была более активной – а значит, и менее необычной, менее значительной. Согласно этой картине юная Солнечная система обладала не четырьмя, а пятью гигантскими планетами. Пятая планета была, возможно, ледяным гигантом и по массе, вероятно, занимала промежуточное место между Нептуном и Ураном, а ее орбита пролегала где-то за Сатурном. Формирование подобного небесного тела из смеси газа и пыли вокруг юного Солнца вполне возможно, и это добавляет перцу в историю орбит Солнечной системы. Симуляции Несворны, при помощи которых он рассчитывал дальнейшую эволюцию системы, как правило, приводят к тому, что пятого великана ловким гравитационным приемом вытолкнул в межзвездное пространство Юпитер. Причем в итоге подобного моделирования возникает конфигурация крупных планет, которая статистически вполне соответствует нашей нынешней. Иначе говоря (и, возможно, это противоречит интуиции), присутствие лишней планеты для нашей системы, как говорится, то, что доктор прописал. Если в нашей системе была пятая гигантская планета, а теперь ее нет, это повышает вероятность того, что юная Солнечная система, повзрослев, стала выглядеть именно так, как сейчас.

Это, конечно, интересный поворот – и наглядное напоминание, что мы до сих пор толком не разобрались, что происходило в нашей собственной системе 4 миллиарда лет назад. Быть может, нынешним довольно-таки мирным динамическим состоянием своих планет мы обязаны гораздо более бурному и «горячему» прошлому. Быть может, мы выжили из дома сестру-планету. Выходит, и планеты подвержены жестокому и безразличному естественному отбору.

Однако любые события в прошлом Солнечной системы достаточно мирные по сравнению с событиями в большинстве планетных систем, что доказывают и относительно круглые орбиты и благонравное поведение наших планет на сегодняшний день. Все это подводит нас к кульминации этой главы – и суть ее очень проста: архитектура Солнечной системы обеспечивает нам особые свидетельства, которые позволяют нам впервые в истории с достаточной надежностью оценить степень нашей уникальности.

Самое простое из этих свидетельств – форма и ориентация орбит, а также местоположение и разнообразие планет Солнечной системы. Уже по одной только конфигурации орбит можно смело утверждать, что Солнечная система принадлежит примерно к 25 % планетных систем, прошлое которых никогда не было особенно хаотичным. Кроме того, в нашей системе нет планет с массой больше земной, но меньше массы ледяных гигантов Урана и Нептуна. А эти гигантские планеты обладают массой в 80 и 100 раз больше массы Земли соответственно. То есть между нашей маленькой каменистой планетой и всеми более крупными небесными телами зияет зазор.

По нашим сегодняшним представлениям как раз планеты в этом промежутке – от супер-Земель до мини-Нептунов – одни из самых многочисленных планет во Вселенной и превосходят планеты-гиганты числом как минимум в четыре раза. Однако вокруг Солнца нет ни одного примера такой планеты, и нам бы в голову не пришло, что такие планеты вообще существуют, если бы мы не обнаружили их вокруг других звезд. По нынешним оценкам более 60 % других солнц [132] См., например, A. Cassan et al. One or More Bound Planets per Milky Way Star from Microlensing Observations // Nature 481 (2012): 167–69. обладают хотя бы одной такой средней планетой.

Да, конечно, свести всю эту статистику воедино так, чтобы получилась надежная конструкция, довольно трудно. Например, мы на самом деле не знаем, связана ли динамическая нестабильность систем со склонностью формировать супер-Земли и мини-Нептуны. Это все равно что обнаружить в углу сада особенно пышные заросли цветов. Непонятно, почему их там так много – просто так сложилось или этот угол особенно тщательно возделывал невидимый садовник. Тем не менее вполне очевидно, что с этой точки зрения Солнечная система несколько необычна – возможно, своего рода отщепенец, принадлежащий к меньшинству.

Простоты ради предположим, что форма архитектуры орбит и типы планет в системе прямо не связаны. Скорее всего, на каком-то уровне это предположение неверно, однако оно позволяет обойтись без уточненного анализа, который, вероятно, не повлиял бы на общие выводы. Итак, можно рассмотреть все вероятности совокупно и сделать вывод, что Солнечная система, в которой мы живем, принадлежит к 10 % в своем клубе – не больше. Чтобы убедиться в этом, добавим в наш статистический рецепт еще несколько простых фактов.

Например, я говорил о том, что большинство звезд в нашей Галактике меньше Солнца: примерно 75 % из них менее массивны. Эти звезды также обладают бесчисленным множеством планет, которые, по всей видимости, следуют общим динамическим правилам: горячая юность, холодная зрелость. Так что если бы мы осторожно обобщили статистику, возникло бы искушение заявить, что наша Солнечная система и вовсе принадлежит к 2–3 % звезд определенной разновидности с определенным набором и расположением планет. С математической точки зрения это не очень строго, однако основано на реальных числах – и очень важно для нашего поиска своего вселенского значения. В целом наша Солнечная система необычна.

Еще я упоминал о том, что планета должна обладать достаточно мягкими условиями на поверхности, что на ней должно быть много жидкой воды. Астрономы очень любят на основе этой идеи искать «обитаемые зоны» [133] На эту тему издано колоссальное количество книг и статей, выдвинуто множество интереснейших гипотез и не достигнуто практически никакого согласия по поводу того, на каких именно критериях основываться при решении, способна ли та или иная планета поддерживать жизнь. При всем при том начать изучать эту тему стоит с глубокой книги James Kasting . How to Find a Habitable Planet. Princeton: Princeton University Press, 2010. вокруг звезд, диапазоны орбит, где температура на планете аккуратно вписывается между точкой замерзания и точкой кипения воды. Это само по себе существенно уменьшает численность группы, к которой принадлежит Солнечная система и Земля, поскольку добавляет требование, что планеты должны вращаться на строго определенном расстоянии от звезд-родительниц.

Точно оценить количество таких планет очень трудно, и заниматься этим мне совсем не хочется. По правде говоря, это зависит от великого множества факторов – от состава самих планет, их атмосферы, от стабильности климата, о чем я писал в предыдущей главе. А между тем мы не разобрались во всех хитросплетениях климата на своей собственной планете. Мы считаем, что 4 миллиарда лет назад Солнце было на 30 % тусклее [134] Эта проблема получила название «проблемы тусклого молодого Солнца», и она до сих пор не решена, несмотря на то, что статьи с претензией на ответ поступают бесперебойно. Обзор можно прочитать у G. Feulner. The Faint Young Sun Problem // Reviews of Geophysics 50 (2012): RG2006. Лично я подозреваю, что решить ее помогут усовершенствованные (трехмерные) модели, которые позволят точнее описать климат на планетах. И лично у меня есть любимая теория, ничем не подкрепленная: возможно, орбита Земли была не совсем такой, как мы думаем. , однако геологические свидетельства показывают, что и тогда на поверхности Земли была жидкая вода. Беда в том, что мы не совсем понимаем, как такое может быть. Даже огромное количество парниковых газов в атмосфере юной Земли едва ли смогло бы, с одной стороны, в достаточной степени согревать поверхность, а с другой – не оказать ни малейшего влияния на состав скальных пород. Некоторые ученые предполагают, что даже фундаментальная форма, размер и оптические характеристики облаков – да-да, облаков! – миллиарды лет назад были не такие, как сейчас. Если бы облака были другими, Земля меньше отражала бы солнечный свет и могла бы поглощать больше его согревающей энергии.