Нил Тайсон - Добро пожаловать во Вселенную

65. bДля каждой планеты вычислите равновесную температуру поверхности, а для тех, у которых эксцентриситет больше 10 %, найдите диапазон

* У звезды солнечного типа. — Прим. ред.

74

10. Поиски жизни в Галактике температур поверхности между минимальным и максимальным приближением к материнской звезде. Для простоты исходите из предположения, что на планетах нет парникового эффекта и их альбедо равно нулю, то есть они поглощают весь попадающий на них солнечный свет: ведь об их атмосферах нам практически ничего не известно!

65. сМожет ли на поверхности какой-то из этих планет существовать вода в жидком состоянии, если предположить, что атмосферное давление у них на поверхности примерно такое же, как и на Земле? Расскажите, как эксцентриситет орбиты влияет на возможность существования жидкой воды и на жизнь, которая могла бы существовать на этих планетах.

66. Океаны в солнечной системе

Эту задачу предложил Крис Чиба.

Земля — не единственное небесное тело в Солнечной системе, где есть или были океаны!

66. аСредняя глубина земных океанов — 3,5 километра, мировой океан покрывает 3/4 поверхности Земли. Какова масса всех земных океанов в килограммах?

66. bРадиус Марса равен 3400 км, примерно половина земного. Не стихают споры, были ли когда-то на поверхности Марса океаны, которые затем исчезли. Даже если нет, многое свидетельствует, что когда-то по поверхности

Марса текли потоки воды, а планетологи очень интересуются, сколько именно было этой воды. Некоторые ученые предполагают, что воды на Марсе было столько, что, если бы она равномерно распределялась по поверхности планеты, образовался бы океан глубиной в 1 километр. Каково отношение массы гипотетического древнего марсианского океана и массы земных океанов?

66. сЕвропа — спутник Юпитера, ее радиус 1560 км, то есть она немного меньше нашей Луны. Есть надежные свидетельства того, что всю Европу

75

ЧАСТЬ I. Звезды, планеты, жизнь покрывает океан из жидкой воды глубиной 90 километров под слоем льда толщиной 10 километров. Считайте все это слоем жидкой воды толщиной в 100 километров, равномерно распределенным по сфере радиусом 1460 километров. Сравните массу гипотетического океана на Европе с массой земных океанов, взяв отношение этих величин.

67. Может ли в океане на Европе существовать фотосинтези-

рующая жизнь?

Эту задачу предложил Крис Чиба.

Европа — один из четырех Галилеевых спутников Юпитера. Есть все основания считать, что под ее покрытой трещинами ледяной корой прячется океан из жидкой воды. Поэтому вот уже четверть века ученые рассуждают о перспективах найти там жизнь. В задаче предлагается проделать некоторые предварительные расчеты, позволяющие оценить, насколько возможна жизнь на этом небесном теле.

67. aЕвропа, как и Юпитер, находится от Солнца на расстоянии 5,2 а. е.

Каков поток солнечного света, падающего на Европу (в ваттах на квадратный метр, то есть яркость Солнца)? На Земле, в Антарктиде, на границе льда и морской воды живут микроорганизмы, способные к фотосинтезу при уровне освещенности в 0,1 ватт на квадратный метр. Может ли у подобного организма идти фотосинтез на таком расстоянии от Солнца, на каком находится Европа?

67. bРадиус Европы составляет 1600 километров. Предположим, что в каждый момент времени одна десятимиллионная часть поверхности ее ледяной коры покрыта трещинами, и жидкая вода через эти трещины непосредственно соприкасается с открытым космосом. (На снимках с зондов видно, что поверхность Европы сплошь в трещинах, но подавляющее большинство из них замерзли снова, поэтому вода не в них соприкасается с открытым космосом). Эти трещины играют важнейшую роль: свет, падающий на лед, 76

10. Поиски жизни в Галактике либо поглощается, либо отражается и не доходит до жидкой воды под ним.

Какова общая площадь жидкой воды, соприкасающейся с открытым космосом в каждый момент времени (в квадратных километрах)? Какова общая мощность (в ваттах) солнечного света, достигающего океана на Европе сквозь трещины? Не забудьте, что к Солнцу в каждый момент времени обращена лишь половина Европы.

67. сЗемные микроорганизмы используют энергию, получаемую при фотосинтезе, для производства органических молекул (если у них есть источник углерода, обычно в виде CO). Каждый джоуль энергии, попадающий на микро-

2 организм, позволяет синтезировать приблизительно 2 10–10 кг органической углеродной биомассы. Предположим, все до единого фотоны света, достигшего океана на Европе, поглощаются подобными микроорганизмами, а в их распоряжении вдоволь углерода. Сколько биомассы произведут микроорганизмы на

Европе за 1 год? Типичная земная бактерия содержит около 10–15 кг углерода.

Из какого количества микроорганизмов состоит вся эта биомасса?

67. dИзвестно, что многие микроорганизмы прекрасно живут глубоко под земной поверхностью. Эти экстремофилы питаются энергией внутреннего тепла Земли и обладают исключительно медленным метаболизмом, так что живут, вероятно, по 1000 лет. Можно предположить, что микроорганизмы на Европе обладают примерно таким же метаболизмом и средняя продолжительность их жизни тоже составляет 1000 лет. Предположим, что популяция стабильна: количество новорожденных микроорганизмов равно количеству умерших. Какова в этом случае общая масса микроорганизмов на Европе? Стабильная биомасса Земли составляет около 1 1015 кг. Каково будет в этом случае отношение биомассы Европы к биомассе Земли?

68. О жидкой воде

Жидкая вода необходима для известных нам форм жизни. Как любят говорить в НАСА, наш девиз в поисках инопланетной жизни — «Следуй

77

ЧАСТЬ I. Звезды, планеты, жизнь за водой!» Расскажите, где в Солнечной системе обнаружена жидкая вода и при каких условиях она в принципе может существовать. Опишите равновесные температуры небесных тел в Солнечной системе, объясните, какое отношение они имеют к жидкой воде; не забудьте упомянуть о значении парникового эффекта, расскажите, чем и почему отличается этот эффект на Земле, Венере и Марсе. Объем вашего эссе должен составлять тричетыре абзаца.

10. Поиски жизни в Галактике

Часть II

ГАЛАКТИКИ

11—13. Млечный Путь и Вселенная галактик

11—13

МЛЕЧНЫЙ ПУТЬ И ВСЕЛЕННАЯ ГАЛАКТИК

69. Сколько на свете звезд?

В этой задаче мы вычислим количество звезд в наблюдаемой Вселенной.

69. аГалактика Млечный Путь, где мы обитаем, имеет форму колоссального круглого и плоского диска радиусом 50 000 световых лет и толщиной около 1200 световых лет. Типичное расстояние между звездами —