Эрик Асфог - Когда у Земли было две Луны. Планеты-каннибалы, ледяные гиганты, грязевые кометы и другие светила ночного неба

Сегодня известно до 4000 планет – так много, что мы уже не успеваем подробно изучить каждую из них. Для этого нам просто не хватает телескопов [100]. Несколько десятков этих новых планет находятся в зоне обитаемости – области, где при удачном составе атмосферы на поверхности планеты может присутствовать жидкая вода и, соответственно, если сложатся все остальные условия, возникнуть жизнь. А если принять во внимание океанические миры, подогреваемые приливными силами и обращающиеся вокруг газовых гигантов (самым известным среди них является Европа), зона обитаемости может простираться так далеко, как встречаются планеты-гиганты.

Если все пойдет хорошо, космический телескоп «Джеймс Уэбб» охарактеризует десятки пригодных к обитанию планет. Он не сможет получить их детальные изображения, но зафиксирует признаки существования спутников и смены сезонов, ледяные массы, растущие зимой и тающие летом, а также изменчивый облачный покров. Спектроскопические характеристики дадут нам представление о составе атмосферы, к примеру, о наличии в ней молекулярного кислорода, который может быть признаком наличия сложной жизни.

Мы не получим об этих экзопланетах такого же четкого представления, как о Луне, Марсе или Сатурне, пока спустя сотни лет не пошлем к ним роботизированные космические аппараты. Но данные о спектральных характеристиках нескольких десятков наших ближайших соседей в видимом и инфракрасном диапазоне должны появиться у нас довольно скоро. Из этих данных мы узнаем состав их атмосферы, характер погоды и общую картину геологии их поверхности. Покрыты ли они океанами? Есть там континенты или ледовые щиты? Два десятка лет после запуска телескопа «Джеймс Уэбб» будут очень бурными, и новых гипотез будет в избытке. Возможно, к 2050-м гг. размещенная в строгом порядке группировка космических телескопов, действующая как один гигантский телескоп диаметром в десятки километров [101], позволит нам получить изображения второй Земли, или двух, что будет сравнимо с первыми изображениями Марса в 1880-х гг. или Плутона в 1980-х; быть может, это подтолкнет нас к тому, чтобы послать туда первые непилотируемые экспедиции. У нас впереди долгий путь, но для того, чтобы существенно продвинуться по нему, потребуются уже десятилетия, а не века.

Для создания планет, с разумными существами или без, требуется нечто большее, чем правильные химические элементы. Эти элементы должны присутствовать в правильных пропорциях для синтеза правильных молекул. Поэтому давайте вернемся к широкой панораме молекулярного облака, состоящего из водорода, гелия и других газов, из крошечных частиц льда и пыли, – облака, которое стало зародышевым скоплением множества звезд, в том числе нашего Солнца. От взрывавшихся неподалеку сверхновых по пространству расходились ударные волны, которые запускали в молекулярном облаке процесс коллапсирования, а также наполняли его звездной пылью – строительным материалом для будущих планет. Остывая и сжимаясь, облако распалось на сотни сгустков, после чего гравитация стянула каждый сгусток в новую звезду [102].

Любые, кроме водорода и гелия, элементы, которые обнаруживаются внутри звезды (или галактики, или молекулярного облака, или чего-то еще), астрономы называют металлами . Они говорят о металличности звезд – это понятие отражает, как много полезных материалов доступно там для создания землеподобных планет [103]. То, что любой элемент тяжелее водорода и гелия называется металлом, связано с тем, что при спектроскопии Солнца и соседних звезд легко вычислить соотношение содержания железа и водорода. Звезды кажутся голубыми, красными, желтыми или имеющими какие-то промежуточные оттенки, но, если в фокус телескопа поместить спектрометр – то есть по сути очень совершенную призму, – вы увидите целый лес узких темных промежутков, которые называются спектральными линиями поглощения. Они были открыты Сесилией Пейн-Гапошкиной и другими астрономами в 1920-е гг. и сообщают нам об обилии внутри звезды тех или иных элементов, поскольку возникают, когда атомы поглощают волны определенной длины из непрерывного спектра фотонов, которые пытаются вырваться из глубоких слоев звезды. Если непрерывный спектр можно сравнить с нотами, издаваемыми тромбоном, то линии поглощения блокируют волны определенной длины, создавая свой тембр для каждого элемента.

Компактное, полное пыли молекулярное облако Барнард 68 протяженностью в половину светового года и массой примерно вдвое больше массы Солнца. Оно находится на пороге гравитационного коллапса и через сотню тысяч лет превратится в одну или несколько звезд.

FORS/VLT/ESO

Чем четче линии поглощения, тем больше концентрация данного атома в фотосфере. В предположении, что солнечное вещество хорошо перемешано, в его состав по массе входит 73,9 % водорода, 24,7 % гелия и 1,4 % других элементов, в основном кислорода (1 %) и углерода (0,3 %). Нам известна концентрация еще десятков элементов, а всего их там обнаружено более 60. Если внести поправку на атомную массу, мы получим, что более 90 % атомов Солнца – это атомы водорода; аналогичным образом, соотношение числа атомов С и О составляет 0,55 [104].

Химический состав примитивных метеоритов близок к составу Солнца. Если на одной оси откладывать средние содержания элементов, обнаруженных на Солнце, а на другой – элементов, найденные путем масс-спектрометрического анализа таких примитивных метеоритов, как Альенде и Оргей, то в итоге получится более-менее прямая линия. Если не учитывать газы и другие элементы, которых в метеоритах просто не может быть, то соответствие будет один к одному (то есть состав идентичен) с несколькими резко отличающимися значениями. Каждый такой выпадающий элемент вместе со своими изотопами сообщает нам нечто важное и о происхождении метеоритов, и о том, как звезды обзавелись планетами.

Если водород и гелий (H, He) – строительный материал для звезд, а кремний, магний, железо и кислород (Si, Mg, Fe, O) – основные компоненты каменистых планет, то углерод, водород, кислород, азот (C, H, O, N) и понемногу еще нескольких других элементов составляют любую пригодную для жизни среду. Поэтому теперь мы сосредоточимся на углероде и кислороде, третьем и четвертом по распространенности элементах во Вселенной. Оба являются типичными продуктами идущего внутри звезд термоядерного синтеза, в частности так называемого CNO-цикла. Возможно, что углерод производят все звезды, а кислород – преимущественно взорвавшиеся на первом этапе гиганты; если это так, то соотношение углерода и кислорода во Вселенной в целом растет. Но сейчас звезды вокруг нас обычно содержат примерно в два раза меньше атомов углерода, чем кислорода. Такое же соотношение характерно и для Солнца.