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

Представим, что мы можем осадить весь углекислый газ из атмосферы Венеры с помощью аналогичного процесса выветривания континентальных пород в глобальные океаны и образования карбонатов. Итогом окажется внешняя карбонатная кора толщиной 800 м [167]– светлая по оттенку поверхность, которая эффективно отражает в космос солнечные лучи. В итоге Венера может стать планетой, почти пригодной для жизни, с потрясающими, хотя и пугающе суровыми пейзажами. Вам понадобятся хорошие темные очки.

В настоящем и ближайшем будущем, здесь, на Земле, такое «терраформирование», как это ни грустно, уже не относится к области научной фантастики. Мы как вид приняли решение нарушить равновесие биогеосферной системы фиксации углерода. Последний раз, когда я проверял, бензин стоил меньше 80 центов за литр – такая дешевизна свидетельствует о безрассудном использовании ископаемого углерода, несмотря на общеизвестные теперь факты [168].

Для жизни в том виде, в каком она нам знакома, растворителем служит вода, но разнообразие живых организмов невероятно. Подробности туманны, но мы знаем, что жизнь на Земле началась с экстремофилов , которые прекрасно себя чувствовали в условиях позднего катархея. Среди них были галофилы, термофилы и барофилы – организмы, жившие в рассоле, возле гейзеров и на огромной глубине. Они не исчезли и сейчас – просто заняли свои особые ниши (вспомните наши рассуждения о глубинных, наполненных рассолом карманах на Марсе). Но любому из этих организмов – неважно, к каким экстремальным условиям они приспособлены, – на определенных этапах существования требуется вода. А как может обстоять дело в других местах?

Мозаика из 17 фотографий, сделанных во время пролета Ганимеда космическим зондом NASA «Вояджер-1» в 1979 г. На ней видны заполненные рифты, угловатые массивы, свежие отметины и несколько крупных кратеров, но никаких бассейнов, которые напоминали бы лунные. Под этой испещренной узорами поверхностью, под 100-километровым слоем льда находится жидкий соленый океан, переходящий в подстилающее основание изо льда VI, ниже которого лежат гидросиликаты, а еще ниже – каменистая мантия и плотное металлическое ядро.

NASA/JPL

Одно из самых очевидных мест, о которых нам следует подумать в этой связи, – это Ганимед, спутник Юпитера диаметром 5000 км, самое массивное покрытое льдом тело в Солнечной системе. Это самый большой из известных нам спутников, пока мы не обнаружим еще более крупные спутники, обращающиеся вокруг планет у других звезд. Глубоко внутри Ганимеда расположен океан, о котором мы знаем по замерам магнитного поля во время экспедиции космического зонда NASA «Галилео» (о ней мы поговорим ниже) и из того простого факта, что лед тает от тепла и давления. Глубина и протяженность океана на Ганимеде неизвестна. О его химических и минералогических характеристиках можно только строить предположения, а геологические процессы, происходящие под слоем льда, являются предметом одних лишь безосновательных догадок. Мы знаем, что океан покрыт сплошным ледяным панцирем толщиной от 50 до 100 км и что никакого взаимодействия между океаном и поверхностью не было с момента последнего крупного столкновения, которое произошло миллиарды лет назад. Доставить робота в толщу странных морей Ганимеда – куда более трудная задача, чем отправить автоматический зонд к ближайшей звезде, но, пока этого не случилось, ничто не мешает нам смотреть, думать и изучать.

Океан Ганимеда подогревается несколькими разными способами. Во-первых, это гравитационная энергия слияния, оставшаяся с момента образования спутника; ее было достаточно, чтобы полностью растопить это тело во время аккреции. Эта аккреция происходила относительно быстро, но для выхода наружу внутреннему теплу могут потребоваться сотни миллионов лет. Далее, тепло образуется в результате распада урана и других радиоактивных элементов, содержащихся в горных породах Ганимеда. Распад некоторых атомов происходит быстро, но среди них есть и долгоживущие изотопы калия, тория и урана, которые производят энергию миллиарды лет и вносят основной вклад во внутренний разогрев Ганимеда. Кроме того, существует приливный разогрев, который также играет значительную роль. Для некоторых планетных систем он очень устойчив и, вероятно, способен производить тепло хоть триллион лет.

Чтобы понять, как происходит приливный разогрев, давайте вначале рассмотрим Луну, которая находится в состоянии приливного захвата с Землей и всегда обращена к ней видимой стороной. Если бы орбита нашего спутника была идеально круглой, с любой точки видимой стороны Земля казалась бы неподвижно висящей в небе, тогда как Солнце и звезды всходили бы и заходили каждый месяц, который аналогичен лунным суткам. Но орбита Луны не является идеальной окружностью; это эллипс с эксцентриситетом в 5 %. Согласно закону Кеплера, Луна движется немного быстрее, когда находится ближе к Земле, в перигее, и медленнее, когда она дальше от Земли, в апогее. Поскольку вращение Луны вокруг своей оси остается постоянным, в перигее она обращается вокруг Земли быстрее, чем вокруг оси, а в апогее, наоборот, медленнее. Поэтому, если вы отдыхаете на лунной даче около Моря Восточного, на 90° западной долготы, Земля всегда будет находиться на восточном горизонте, каждый месяц немного приподымаясь и потом опускаясь, – очень красивый вид. Двигаясь таким образом, Земля вызывает внутри Луны периодические приливы, которые становятся причиной приливного трения, что приводит к выработке тепла, примерно так же, как если вы будете постоянно сгибать и разгибать скрепку.

Сейчас Луна представляет собой твердое и эластичное тело, Земля находится далеко, а вызванные эксцентриситетом колебания невелики, поэтому приливное трение создает лишь едва достаточно тепла для того, чтобы поддерживать температуру вероятно существующей полужидкой области, окружающей маленькое железное ядро. Но раньше, когда Луна была гораздо ближе к Земле, приливный разогрев был огромен. Если смотреть на Юпитер с поверхности Ганимеда, он также описывает в небе небольшие круги, но гораздо чаще (каждые семь дней); кроме того, Юпитер создает более мощную приливную силу, что приводит к выделению значительно большего количества тепла. Кашеобразная океаническая мантия спутника сдвигается взад-вперед, и, хотя сейчас тепла было бы недостаточно, чтобы растопить Ганимед, если бы он замерз полностью, его хватает, чтобы не дать затвердеть океану рассола.

Ничто не дается даром, и приливное трение забирает энергию у орбитального движения спутника, снижая со временем эксцентриситет его орбиты [169], но в случае с Луной это происходит так медленно, что мы можем заключить, что она – плотное упругое тело [170]. В отсутствие других факторов приливный разогрев Ганимеда в конце концов прекратился бы, Юпитер светил бы в его небе неподвижно, а приливный бугор стал бы постоянным. Но Ганимед – не единственный спутник Юпитера; он вовлечен в орбитальный резонанс с двумя другими галилеевыми спутниками – Ио и Европой. Как мы увидим далее, это означает, что орбита Ганимеда имеет вынужденный эксцентриситет , обусловленный взаимными гравитационными взаимодействиями с другими спутниками. Такое положение может поддерживаться многие миллиарды лет, так что приливный разогрев не ослабевает.