Книга: Все эти миры — ваши. Научные поиски внеземной жизни

Златовласка и три планеты

Златовласка и три планеты

Из истории про Златовласку[5] и трех медведей мы знаем, как маленькая девочка искала кашу, кресло и кровать, которые пришлись бы ей «как раз впору», когда она без приглашения заявилась в гости к медвежьему семейству, пострадавшему в результате визита. Как ни странно, метод, который использовала Златовласка для поиска условий, которые «как раз впору» для жизни, вполне применим и в астробиологии, где этот принцип получил название «зона обитаемости». Под зоной обитаемости подразумевается диапазон орбитальных расстояний до звезды, на которых температура на поверхности планет «как раз впору» для существования жизни, т. е. между точками замерзания (0 °C) и кипения (100 °C) воды. Думаю, мне не нужно повторять свои обычные предостережения касательно того, что нам не следует излишне ориентироваться на земную жизнь, поскольку вы и так прекрасно понимаете, что к концепции зоны обитаемости следует подходить осмотрительно.

Опасность ошибки преимущественно связана с неизвестными нам свойствами планетных атмосфер. Во-первых, — и это самое главное — нужно, чтобы атмосфера в принципе была. Земля расположена в самой середине зоны обитаемости, и тем не менее, если убрать давление на поверхности, создаваемое атмосферой, вода бы закипела и испарилась в космос. Во-вторых, хотя температура на поверхности планеты в значительной степени определяется температурой родительской звезды и орбитальным расстоянием до нее, любая атмосфера может существенно влиять на возможный диапазон температур на поверхности планеты.

Возьмем для сравнения три планеты земной группы Солнечной системы: Венеру, Землю и Марс. В течение многих лет сравнительная планетология на примере этих планет пыталась выяснить, как небольшие изменения в основных свойствах планеты (массе, скорости вращения, орбитальном радиусе) могут привести к столь разным условиям на ее поверхности. Они также расположены близко к приблизительным границам зоны обитания Солнечной системы и служат нам предупреждением о том, что может случиться с простой идеей из-за незначительных различий в свойствах планет.

Венера очень похожа на Землю — ее масса составляет примерно 4/5 массы Земли, а орбита немного ближе к Солнцу (примерно 0,7 от земной орбиты). В отсутствие атмосферы теоретически температура‹‹4›› на поверхности Венеры должна была бы составлять около –13 °C. Но, поскольку Венера обладает сверхплотной, насыщенной углекислым газом атмосферой, которая создает сильный парниковый эффект, температура на ее поверхности поднимается до 464 °C. Любая жидкая вода, которая могла когда-то существовать на Венере, давно испарилась в атмосферу (где внесла свой вклад в парниковый эффект), и даже вода в структуре минералов на поверхности планеты также превратилась в пар.

Марс меньше Земли — только 1/10 от ее массы — и обращается в 1,5 раза дальше от Солнца. Его разреженная атмосфера, состоящая из углекислого газа, создает на поверхности давление, составляющее лишь 1 % земного. Для абсолютно черного тела, помещенного на орбиту Марса, температура составляет –63 °C, а реально измеренная температура на поверхности лишь на несколько градусов выше — результат исключительно слабого парникового эффекта. Вследствие низких температур вся вода и углекислый газ на Марсе остаются в замороженном виде в полярных ледяных шапках и подпочвенном ледяном слое, присутствующем на большей части поверхности планеты.

Давайте попробуем сыграть в увлекательную игру: мысленно перетасуем планетную колоду и постараемся угадать, как изменение положения планеты повлияло бы на ее свойства. Что будет, если мы поменяем местами Марс и Венеру? С Марсом все просто, как мне кажется. Если бы его атмосфера оставалась такой же, как сейчас, тогда температура на поверхности Марса была бы примерно 43 °C. Это вызвало бы таяние ледяных шапок (состоящих из углекислого газа и воды), породив обширную, хоть и короткоживущую, атмосферу (как мы помним, на Марсе нет магнитного поля и вулканизма).

Что было бы с Венерой, предсказать немного сложнее: наличие плотной атмосферы приводит к тому, что температура на поверхности планеты на 400 °C выше теоретического расчета. Поместите Венеру на орбиту Марса, и ее температура будет по-прежнему превышать 326 °C (если атмосфера не обрушится под собственной тяжестью). Такие высокие температуры отчасти объясняются тем, что в начале своей истории планета пережила необратимый парниковый эффект. Она слишком рано и слишком сильно разогрелась. Все океаны испарились, и водяной пар смешался в атмосфере с углекислым газом. В свою очередь это усилило парниковый эффект, образовав катастрофический цикл обратной связи.

Произошло бы нечто подобное, если бы Венера находилась на орбите Марса? Короткий ответ — мы этого не знаем, хотя подобная постановка вопроса вызывает у тех, кто занимается компьютерным моделированием планетных атмосфер, приступы воодушевления и отчаяния одновременно.

Поэтому не стоит делать поспешных выводов на основании пресс-релизов или новых статей, в которых говорится, что только что открытая планета находится в зоне обитания своей родительской звезды. При отсутствии точных данных о составе атмосферы любой расчет температуры на поверхности планеты всего лишь умозрительные рассуждения (а если исключить из рассмотрения атмосферу, то как можно строить предположения о присутствии на планете жидкой воды?). Совсем как у Златовласки: без дополнительной информации нельзя заранее сказать, будет ли кроватка (или в нашем случае планета) как раз впору для жизни.