Калеб Шарф - Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной

• Название: Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной
• Автор: Калеб Шарф
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2015
• ISBN: 978-5-17-091484-5

Одиноки ли мы во Вселенной? Какие условия необходимы, чтобы возникла планета, пригодная для жизни? Надеется ли современная наука на встречу с внеземным разумом? И прав ли был Николай Коперник, когда утверждал, что мы сами и наше место в мироздании ничем не примечательны? Чтобы ответить на эти вопросы, астроном и астробиолог Калеб Шарф приглашает читателя в увлекательное путешествие по последним достижениям самых разных наук – от истории естествознания до космологии и от вирусологии до ядерной физики.

---

Эта планета совершает годовой оборот – полный круг – чуть больше чем за четверо земных суток. Более того, от нее до звезды-родительницы всего восемь миллионов километров, гораздо ближе, чем даже от Меркурия до Солнца в самой ближней точке его эллиптической орбиты – это расстояние составляет благополучные 45 миллионов километров. Но и этого мало: эта планета – отнюдь не каменная малютка, а гигант с массой больше чем в 150 масс Земли.

Можно безо всякого преувеличения сказать, что ни один физик или естествоиспытатель на протяжении двух тысячелетий письменной истории нашего вопроса не уделял сколько-нибудь существенного времени на обдумывание вероятности существования именно такой системы. И в самом деле, теория образования планет дошла до точки, где у нас появились все основания полагать, что такая большая планета попросту не может существовать так близко к звезде-родительнице. Такая великанша, думали мы, способна сформироваться только гораздо дальше, у внешнего края системы, где сочетание орбитальной динамики и более низких температур позволит ей нарастить массу и объем.

Лишь несколько ученых задумывались о том, что планетные объекты могут оказаться и в неожиданных местах, и в том числе астрофизики Питер Голдрайх и Скотт Тремейн[95], которые еще за 15 лет до этого изучали, как планеты могут «мигрировать» вовнутрь протопланетного диска. Так что хотя это открытие и было триумфом астрономов, которые прилежно проделали необычайно сложные вычисления, оно их крайне озадачило.

Со времени этих первых открытий сюрпризы так и сыпались. Мы обнаруживаем, что разнообразие экзопланет и их явное нежелание соответствовать нашим представлениям о том, какими должны быть планетные системы, просто поражает. Мы бы, пожалуй, смирились с мыслью, что иные миры несколько отличаются от нашего, не совсем такие, но нам и в голову не приходило, что они настолько разные. Они покрывают весь диапазон вариантов. И проливают совершенно иной свет на главный вопрос нашего исследования – наше место в мироздании. Это головокружительное разнообразие служит для нас, в сущности, введением в сравнительную планетологию – в классификацию и категоризацию видов планет и в изучение того, почему все они могут существовать.

* * *

Итак, добро пожаловать в лигу выдающихся планет. Нет, это вовсе не закрытый клуб, ведь его члены повсюду, куда ни бросишь взгляд, однако все они для нас выдающиеся и ни на кого не похожие, поскольку наше представление о Вселенной до обидного провинциально.

То, о чем я собираюсь вам сейчас рассказать, основано по большей части на информированной экстраполяции, однако мы уже начали проверять и подтверждать многие подобные спекулятивные заявления благодаря новым данным с телескопов и хитроумным приемам, позволяющим выманить сигналы и выявить размеры, температуру и даже химический состав планет. Так давайте же зайдем в клуб и осмотрим его гостиную с ее великолепной, изысканной обстановкой и блистательными, царственными обитателями. Вот там, в углу у камина, собрались планеты-гиганты, которые, пренебрегая опасностью, вращаются вблизи от своих звезд-родительниц. Это представительницы самых первых экзопланет, обнаруженных вокруг нормальных звезд. К настоящему времени они уже получили неофициальное прозвание – «горячие юпитеры» (хотя знакомую нам гигантскую планету они напоминают лишь отдаленно).

Эти планеты занимают неположенное место, однако это не мешает им быть пухлыми и иногда даже розовощекими. Вероятно, некоторые из них мигрировали туда, где мы их находим, протолкавшись через огромный диск вещества, некогда окружавший их планетную систему, и пробились в первый ряд. А может быть, их притянуло на это место, поскольку они очутились близковато к гравитационным полям других планет и совершили ошибочное па, которое и навлекло на них жгучий гнев их светил.

Некоторые из этих планет-гигантов вращаются так близко к звезде, что совершают полный круг всего за 24 земных часа[96], и дневная их сторона раскаляется до страшных температур – более 500 градусов. Приливные силы тянут некоторых из них так настойчиво, что там больше нет нормальной смены дня и ночи. Планеты застряли в одном положении, и дневная сторона у них навсегда осталась дневной, а на ночной царит вечная тьма, и планета остывает, глядя в холодный космос. Такое необычное положение дел привело к возникновению на таких гигантах весьма сурового климата[97]. Жара на дневной стороне загоняет атмосферные течения на ночную и заставляет их огибать планету на сверхзвуковых скоростях, и поднимается реактивный ветер, сметающий все на своем пути, словно взрывная волна. Поскольку под газом нет ни гор, ни континентов, он гоняется сам за собой, не зная отдыха.

Высокие температуры на этих планетах приводят к всевозможным химическим и атмосферным явлениям[98], которые мы из Солнечной системы не можем даже распознать. На таких планетах есть угарный газ, оксид ванадия и оксид титана в газообразном состоянии, и они оказывают решающее воздействие на расположение слоев и структуру планет. Облака состоят не из воды или аммиака, а из железа и соединений кремния – раскаленные скопления тяжелых атомов. Тут уж не до пушистых зверюшек ясным летним деньком – скорее, страшные сны об Аиде.

А еще «горячие юпитеры» не гнушаются тем, чтобы подольститься к своим звездным родительницам. Гравитационная тяга вызывает приливы и волны в атмосфере самой звезды, а мощные магнитные поля непосредственно взаимодействуют с магнитным полем светила. Звезда не ограждена от своего окружения, напротив, это она подвергается влиянию планет, а не наоборот. Когда массивный горячий юпитер жужжит вокруг, словно толстое назойливое насекомое, солнечная атмосфера то и дело раздраженно вспыхивает.

Только не думайте, будто эти планеты – самодовольные великаны, сидящие в креслах у самого ревущего пламени: поймите, что некоторым из них суждено погибнуть. Они рискуют злоупотребить гостеприимством звезды. Гравитационные приливы постепенно искажают их орбиты и заставляют двигаться по спирали к центру системы – но занимает это десятки миллионов лет. А потом они либо нырнут под поверхность светила, либо разлетятся в кольцо пыли и обломков вокруг звезды, обреченное на недолгую жизнь.

Некоторые гигантские планеты навлекают на себя гнев судьбы по еще более противоестественным, с нашей точки зрения, причинам. Все планеты нашей Солнечной системы вращаются по орбите так же, как вращается вокруг своей оси Солнце – по часовой стрелке, если угодно, – однако примерно каждый пятый «горячий юпитер» поступает в точности наоборот. Эти отступники вращаются в направлении против вращения звезды-родительницы[99] – в обратную сторону. А в результате они оказываются в рискованном положении: их орбиты неизбежно искажаются, и в конце концов они летят по спирали навстречу страшной участи.

Очень трудно разобраться, почему планеты выбирают такое неблагоприятное направление вращения. Насколько нам известно, силы, воздействующие на звезды и их планеты, на ранних стадиях формирования небесных тел заставляют их вращаться и вокруг своей оси, и по орбите в одном направлении. Все остальное обрекает их на скорую динамическую катастрофу: если планеты пытаются двигаться против вращения протопланетного диска, им попросту трудно сформироваться. Откуда же берутся экзопланетные объекты, вращающиеся в противоположном направлении?

Сказать наверняка мы не можем – слишком мало мы знаем о многих членах лиги. Однако очень может быть, что эти планеты и вправду сформировались на гораздо больших расстояниях от звезд-родительниц и двигались «как положено», но затем игра гравитационных полей других планет вынудила их вращаться по очень вытянутым эллиптическим орбитам. В итоге такие орбиты могут встать перпендикулярно плоскости системы, а потом буквально перевернуться, и тогда планета будет двигаться в противоположном направлении – наподобие гимнастического обруча, который оказывается то одной, то другой стороной кверху. В конце концов приливная гравитационная тяга звезды «выправляет» эллиптическую орбиту, возвращает ей круглую форму и подтягивает планету поближе, где мы ее и видим.

Богатый жизненный опыт придает «горячим юпитерам» довольно интересные качества. Одни раздуваются до удивительных размеров, сверх всяких ожиданий, и в результате у них получается очень низкая плотность – иногда даже меньше, чем у воды. А есть и другие планеты-гиганты, которые из-за близости к источнику энергии и особенностей истории своего формирования претерпевают самые разные химические и структурные изменения.

Особенно это заметно по наружности – по верхним слоям их атмосфер. Среда там агрессивная, однако разобраться, какие химические компоненты в ней доминируют, практически невозможно, в отличие от прохладных, но едких и вонючих дуновений кристаллизованного аммиака и метана, которые мы находим на наших Юпитере и Сатурне. В предельных случаях температуры так высоки, что роль воды играют даже атомы железа – они формируют цикл, при котором пары создают облака, а потом проливаются тяжелыми металлическими каплями.