Симфония № 6. Углерод и эволюция почти всего

В основе открытия Хистад лежит глубокий философский аспект — вывод, связанный с вековым спором об относительных ролях случая и неизбежности. Сложные системы, будь то минералы или живые организмы, эволюционируют и по детерминистскому, и по вероятностному пути. С одной стороны, многие проявления природы неизбежны, продиктованы законами физики и химии. Уроните камень — и он упадет, зажгите лист бумаги в насыщенной кислородом атмосфере Земли — и он сгорит. С другой стороны, все сложные системы переживают одиночные события — «замороженные случаи», которыми также определяются эволюционные пути. Противостояние между случаем и неизбежностью усиливается, поскольку в большинстве природных систем не всегда легко различить, что есть что. Почему один редкий минерал образуется, а другой нет? Почему у Земли такой большой спутник? Почему на Земле появилась разумная жизнь? Было это случайностью или неизбежностью?

В минералогии мы теперь можем до поразительно высокой степени снять это противостояние количественным путем. Мы пришли к выводу, что, хотя многие аспекты минералогии Земли детерминированы, случай также играет существенную роль. Наши редкие минералы образуются в результате практически невероятной последовательности химических, физических и биологических процессов. Следовательно, Земля абсолютно и однозначно уникальна в космическом пространстве. Возможно, это и хорошо.

Землеподобные планеты {73}

В науке не много тем, привлекающих столько же внимания, сколько открытие и описание планет за пределами Солнечной системы — невидимых миров, расположенных на расстоянии нескольких световых лет от нашего Солнца. В стремлении человечества узнать, одиноки ли мы во Вселенной, астрономы отслеживают едва заметные колебания и периодические уменьшения силы света той или иной далекой звезды, т.е. признаки того, что на ее орбите находится планета, пусть и слишком слабая, чтобы ее можно было увидеть непосредственно в телескоп.

Первыми были открыты далекие гиганты массивнее Юпитера, которые с бешеными скоростями проносятся по орбитам вокруг своих ближайших звезд в течение несколько дней, таким образом вызывая максимально возможные звездные возмущения. Но, когда мы отмечали 20-ю годовщину обнаружения первой планеты вне нашей Солнечной системы, фокус внимания сместился с громадин на миры, более похожие на Землю.

Термин «землеподобные» имеет различный смысл для разных людей. Астрономы фокусируются на трех характеристиках, которые они могут уверенно измерить: это радиус, масса и орбита. Радиусы землеподобия вычисляются на основании максимального уменьшения силы света звезды, когда планета затемняет крошечную ее часть, а массы — исходя из степени звездного колебания, вызываемого гравитационными эффектами. Но этого недостаточно: чтобы планета получила звание землеподобной, ее орбитальные параметры должны соответствовать нахождению в обитаемой зоне — сплющенном в форме пончика пространстве, где жидкая вода может удерживаться на поверхности планеты или рядом с ней. Все больше открытых планет — Kepler-186 f, Kepler-438 b, Kepler-452 b (их определили по данным космического телескопа «Кеплер») — укладывается в рамки этих астрономических ограничений. Как и минимум три из семи планет, вращающихся вокруг небольшой звезды TRAPPIST-1, что всего в 40 световых годах от Солнца. Почти каждый месяц заголовки в СМИ возвещают об обнаружении «самой землеподобной планеты».

Но обычно в этих легкомысленных статьях даже не упоминается, что одни только радиус, масса и орбита довольно плохие индикаторы потенциальных планетарных близнецов Земли. Чего здесь не хватает, так это химии. Видимые световые спектры далеких звезд — сведения, которые легко получить посредством современных телескопов, — показывают, что звезды сильно различаются по своему химическому составу. В некоторых звездах намного больше или намного меньше магния, или железа, или углерода, чем в нашем Солнце. И вероятно, эти важные различия в составе звезд в значительной степени отражаются и на составе их компаньонов-планет, потому что они формируются из тех же протопланетных дисков.

Химический состав планет имеет значение. Недавние исследования минералогов и геохимиков указывают на то, что даже небольшие отклонения в нем могут сделать планету непригодной для жизни. Если будет слишком много магния, не запустится движение плит — главный локомотив круговорота необходимых для жизни питательных веществ. Если не хватит железа — не сформируется магнитное поле, защищающее жизнь от смертоносных космических лучей. При недостаточном количестве воды, или углерода, или азота, или фосфора не зародится жизнь в той форме, которую мы знаем.