Воображаемая жизнь. Путешествие в поисках разумных инопланетян, ледяных существ и супергравитационных животных

На маленьких планетах, вроде Марса, большую роль играет диссипация атмосферы. Вот как происходит этот процесс: составляющие атмосферу молекулы постоянно находятся в движении, и чем выше температура атмосферы, тем быстрее они движутся. Однако при любой температуре всегда будут молекулы, чья скорость превышает среднюю скорость всех молекул, и молекулы, движущиеся медленнее большинства. И если более быстрые молекулы наберут достаточно большую скорость и случайно направятся вертикально вверх, они могут преодолеть гравитационное притяжение планеты и улететь в космос.

Чем больше планета, тем больше сила ее притяжения и тем легче ей удерживать свою атмосферу. К примеру, чтобы оторваться от Земли, молекуле придется лететь со скоростью примерно в 11 км/с. Кроме того, тяжелые молекулы труднее разогнать до большой скорости, чем легкие. А это значит, что более легким молекулам проще, чем тяжелым, покинуть планету в процессе диссипации. Земля, например, потеряла довольно значительную часть своих первоначальных запасов водорода и гелия – самых легких составляющих своей атмосферы, – в то время как Марс покинули даже более тяжелые газы, например кислород или азот.

Связанный с диссипацией механизм потерь – фотодиссоциация, особенно сильно влияет на молекулы воды. Если на поверхности планеты есть вода, в ее атмосфере будет водяной пар. Ультрафиолетовое излучение материнской звезды разрушит те молекулы воды, которые окажутся в верхних слоях атмосферы планеты. Образовавшийся вследствие этого водород тут же уйдет в космос из‐за гравитационной диссипации, а кислород соединится с атомами на поверхности планеты, образуя оксиды различных минералов. Есть гипотеза о том, что именно так Марс лишился океана, который существовал на его поверхности на заре истории планеты. А красный цвет поверхности Марса – итог окисления (коррозии) железа, входящего в состав каменных пород на поверхности планеты.

Крупные изменения происходят и с углекислым газом – одним из наиболее распространенных (наряду с водяным паром) парниковых газов в земной атмосфере. При каждом извержении вулкана на Земле углекислый газ высвобождается из глубин мантии и вырывается в атмосферу. В ходе сложного процесса, называемого глубоким углеродным циклом, углекислый газ попадает в океаны, где вступает в реакцию с различными веществами, вроде известняка, после чего может, кроме всего прочего, вернуться в недра Земли. Таким образом, глобальные геологические процессы, происходящие на планете, могут влиять на количество углекислого газа в ее атмосфере, а уже оно, в свою очередь, влияет на температуру планеты. Мы полагаем, что океаны, существовавшие на поверхности Венеры на ранних стадиях ее развития, должны были испариться из‐за высокой температуры планеты – следствия ее близости к Солнцу. Таким образом в ее атмосфере продолжал накапливаться ничем не устраняемый углекислый газ, и в отсутствие глубокого углеродного цикла на планете произошло катастрофическое увеличение количества парниковых газов в целом – явление, которое мы называем неуправляемым парниковым эффектом.

Эти примеры показывают нам, что изменения в атмосферах экзопланет – невидимые и неразличимые для нас на нынешнем уровне развития астрономических приборов – могут иметь решающее значение для возможности зарождения жизни на этих планетах. Пример подобного влияния – планета, находящаяся в зоне обитания своей звезды, но обладающая крайне малыми запасами воды, – на ней легко может возникнуть неуправляемый парниковый эффект, и она станет похожа на современную Венеру. При этом на большом расстоянии определить, произошло с ней что‐то подобное или нет, будет очень и очень трудно.

Разумная жизнь и технический прогресс