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

Откуда же такой разрыв между массами Земли и Урана? Первая мысль, которая приходит в голову, – что по какой‐то причине планеты в этом интервале значений массы просто не образуются. Однако открытия, сделанные космическим телескопом «Кеплер», показывают, что это не так. В других планетных системах планеты с массами между Землей и Ураном оказались довольно обычным делом. Астрономы проводят различие, хотя и не слишком жесткое, между сверхземлями (примерно от 2 до 10 земных масс; нижняя граница этого класса немного отличается у разных групп исследователей) и мегаземлями (выше 10 земных масс). Планеты, занимающие место в области верхнего края этого распределения, иногда называют также мини‐Нептунами. Первая сверхземля, обращающаяся вокруг обычной звезды, была открыта в 2005 году – это Gliese 876d. Обозначение расшифровывается следующим образом: это третья планета, найденная в системе звезды, которая в каталоге, составленном немецким астрономом Вильгельмом Глизе (1915–1993), имеет номер 876. С 2005 года было открыто еще много сверхземель – и некоторые из них располагаются в пределах зоны обитания своей звезды.

Когда астрономы используют термин сверхземля, он относится только к массе планеты и не несет никакой информации о ее размере или обитаемости. Сверхземля может быть водным миром, как Нептуния из главы 8, или миром замерзшим, наподобие Айсхейма из главы 6, или планетой, похожей на Землю из главы 9, с обширными океанами и сушей на поверхности. При тех технических возможностях, какими мы сейчас располагаем, каменная сверхземля с тонкой атмосферой, водная сверхземля с ледяным слоем или без такового и похожая на Нептун планета с толстой внешней газовой оболочкой практически неразличимы. Но, так как мы здесь интересуемся возможностью жизни на экзопланетах, мы в этой главе сосредоточим наше внимание на тех типах сверхземель, на которых могла бы существовать жизнь.

Мы начнем с того, что попытаемся ответить на прозвучавший выше вопрос: если планеты такого типа настолько распространены в других планетных системах, почему в нашей их нет вовсе?

Здесь может быть несколько разных ответов. Один из них очень прост: существуют системы, в которых нет сверхземель, и так вышло, что наша Солнечная система – одна из них. Еще один вариант ответа: возьмем компьютерные модели, описывающие образование Солнечной системы, и попробуем разыскать в них процессы, в ходе которых из системы выбрасываются все сверхземли. В некоторых моделях, например, планеты‐гиганты выталкивают сверхземли к Солнцу. В других гравитационное противостояние, происходившее в эпоху формирования планет, просто выбросило все сверхземли из Солнечной системы, превратив их в планеты‐бродяги, о которых мы рассказывали в предыдущей главе. Однако, какой бы ни была причина – образовались они и были разрушены или никогда и не возникали, – сейчас в Солнечной системе сверхземель нет.

Эта ситуация все еще не нарушает принцип Коперника. В нашей планетной системе действуют те же законы, что и повсюду, но во времена зарождения нашей системы произошло что‐то, что привело к сценарию развития, отличному от тех, которые реализовались в других системах. Возможно, распределение массы протопланетного облака нашей системы немного отличалось от других; возможно, в ходе формирования планет прошедшая мимо звезда привела в движение газ и пыль в туманности. Но так или иначе, а сверхземли, которую можно было бы изучить, поблизости не имеется.

Сверхсильная гравитация

То, что в Солнечной системе нет сверхземли, не значит, что мы не можем составить представление об условиях, которые существовали бы на такой планете. Начнем с наиболее очевидного различия между сверхземлей и нашей Землей: с силы тяжести. Согласно закону всемирного тяготения Ньютона, гравитационная сила, свойственная любому телу, пропорциональна его массе. Если удвоить массу планеты, сохранив ее размеры, сила притяжения на ее поверхности удвоится. Тот же закон говорит и о том, что сила гравитации падает соответственно квадрату расстояния – и если удвоить радиус планеты, не меняя ее массы, гравитационная сила на ее поверхности будет равна четверти прежней.

Эти две характеристики определяют силу тяготения на поверхности любой планеты. Например, сейчас со стороны Земли на вас действует сила тяжести, направленная вниз, – вот почему вы не улетаете с поверхности Земли в космическое пространство. Величина этой силы зависит от массы Земли и вашего расстояния от центра планеты (т. е., от радиуса Земли). По сути, одним из наиболее примечательных следствий ньютоновского закона всемирного тяготения стало то, что, если подставить в него значения массы и радиуса Земли, вы получите стандартную величину ускорения (9,8 м/с²), с которым любой предмет падает с высоты на земную поверхность.