Загадки космоса. Планеты и экзопланеты

На этом более или менее достоверные факты заканчиваются. Дальнейшие рассуждения представляют собой некую спекуляцию, игру ума. С большой вероятностью за время, прошедшее с момента образования планеты, внутренние слои Kepler-186 f, подогреваемые радиоактивным распадом, еще не успели остыть, поэтому будущие исследователи могут обнаружить на планете тектонику плит, вызванную движением магмы, и магнитное поле. Давайте предположим, что это магнитное поле достаточно сильное, чтобы на столь близкой орбите защитить атмосферу Kepler-186 f от интенсивных потоков звездного ветра. Мы ожидаем, что атмосфера сформирована таким же образом, как и у других каменистых планет, – за счет геохимических процессов вследствие тектонической активности, а не за счет захвата газа из протопланетного диска. Поэтому такая атмосфера содержит большое количество углекислого газа, азота и воды. А это значит, что на планете должен быть значительный парниковый эффект. Мы не знаем точный состав атмосферы, ее массу, но простые климатические модели говорят, что нет никаких принципиальных препятствий, чтобы парниковый эффект поддерживал температуру поверхности Kepler-186 f выше 0 °C. Если состав планеты схож с земным, то на планете так же мало воды, в процентном соотношении, как и на Земле.

На способность планеты собирать на своей поверхности воду в устойчивые водоемы и поддерживать температурный баланс оказывает влияние огромное число факторов и процессов. К ним относятся свойства планеты, планетной системы и звезды (такие как особенности звездного спектра, активность звезды и интенсивность звездных ветров, возраст, интенсивность рентгеновского и ультрафиолетового излучения и наличие звезд-компаньонов) и то, какое влияние друг на друга они оказывают с течением времени. Некоторые из этих факторов, скажем наличие звезды-компаньона, могут создавать весьма причудливые природные условия на планете. Другие, такие как спектр и светимость звезды, меняются с увеличением ее возраста. На одной и той же планете на протяжении миллиардов лет могут складываться совершенно разные климатические условия. Земля в начале своей геологической истории имела непрозрачную плотную горячую атмосферу, но были и периоды, когда она полностью покрывалась льдом[72].

Давайте подумаем, какие из этих факторов имеют ключевое значение для жизни на планетах, находящихся у красных карликов? Если вы вспомните о Проксиме Центавра b, то наверняка назовете звездную активность. Но тут стоит иметь в виду, что Kepler-186 – спокойная звезда. За все время наблюдений не было зафиксировано ни одной вспышки, сопоставимой по мощности со вспышкой 2017 года на Проксиме Центавра. Даже если мощные вспышки на Kepler-186 иногда случаются, толстая атмосфера и магнитное поле, предположительно, могут защитить биосферу (если она, конечно, там есть).

Еще одно потенциальное препятствие для жизни – приливный захват планеты. Такое явление должно быть распространено на экзопланетах, находящихся на близких орбитах вокруг своих звезд. Многие из экзопланет, расположенных в зоне обитаемости красных карликов, могут быть приливно заблокированы. На одной половине планеты в этом случае будет вечный день, на другой – вечная ночь. Одно время считалось, что на таких экзопланетах бушует постоянный ураган, на дневной стороне идет непрекращающийся дождь, а на ночной – царит вечная зима¹⁰⁸. Такой климат делает сложную жизнь маловероятной. Дальнейшие же исследования показали, что это всего лишь эффект одномерных климатических моделей. Более сложные, трехмерные, модели демонстрируют, что на таких планетах возможен эффективный теплообмен в атмосфере, уменьшающий разницу между температурами ночной и дневной сторон и в целом делающий этот мир не таким уж ужасным местом¹⁰⁹.

Разобравшись с тем, что способно помешать существованию жизни, подумаем и о том, что может поддерживать потенциальную биосферу на Kepler-186 f и похожих на него мирах. Время жизни родительских звезд? Безусловно. В этом состоит еще одна причина особого внимания ученых к планетам у карликов M-типа. Kepler-186 f находится не просто в зоне обитаемости своей звезды, а в зоне постоянной обитаемости. Это означает, что планета должна не только поддерживать условия для существования водоемов на ее поверхности, но и поддерживать их на протяжении миллиардов лет. Например, еще задолго до того как Солнце станет красным гигантом, океаны Земли испарятся и вся сложная жизнь на ней исчезнет. Земля будет постепенно вытесняться из зоны обитаемости. Это произойдет примерно через миллиард лет из-за повышения температуры и яркости нашего светила. Однако красные карлики эволюционируют очень медленно, в сотни раз медленнее Солнца. Планета, которая образовалась у звезды такого типа в зоне обитаемости, будет оставаться там сотни миллиардов или даже триллионы лет, причем практически при одних и тех же температурных условиях!