Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной
Шрифт:
Астрономы приходят к выводу, что существует великое множество всевозможных планет разного состава и с разными условиями. Миры, окутанные покровом атмосферы из паров воды или молекул водорода, планеты-океаны [109] , где вообще нет континентов, углеродные миры с невиданной геофизикой, ледяные шары, погрязшие в вечной зиме настолько, что даже атмосфера у них замерзла и осыпалась на поверхность. Наверняка на свете есть планеты холодные и раскаленные, теплые и тепловатые, а иногда на одной планете есть все эти климатические зоны. Бывают планеты юные. Бывают древние. Бывают миры с богатым химическим составом, и одни из них залиты неведомыми соединениями, а другие больше похожи на Землю. Бывают и химически бедные планеты. Наверняка найдутся миры с кольцами из пыли или льда, вроде Сатурна. Будут и планеты,
109
См. A. L'eger et al. A New Family of Planets? «Ocean-Planets» // Icarus 169 (2004): 499–504.
Если во все это вдуматься, становятся понятны две вещи. Первая – ни наша звезда, ни наша планетная система не похожи на те системы, где обычно встречаются маленькие каменистые планеты с большим запасом воды. Иначе говоря, при всем разнообразии планет Земля и ее среда обитания несколько необычны. Это немного загадочно и очень важно. Предположим, что планеты, условия на которых благоприятны для жизни, с равной вероятностью встречаются у любых видов звезд и при любой архитектуре орбит. Если так, то мы могли бы ожидать, что подавляющее большинство пригодных для жизни планет существует вокруг звезд с низкой массой и эллиптической конфигурацией тесно сдвинутых орбит. Либо сами эти планеты, либо их сотоварищи должны быть Супер-Землями. То есть исключительно на этой основе мы вправе ожидать, что мы должны были существовать в одной из таких систем, а не в системе вроде той, в которой мы живем на самом деле.
Возможных объяснений очень много. Например, что мы живем в пригодной для жизни системе не самого распространенного типа по чистой случайности – просто реализовался маловероятный сценарий. Если да, то никаких особенно важных уроков нам это не преподает, просто так получилось, что мы живем в немного нетипичном месте. В частности, это может означать, что жизнь бурлит в самых разных местах, которые нам кажутся непривычными, – от планет, вращающихся вокруг звезд с низкой массой, до куда более экзотических миров вроде спутников планет-гигантов – на этих спутниках может быть морозный, а может быть и умеренный климат. Если жизнь – явление распространенное, она чаще возникает в таких местах, а не в редкостных уголках вроде нашей Солнечной системы.
Однако есть и другой вариант развития событий – что пригодные для жизни условия возникают у разных типов звезд и среди разных орбитальных архитектур с неодинаковой вероятностью. Не исключено, что есть что-то такое, из-за чего наши условия особенно хорошо подходят для возникновения жизни. Такой вариант означал бы, что во Вселенной в целом производится меньше жизни, чем могло бы. Если помните, я говорил, что вопрос «Насколько распространена жизнь в космосе?» – это загадка, ясного ответа на которую не дает ни принцип Коперника, ни антропная аргументация. Если окажется, что реализовался такой сценарий, это позволит нам подступиться к тому, чтобы измерить частоту возникновения жизни – и вероятность абиогенеза (естественного происхождения жизни из неживой материи). К этой важнейшей теме я еще вернусь.
Качества, которые позволяют планетам создавать системы, где более или менее возможно возникновение жизни, вполне очевидны. Главное – температура. На Земле налажено несколько шаткое равновесие, благодаря которому на поверхности и вблизи нее сохраняется большое количество воды в жидком состоянии. Жидкая вода – это уникальный природный растворитель, играющий важнейшую роль в земной биохимии и в геофизическом поведении нашей планеты. Кроме того, большое значение для того, чтобы у нас было вдоволь океанов и осадков, играют и точное расстояние от Земли до Солнца, и нынешняя яркость Солнца, и состав атмосферы Земли. Однако всех механизмов, которые задействованы в поддержании умеренного климата на той или иной планете, мы пока не знаем. Мы с коллегами, например, исследовали [110] , как влияют на климат планет, похожих на Землю, различные орбиты, наклон осей и даже продолжительность дня. Зависимость получилась не прямая. Планеты на орбитах, гораздо более эллиптических, чем орбита Земли, вполне способны сохранять среду, насыщенную жидкой водой, в то время как на планетах, где день короче нашего, тепло не так хорошо передается от тропических экваторов к полюсам, и,
110
Я участвовал в проектах, в результате которых в 2008–2010 годах появилась серия статей о вариантах климата на планетах. Первая из них – D. S. Spiegel, K. Menou, and C. A. Scharf. Habitable Climates // The Astrophysical Journal 681 (2008): 1609–23.
Список плюсов и минусов можно продолжать чуть ли не бесконечно. Влажные среды тоже могут быть разными – например, мы предполагаем, что они существуют под ледяной корой спутников вроде Европы, Ганимеда или Энцелада, фонтанирующего гейзерами, в нашей собственной Солнечной системе. Под поверхностью таких небесных тел, вероятно, залегают озера и даже океаны жидкости, и это никак не связано с жаром звезды.
Ясно, что нам недостает данных, чтобы разобраться, как ранжировать подобные вероятности, и в следующих главах я постараюсь рассортировать факты, чтобы понять, что еще можно узнать. Однако разнообразие экзопланет, вероятно, подсказывает нам в наших поисках жизни еще кое-что. Планеты, пригодные для жизни, несказанно разнообразны и по устройству орбит, и по составу и структуре самих планет. И хотя подобная пестрота многому учит нас с точки зрения планетной астрофизики, она ставит и некоторые существенные препятствия на пути науки.
Понимание основ механики, которая стоит за формированием и эволюцией планет, дается гораздо труднее, когда становится ясно, сколько взаимодействующих факторов влияют на явление в целом. Кроме того, эта многогранность создает и еще одно препятствие, которое прямо относится к нашим поискам космического значения: если это разнообразие означает, что на свете нет пары одинаковых планет, как нам оценить свое место среди них?
Выражусь иначе. Ученые любят говорить о поисках «другой Земли» или «землеподобных» планет. Это легкий способ емко назвать поиск миров, похожих на наш набором каких-то основных параметров – от размера и состава до, разумеется, условий на поверхности. Однако в этих невинных фразах таятся нешуточные сложности.
Зачастую считают, будто словосочетание «землеподобная планета» [111] означает другую планету, которую каждый узнает с первого взгляда – с континентами, океанами, облаками, лесами и милыми пушистыми зверюшками. Получается, что наш мир служит шаблоном, образцом, с которым следует сравнивать все остальное. Это слегка отдает старыми представлениями о том, что жизнь на других планетах должна быть похожа на нашу.
Мне представляется, что на самом деле мы ищем планеты, не подобные, а эквивалентные Земле. В данном случае эквивалентность – то же самое, как если бы в автосалоне вам сказали, что нет, вам не продадут красный спортивный кабриолет, зато вы можете приобрести другой автомобиль, не красный, не спортивный, вовсе не открытый всем ветрам, но тоже с четырьмя колесами и двигателем.
111
Я опубликовал научно-популярную заметку об этой идее в сетевой версии журнала «Scientific American» за 26 декабря 2012 года: «Should We Expect Other Earth-Like Planets At All?» // http://blogs.scientificamerican.com/life-unbounded/2012/12/26/should-we-expect-other-earth-like-planets-at-all/
В самом первом приближении требования к планете, эквивалентной Земле, предполагают, чтобы условия на ее поверхности были похожи на условия в каких-то областях Земли в наши дни или в какие-то периоды ее истории. То есть температуры должны благоприятствовать жидкой воде и самой воды должно быть в изобилии, как и химического топлива и сырья. Вероятно, нужна еще и определенная стабильность, отсутствие слишком бурных и частых перемен или избыточного излучения, разрушительного для биологических структур и объектов.
Интересный вопрос – можно ли найти подобные эквиваленты Земле в местах, которые внешне сильно отличаются от нашей родной планеты, и ответа на него нам придется подождать. Однако, прежде чем мы покинем лигу выдающихся планет и двинемся дальше, нам придется научиться у них еще кое-чему, на первый взгляд неочевидному. Наверное, вы думаете, будто то, что планеты столь разнообразны, само собой разумеется, и тем не менее из этого обстоятельства следуют некоторые достаточно сложные выводы, которые могут сыграть важнейшую роль в наших изысканиях.