Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной

Шарф Калеб

* * *

Самое простое из этих свидетельств – форма и ориентация орбит, а также местоположение и разнообразие планет Солнечной системы. Уже по одной только конфигурации орбит можно смело утверждать, что Солнечная система принадлежит примерно к 25 % планетных систем, прошлое которых никогда не было особенно хаотичным. Кроме того, в нашей системе нет планет с массой больше земной, но меньше массы ледяных гигантов Урана и Нептуна. А эти гигантские планеты обладают массой в 80 и 100 раз больше массы Земли соответственно. То есть между нашей маленькой каменистой планетой и всеми более крупными небесными телами зияет зазор.

По нашим сегодняшним представлениям как раз планеты в этом промежутке – от супер-Земель до мини-Нептунов – одни из самых многочисленных

планет во Вселенной и превосходят планеты-гиганты числом как минимум в четыре раза. Однако вокруг Солнца нет ни одного примера такой планеты, и нам бы в голову не пришло, что такие планеты вообще существуют, если бы мы не обнаружили их вокруг других звезд. По нынешним оценкам более 60 % других солнц [132] обладают хотя бы одной такой средней планетой.

132

См., например, A. Cassan et al. One or More Bound Planets per Milky Way Star from Microlensing Observations // Nature 481 (2012): 167–69.

Да, конечно, свести всю эту статистику воедино так, чтобы получилась надежная конструкция, довольно трудно. Например, мы на самом деле не знаем, связана ли динамическая нестабильность систем со склонностью формировать супер-Земли и мини-Нептуны. Это все равно что обнаружить в углу сада особенно пышные заросли цветов. Непонятно, почему их там так много – просто так сложилось или этот угол особенно тщательно возделывал невидимый садовник. Тем не менее вполне очевидно, что с этой точки зрения Солнечная система несколько необычна – возможно, своего рода отщепенец, принадлежащий к меньшинству.

Простоты ради предположим, что форма архитектуры орбит и типы планет в системе прямо не связаны. Скорее всего, на каком-то уровне это предположение неверно, однако оно позволяет обойтись без уточненного анализа, который, вероятно, не повлиял бы на общие выводы. Итак, можно рассмотреть все вероятности совокупно и сделать вывод, что Солнечная система, в которой мы живем, принадлежит к 10 % в своем клубе – не больше. Чтобы убедиться в этом, добавим в наш статистический рецепт еще несколько простых фактов.

Например, я говорил о том, что большинство звезд в нашей Галактике меньше Солнца: примерно 75 % из них менее массивны. Эти звезды также обладают бесчисленным множеством планет, которые, по всей видимости, следуют общим динамическим правилам: горячая юность, холодная зрелость. Так что если бы мы осторожно обобщили статистику, возникло бы искушение заявить, что наша Солнечная система и вовсе принадлежит к 2–3 % звезд определенной разновидности с определенным набором и расположением планет. С математической точки зрения это не очень строго, однако основано на реальных числах – и очень важно для нашего поиска своего вселенского значения. В целом наша Солнечная система необычна.

Еще я упоминал о том, что планета должна обладать достаточно мягкими условиями на поверхности, что на ней должно быть много жидкой воды. Астрономы очень любят на основе этой идеи искать «обитаемые зоны» [133] вокруг звезд, диапазоны орбит, где температура на планете аккуратно вписывается между точкой замерзания и точкой кипения воды. Это само по себе существенно уменьшает численность группы, к которой принадлежит Солнечная система и Земля, поскольку добавляет требование, что планеты должны вращаться на строго определенном расстоянии от звезд-родительниц.

133

На эту тему издано колоссальное количество книг и статей, выдвинуто множество интереснейших гипотез и не достигнуто практически никакого согласия по поводу того, на каких именно критериях основываться при решении, способна ли та или иная планета поддерживать жизнь. При всем при том начать изучать эту тему стоит с глубокой книги James Kasting. How to Find a Habitable Planet. Princeton: Princeton University Press, 2010.

Точно

оценить количество таких планет очень трудно, и заниматься этим мне совсем не хочется. По правде говоря, это зависит от великого множества факторов – от состава самих планет, их атмосферы, от стабильности климата, о чем я писал в предыдущей главе. А между тем мы не разобрались во всех хитросплетениях климата на своей собственной планете. Мы считаем, что 4 миллиарда лет назад Солнце было на 30 % тусклее [134] , однако геологические свидетельства показывают, что и тогда на поверхности Земли была жидкая вода. Беда в том, что мы не совсем понимаем, как такое может быть. Даже огромное количество парниковых газов в атмосфере юной Земли едва ли смогло бы, с одной стороны, в достаточной степени согревать поверхность, а с другой – не оказать ни малейшего влияния на состав скальных пород. Некоторые ученые предполагают, что даже фундаментальная форма, размер и оптические характеристики облаков – да-да, облаков! – миллиарды лет назад были не такие, как сейчас. Если бы облака были другими, Земля меньше отражала бы солнечный свет и могла бы поглощать больше его согревающей энергии.

134

Эта проблема получила название «проблемы тусклого молодого Солнца», и она до сих пор не решена, несмотря на то, что статьи с претензией на ответ поступают бесперебойно. Обзор можно прочитать у G. Feulner. The Faint Young Sun Problem // Reviews of Geophysics 50 (2012): RG2006. Лично я подозреваю, что решить ее помогут усовершенствованные (трехмерные) модели, которые позволят точнее описать климат на планетах. И лично у меня есть любимая теория, ничем не подкрепленная: возможно, орбита Земли была не совсем такой, как мы думаем.

Кроме того, у нас подбирается все больше доказательств, что и на Марсе, находящемся сразу за орбитальной зоной благоприятных температур вокруг Солнца, когда-то было вдоволь жидкой воды. Может быть, такое положение дел по геологическим меркам сохранялось недолго, однако бывали времена, когда условия на Марсе были куда более благоприятнее для жизни, чем сейчас.

Можно сделать вывод, что с точки зрения умеренности климата оценить необычность Солнечной системы не так-то просто. Я бы сказал, что в настоящий момент и при нашем уровне знаний мы не можем сколько-нибудь надежно оценить, в какой доле систем есть планеты в умеренных зонах, поскольку сами эти зоны, похоже, весьма переменчивы. Однако если мы учтем при вычислениях еще и историю планет с умеренным климатом в Солнечной системе, то в результате, вероятно, попадем в клуб, в котором состоит менее 1 % всех возможных планетных систем.

Однако все это статистика. Какие характеристики на самом деле определяют неповторимую детальную структуру каждой отдельной системы? Почему у систем есть именно такие шансы сформироваться динамически холодными и горячими и с теми или иными видами планет или без них? И что запускает цепь событий, в результате которых возникает Солнечная система вроде нашей и планета, очень похожая на Землю?

Отчасти ответ, конечно, лежит в области общей физики гравитационных систем и в притяжении газов и частиц, которые клубятся вокруг новорожденной звезды, пока она собирает саму себя из холодной взвеси межзвездного материала. Однако огромный кусок этой головоломки – поистине колоссальный кусок – судя по всему, просто чистая, слепая, беспримесная воля случая.

Астрономы говорят о формировании планет как о стохастическом процессе: хотя в нем заложены и предсказуемые физические процессы, окончательный результат не детерминирован по сути своей, в нем есть элемент случайности. Я расскажу вам, что происходит в целом: вещество вращается по орбите, сталкивается, слипается, объекты взаимодействуют, рассыпаются, растут, расходятся в разные стороны, однако я не могу предсказать, что произойдет с каждой новой планетой, с каждым сгустком вещества. Точь-в-точь нерешаемая задача n тел.