Нил Тайсон - История всего
Земля заняла орбиту в среднем в 93 миллионах миль[63] от Солнца. На таком расстоянии Земля перехватывает мизерные две миллиардных доли всей энергии, излучаемой Солнцем. Если предположить, что Земля поглощает всю энергию, получаемую от Солнца, то получится, что средняя температура нашей планеты должна составлять около 280 градусов по шкале Кельвина (или 45 по шкале Фаренгейта), что как раз примерно и есть среднее арифметическое между зимними и летними температурами. В условиях нормального атмосферного давления вода замерзает при температуре 273 градуса по шкале Кельвина и кипит при 373 градусах, так что нам очень даже повезло оказаться на таком расстоянии от Солнца, которое позволяет большей части нашей воды оставаться в жидком состоянии.
Стоп — не так быстро! В науке правильный ответ иногда можно получить неправильным путем. На самом деле Земля поглощает лишь около двух третей той солнечной энергии, что до нее добирается. Остальную энергию поверхность Земли (особенно океаны) и атмосферные облака рассеивают обратно в космос. Если соотнести с этим наши расчеты, то получится, что средняя температура Земли должна составить 255 градусов по шкале Кельвина — а это существенно ниже точки замерзания воды. Значит, что-то работает в нашу пользу, повышая среднюю температуру до более приятного и комфортного для жизни уровня.
И снова стоп. Все теории звездной эволюции говорят нам, что 4 миллиарда лет назад, когда жизнь на Земле начинала формироваться из первичного бульона, Солнце сияло лишь в две трети от своей сегодняшней мощности, из-за чего средняя температура на Земле должна была оказаться еще ниже. Может, в далеком прошлом Земля просто располагалась ближе к Солнцу? Однако, когда закончился период основательной бомбардировки, ни один из известных нам механизмов уже не мог сдвинуть какую-либо планету ближе или дальше от звезды в пределах нашей Солнечной системы. Может быть, парниковый эффект земной атмосферы в прошлом был сильнее. Мы точно не знаем. Но мы знаем наверняка, что концепция обитаемых зон — такая, какой ее придумали изначально, — имеет лишь косвенное отношение к тому, может ли жизнь существовать на планете, находящейся в такой зоне. Это стало понятным тогда, когда мы осознали, что не можем объяснить историю жизни на Земле с помощью простой модели обитаемых зон, и, более того, поняли, что вода и другие возможные растворители не всегда зависят от тепла близлежащей звезды, способной поддерживать ее в жидком состоянии.
В нашей Солнечной системе есть два отличных объекта, напоминающих нам о том, что искать жизнь на основе модели обитаемых зон — значит сильно ограничивать себя. Один из них находится вне такой зоны, в которой Солнце позволяет воде пребывать в жидком состоянии, и тем не менее его поверхность представляет собой сплошной океан. Другой, слишком холодный жидкой воды, намекает на другой жидкий растворитель, ядовитый нас, но гипотетически подходящий альтернативных форм жизни. В ближайшее время у нас должна появиться возможность как следует изучить оба этих объекта вблизи с помощью роботов-исследователей. А пока давайте просто подытожим, что именно мы знаем о Европе и Титане.
Поверхность луны Юпитера Европы, по размеру примерно соответствующей нашей Луне, испещрена пересекающимися трещинами, рисунок которых меняется каждые несколько недель месяцев. Для экспертов в области геологии и знатоков планет подобное поведение означает, что поверхность Европы почти целиком состоит из замороженной воды — словно огромная антарктическая льдина покрывает собой целый мир. Постоянные изменения во внешнем облике этой ледяной поверхности приводят нас к удивительному заключению: этот лед, судя по всему, лежит на поверхности огромного всемирного океана. Только ссылаясь на жидкость, по глади которой перемещаются сегменты этой ледяной поверхности, могут ученые удовлетворительно объяснить увиденное в первую очередь самим себе — кстати, увиденное благодаря выдающемуся успеху миссий космических кораблей «Галилей» и «Вояджер». Так как изменения рисунка поверхности Европы происходят повсеместно, нам остается лишь предположить, что под ней движется целый океан какой-то жидкости.
Что это за жидкость и почему она не замерзает? Ученые, изучающие планеты, пришли к двум дополнительным и довольно уверенным заключениям: эта жидкость — вода и она не утрачивает своего жидкого состояния благодаря приливному воздействию планеты-гиганта Юпитера. Сам факт, что молекулы воды встречаются в природе гораздо чаще, чем молекулы аммиака, этана или метилового спирта, делает ее наиболее вероятным веществом из всех, что могут скрываться под поверхностью Европы; а существование на поверхности этой луны замерзшей воды лишь подсказывает, что где-то рядом с ней дона быть и жидкая вода. Но как может эта вода оставаться жидкой, если даже с учетом солнечного тепла температуры в окрестностях Юпитера не превышают 120 градусов по шкале Кельвина (а это минус 150 градусов по шкале Цельсия)? Внутренние регионы Европы остаются достаточно теплыми, потому что приливные силы Юпитера и двух других крупных близлежащих лун — Ио и Ганимеда — бесконечно тянут туда-сюда каменные недра Европы, пока та поворачивается то одним, то другим боком к своим соседям. В любой момент те стороны Ио и Европы, что смотрят на Юпитер, ощущают на себе более мощную силу притяжения, чем стороны, смотрящие в другом направлении. Разница в испытываемой ими гравитации чуть вытягивает твердые тела лун в направлении той стороны, что смотрит на Юпитер. Но так как по мере прохождения своих орбит луны поворачиваются к Юпитеру разными своими сторонами, приливный эффект Юпитера — разница в степени гравитации, которая воздействует на ближнюю и дальнюю стороны луны, — также изменяется, в результате чего в их и так искаженных телах рождается постоянное пульсирование. Из-за него-то внутренности лун и нагреваются. Словно мячик для сквоша или тенниса, который постоянно деформируется под ударами ракетки, любая система, постоянно испытывающая структурный стресс, подвержена росту своей внутренней температуры.
Будучи на расстоянии от Солнца, которое вроде бы гарантирует ей замерзший на века мир изо льда, Ио тем не менее получает первый приз как самая геологически активная территория в Солнечной системе: у нее в арсенале есть и вспучивающиеся вулканы, и разломы коры, и тектонические движения плит. Некоторые сопоставляют сегодняшнюю Ио с ранней Землей, когда наша планета все еще была невероятно горячей, не успев остыть после своего только что завершившегося образования. Внутри Ио температура достигает уровня, при котором вулканы бесконечно выбрасывают неприятно пахнущие молекулы серы и соды на много миль прочь от поверхности этого спутника Юпитера. Собственно, Ио слишком горячая для того, чтобы на ней могла сохраниться жидкая вода, но вот Европа, которая деформируется под воздействием приливных сил менее значительно, чем Ио, потому что находится дальше от Юпитера, нагревается не так сильно — хотя все еще весьма серьезно. Вдобавок к этому всеохватный слой льда на поверхности Европы, словно крышка, давит на расположенную под ним воду, позволяя ей существовать в таком состоянии миллиарды лет не только не испаряясь, но и не замерзая. Насколько мы можем судить, Европа с самого начала сформировалась с этой водой и накрывающим ее льдом на поверхности коры и смогла сохранить этот океан на грани между жидким и замерзшим состоянием на протяжении 4,5 миллиарда лет космической истории.
Соответственно, астробиологи рассматривают мировой океан Европы как первоосновную цель для исследований. Никто не знает толщины его ледяной корки, и она может составлять как несколько метров, так и полмили и даже больше. Жизнь в земных океанах так плодовита, что попытаться приравнять (пусть даже в теории) Европу к Земле в этом плане очень трудно, поэтому Европа остается самым дразнящим объектом в Солнечной системе для любого охотника за внеземной жизнью. Только представьте себе подледную рыбалку на льдинах Европы! Инженеры и ученые Лаборатории реактивных двигателей в Калифорнии уже начали разрабатывать модель космического исследовательского зонда, который приземлится на поверхность Европы, найдет (или вырежет) подходящее отверстие в ее ледяной корке и окунет в нее погружную камеру, которая подсмотрит за жизнью тех примитивных обитателей, что плавают ползают под ней.
Слово «примитивный» более или менее соответствует нашим ожиданиям от этого эксперимента, потому что в распоряжении любых возможных форм жизни Европы есть совсем мало энергии. Тем не менее обнаружение огромного количества организмов, живущих на глубине мили и более под базальтовым слоем штата Вашингтон в основном за счет геотермального тепла, позволяет предположить, что когда-нибудь мы доберемся и до глубин океанов Европы, где обнаружим живые организмы ничуть не хуже тех, что обитают на Земле. Итак, у нас снова вопрос: как мы назовем этих существ — европцами или европейцами?
