Калеб Шарф - Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной
Очень трудно разобраться, почему планеты выбирают такое неблагоприятное направление вращения. Насколько нам известно, силы, воздействующие на звезды и их планеты, на ранних стадиях формирования небесных тел заставляют их вращаться и вокруг своей оси, и по орбите в одном направлении. Все остальное обрекает их на скорую динамическую катастрофу: если планеты пытаются двигаться против вращения протопланетного диска, им попросту трудно сформироваться. Откуда же берутся экзопланетные объекты, вращающиеся в противоположном направлении?
Сказать наверняка мы не можем – слишком мало мы знаем о многих членах лиги. Однако очень может быть, что эти планеты и вправду сформировались на гораздо больших расстояниях от звезд-родительниц и двигались «как положено», но затем игра гравитационных полей других планет вынудила их вращаться по очень вытянутым эллиптическим орбитам. В итоге такие орбиты могут встать перпендикулярно плоскости системы, а потом буквально перевернуться, и тогда планета будет двигаться в противоположном направлении – наподобие гимнастического обруча, который оказывается то одной, то другой стороной кверху. В конце концов приливная гравитационная тяга звезды «выправляет» эллиптическую орбиту, возвращает ей круглую форму и подтягивает планету поближе, где мы ее и видим.
Богатый жизненный опыт придает «горячим юпитерам» довольно интересные качества. Одни раздуваются до удивительных размеров, сверх всяких ожиданий, и в результате у них получается очень низкая плотность – иногда даже меньше, чем у воды. А есть и другие планеты-гиганты, которые из-за близости к источнику энергии и особенностей истории своего формирования претерпевают самые разные химические и структурные изменения.
Особенно это заметно по наружности – по верхним слоям их атмосфер. Среда там агрессивная, однако разобраться, какие химические компоненты в ней доминируют, практически невозможно, в отличие от прохладных, но едких и вонючих дуновений кристаллизованного аммиака и метана, которые мы находим на наших Юпитере и Сатурне. В предельных случаях температуры так высоки, что роль воды играют даже атомы железа – они формируют цикл, при котором пары создают облака, а потом проливаются тяжелыми металлическими каплями.
У некоторых «горячих юпитеров» атмосфера насыщена углеродом, а это подсказывает, что и недра у них, вероятно, нашпигованы углеродом в количествах, нам непривычных. Не исключено, что в ядрах таких планет-гигантов залегают алмазные слои – и даже есть некоторая вероятность, что существуют и другие планеты, более скромных размеров, в составе которых углерода больше, чем кремния: вполне допустимый, однако совсем не привычный для нас сценарий.
Вещества вроде газообразных оксидов титана и ванадия, существующие при таких условиях, также вносят свой вклад в облик внешних слоев атмосферы, которые иногда поглощают весь падающий на них свет. Такие планеты впитывают излучение сильнее, чем самый черный уголь. Планеты чернее ночи[100]. Только свет, который их заливает, такой яркий и сильный, что человеческий глаз все же уловит отраженное сияние – словно неумелый хамелеон пытается замаскироваться под чернильную черноту космоса.
«Горячие юпитеры» составляют обособленный класс планет и ни с кем не желают водиться. Однако рядом с ними расположилась еще одна компания – отпетые сорвиголовы, будущие «горячие юпитеры». За неимением официального названия я буду именовать их «планеты-икары»[101]. В отличие от «горячих юпитеров» орбиты у таких планет довольно большие, на один круг уходит несколько месяцев. И не круглые – в сущности, это другая крайность – узкий эллипс, один конец которого находится в десятках миллионов километров от звезды-родительницы, а другой попадает в зону досягаемости звездной «топки».
Температура на некоторых таких планетах в течение их года меняется в сотни раз. В дальних точках, где планеты движутся медленнее всего, условия достаточно терпимые. Однако когда планета приближается к своему солнцу и облетает его в ближайшей точке, температура повышается на семьсот градусов за несколько часов.
Каждый раз, когда планета приближается к звезде-родительнице, гравитационные приливы чуть-чуть замедляют ее. Пройдут миллионы лет, и планета откажется от такой нелепой орбиты – скорее всего, в результате гравитационных столкновений с другими планетами, – и постепенно перейдет на конфигурацию, больше напоминающую круглую орбиту «горячего юпитера». И когда-нибудь планета-икар примкнет к «горячим юпитерам», займет свое просторное кресло у камина, однако рано или поздно ее все равно ждет гибель в звездном пламени.
Рискуют жизнью, подбираясь слишком близко к звездам, не только планеты-гиганты, но и маленькие планеты из камня и металла, выстроившиеся в пределах десятков миллионов километров от звезд-родительниц. Некоторые из них в несколько раз массивнее Земли и, скорее всего, плотнее, и поверхность у них раскаляется до температур, заметно превышающих точку плавления всех мыслимых скальных пород.
Внешние слои таких планет, лишенные защитной оболочки атмосферы, как у гигантов, превращаются в океан лавы, в вечную геенну огненную. Даже металлические составы вроде оксида алюминия испаряются с такой поверхности и снова конденсируются в пылинки, которые сдувает звездный ветер в числе прочего пара и дыма, словно чад от космической плавильной печи[102].
Возможно, эти миры когда-то напоминали наш Нептун, планету, покрытую толстым одеялом из первобытного газа и льдов. Не исключено, что на нынешних орбитах они очутились в результате миграций, а здесь защитный покров развеялся и испарился. А может быть, они всегда представляли собой просто небесные тела из камня и металла, которым не повезло оказаться в нынешних суровых условиях.
* * *Итак, на этом конце экзопланетной гостиной, поближе к камину, сидят самые разные планеты. Однако всего в нескольких шагах от них расположились объекты еще более пестрые и ошеломительно-незнакомые. Например, на соседних креслах сидит группа из девяти крупных планет[103], окруживших одну звезду.
Поначалу кажется, будто в них нет ничего особенно необычного: ведь и вокруг нашего Солнца вращается восемь крупных планет плюс многочисленные транснептуновые тела вроде Плутона. Так что числом девять нас не удивишь. Мы и не удивились бы, если бы не одно обстоятельство: все эти планеты вращаются вокруг своей звезды (так вышло, что это звезда примерно той же массы и того же возраста, что и Солнце) на расстояниях меньше радиуса орбиты Юпитера.
Все эти планеты, кроме двух, которые лишь немногим массивнее Земли, крупные и тяжелые – в 10, 20, даже в 60 раз массивнее нашего домика. И хотя все они плотно упакованы в ужасно тесную на первый взгляд систему, там остается место кое для чего еще. В подобных местах процессы формирования планет идут бесконтрольно – планеты выковываются одна за другой, умудряясь как-то избегать губительных последствий гравитационных взаимодействий между ними. Прямо-таки хочется подойти к таким системам и сказать: «Молодцы, молодцы!»
Теперь уже очевидно, что планетные системы и сами планеты необычайно разнообразны. Это разнообразие поразительно и само по себе, однако заставляет задавать серьезные вопросы и о том, как мы оцениваем собственную вселенскую заурядность, собственную обычность. Мы уже не просто не единственная планетная система на свете – все обстоит гораздо хуже: очень многие из этих новых планет и систем пренебрегают всеми нашими представлениями о нормальности. В некоторых системах у планет экзотические орбиты. Гравитационная динамика так организовала движение этих объектов, что периоды обращения, планетные годы, синхронизированы в виде отношений простых чисел. Например, внутренняя планета делает два оборота ровно за то время, за которое внешняя совершает один оборот. Как будто их движение – часть точно настроенного музыкального инструмента, который меняет высоту звука в соответствии с идеальной гармонией.
Этот феномен называется резонанс. Движения планет по орбитам в таких системах подчиняются этому ритму, поскольку планеты постоянно оказываются в одном и том же месте в пространстве через равные промежутки времени. А в результате гравитационные поля воздействуют друг на друга одинаково, ритмически – и поддерживают синхронизацию. Во время формирования и в ходе истории этих систем орбиты планет медленно менялись и оказались пойманы в это состояние, общее для всех планет и вызванное взаимным гравитационным притяжением, без надежды на побег.
Хотя многочисленные примеры такого рода орбитального резонанса налицо даже в нашей Солнечной системе, у нас им подчиняются почти исключительно движения мелких планет и спутников, а движение крупных планет не знает резонанса, по крайней мере, в такой степени, в какой ему подвластны некоторые экзопланетные системы. Например, орбиты малой планеты Плутон и гигантского Нептуна подчиняются резонансу – на два плутоновских года приходится три нептуновских. Специфическим закономерностям подчиняются и некоторые спутники вокруг гигантских планет. Ио, Европа и Ганимед – спутники Юпитера – подчиняются закономерности в 4, 2 и 1 оборот за один и тот же период. Однако никакие крупные планеты в нашей системе не состоят друг с другом в подобных отношениях, по крайней мере, сейчас, поскольку есть некоторые свидетельства, что когда-то, быть может, четыре миллиарда лет назад, Юпитер с Сатурном танцевали танго с ритмом один к двум.
