Александр Волков - 100 великих загадок астрономии
Под далекой звездой-водой
Жизнь родилась в воде, и в ее глубинах она переживет, наверное, даже «конец света». Без воды не может быть и жизни – вот аксиома, впитанная нами с молоком матери, с первыми каплями воды, выпитыми в детстве. Недаром богатое воображение астрономов расплескало немало влаги на картах соседних планет: моря Ясности, Спокойствия, Изобилия – идиллические пейзажи Луны, каналы и моря – на Марсе. До эпохи космонавтики профессия астронома определенно перекликалась с ремеслом гидротехника.
После запуска многочисленных зондов к планетам Солнечной системы их моря превратились в пустыни, чей вечно иссушенный грунт никогда не омывают дожди. И вдруг все повторилось, но только в той несусветной дали, где мелькают не видимые нами планеты. Однако математические расчеты позволяют детально разглядеть их рельеф. Впрочем, те же расчеты показывают, что на поверхности многих планет никакого рельефа мы не увидим. На них мечта наших прадедов – небесные «моря» и «каналы» – внезапно воплощается с таким размахом, что на планетах не остается ни клочка суши. Все покрывает громадный Океан. Над его гладью никогда не заходит «солнце».
«Возникновение подобных планет – это обычное явление для космоса», – отмечает Сэн Реймонд из Вашингтонского университета. В 2003 году он обнародовал свои модели формирования планетных систем. В этих сценариях крохотные зародыши планет сновали между одиночной звездой и газовым гигантом, похожим на Юпитер. Ученый менял орбиту и массу псевдоюпитера. Всякий раз под влиянием его притяжения многочисленные комья сливались в более крупные глыбы, состоявшие из камня и льда. В конце концов возле гипотетических звезд зарождалось от одной до 4 планет земной группы. Самая маленькая из них оказалась в 5 раз меньше Земли, а самая большая – в 4 раза крупнее. Поражало количество воды, накапливавшейся на них. В некоторых моделях воды было в триста раз больше, чем на Земле. На поверхности этих планет простирался бескрайний океан. Похоже, и впрямь зарождение таких планет скорее правило, чем исключение. Возможно, рядом с газовыми гигантами почти всегда рождаются водные миры.
Строение водяной планеты
Более подробную модель составил французский астроном Ален Леже. Его водные миры в пару раз больше Земли, но остаются «безвидны и пусты». Библейские слова «И Дух Божий носился над водою» точно о них сказаны – об этих закономерно возникших планетах. Они словно пережили Всемирный потоп и теперь покрыты толщей воды в 150 километров. Для сравнения: средняя глубина Океана на нашей планете – всего шесть километров.
Вообще же эти планеты отличаются своей особой, геометрической красотой. Вот остов далекого мира – ядро из металла и камня диаметром 7–8 тысяч километров. Его облегает ледяной панцирь толщиной 5 тысяч километров. Над ним – Океан и воздушная оболочка. И неужели такие планеты есть на самом деле? Уж не математический ли призрак они?
Недавно итальянский астроном Кристиано Космовичи обнаружил на довольно близком расстоянии от Земли несколько источников микроволнового излучения. Они находились, например, в окрестности звезды ипсилон созвездия Андромеды и в созвездии Эридана. Судя по характеристикам излучения, там есть скопления воды.
И как могли образоваться эти «водные миры»? Предположительно, это бывшие газовые гиганты. Таких планет в космосе множество, как свидетельствуют открытия последних лет. У каждой гигантской планеты имеется свое ледяное ядро, а поскольку эти планеты обычно движутся по очень вытянутой траектории, сближаясь со звездой, то ядро постепенно тает. Так поверхность планеты покрывается океаном…
… или «воспоминанием об океане» – клубами водяных паров. В 2004 году возле звезды GJ 436 – красного карлика, расположенного по соседству с Землей, в 30 световых годах от нее, – астрономы обнаружили небольшую планету, которая, судя по плотности, состояла в основном из воды и некоторого количества горных пород. Однако заблуждался тот, кто мечтал найти на этой планете океан, полный жизни, океан, который кишит водными организмами. Планета располагается слишком близко к звезде – всего в 4 миллионах километров от нее, а потому ее наружный слой разогрет до 300 °C. Вместо необозримого синего моря здесь простирается густая завеса из водяного пара. Это – «паровой гигант», или своего рода «паровой котел», у которого не осталось стенок.
В недрах же этой планеты вода под большим давлением переходит в особое состояние. Вода, как установили ученые, может принимать более десятка различных состояний, и известный нам лед – лишь одно из них. При чрезвычайно высоких давлениях вода становится твердым телом, значительно более плотным, чем лед (так углерод при очень высоком давлении превращается в алмаз). Физики называют подобные экзотические состояния «лед VII» и «лед Х». Если бы океаны на нашей планете были гораздо глубже, то эти необычные формы воды встречались бы и на морском дне.
Поиски водных миров – сейчас одна из главных задач, стоящих перед астрономами. Ведь там, где есть вода, может быть и жизнь. Тому есть несколько объяснений.
Считается, что жизнь может уцелеть лишь на планетах, чья ось вращения устойчива. Если же планета «кувыркается», то условия обитания на ней меняются так резко, что популяции животных могут погибнуть. Однако, если вся планета равномерно покрыта океаном, то положение ее оси вращения не играет особой роли. Даже если ось повернется, и тот или иной участок планеты внезапно окажется ближе обычного к своему «солнцу» или, наоборот, гораздо дальше от него, то толща океана компенсирует гигантские перепады температуры.
Многокилометровый слой воды, подобно земной атмосфере, защитит животных, прячущихся в ее глубине, от жесткого ультрафиолетового излучения или потоков высокоэнергетичных частиц. Им незачем жить в ожидании бед – их спасет океан. Расчеты показали, что жизнь на дне громадного океана уцелеет, если даже неподалеку взорвется сверхновая звезда.
Как отмечают многие ученые, страшнее всего для зародившейся жизни будет, если планета, перемещаясь по своей орбите, покинет достаточно узкую «зону жизни». Но вот для «водных миров» это не так опасно. Когда планета, полностью покрытая водой, движется по эксцентричной орбите, опасно сближаясь с «солнцем», верхний слой воды неминуемо вскипит и испарится. Однако это не погубит жизнь. Организмы, населяющие океан, будут лишь периодически совершать миграции, то забираясь поглубже, когда небесный жар выжигает планету, то всплывая к поверхности, когда водяные пары, конденсируясь, будут непрестанно проливаться дождем. Часть их переживет и ледниковый период, который наступит, когда планета удалится от «солнца».
Но какая жизнь может ждать нас там, где от горизонта до горизонта – лишь мерный ход волн? Можно ли вообразить носителей разума, таящихся среди бурунов? В богатой галерее инопланетян, созданной писателями-фантастами, почти нет места разумным существам, не кажущим носа из подводного царства. Разве что вспомнятся дельфины, которых лет сорок назад энтузиасты объявляли нашими «братьями по разуму». Да вот еще знаменитый британский фантаст Артур Кларк в одном из своих рассказов описал гигантских кракенов, наделенных разумом. Они создают подводную цивилизацию, изъясняясь на языке световых сигналов. Стоит вспомнить и «Солярис» Станислава Лема, где Океан, покрывший планету, – одно огромное мыслящее существо.В поисках «второй Земли»
Постепенно астрономы научились отыскивать планеты все меньших размеров. В списке открытий – уже не редкость планеты размером с Нептун, с твердым ядром внутри. Чем меньше планета, тем ближе ее условия к земным, тем вероятнее, что ее поверхность окажется твердой и что она будет окружена воздушной оболочкой.
«Суперземлей» повелось называть громадные внесолнечные планеты земного типа. Впрочем, к этой категории относят планеты лишь по их массе, а не по тому, похожи ли они на Землю и населены ли они живыми организмами. Пока подобные планеты составляют около 3 % всех обнаруженных нами почти семи сотен экзопланет. Понятно, что любая новая «суперземля», найденная астрономами, вызывает всеобщий интерес и становится темой для различных пересудов.
В принципе, в нашей Солнечной системе ни одна планета не похожа на «суперземлю». Небесные тела, отнесенные к этой категории, очень разнолики: одни из них полностью покрыты океаном, другие состоят из чистого железа и скорее напоминают гигантское пушечное ядро, третьи сложены из углерода. Последние, по нашим меркам, особенно экзотичны. По мнению ряда астрономов, под их верхним слоем, вероятно, простирается алмазная толща.
Первая «суперземля» была открыта в 2005 году. Она располагалась близ звезды Глизе (Gliese) 876 и получила название Глизе 876d (еще ранее возле той же звезды были обнаружены две планеты величиной с Юпитер). Масса этой планеты почти в 6 раз выше массы Земли, а период ее обращения составляет всего двое суток. Температура ее поверхности – примерно 650 кельвинов.
