Александр Громов - Удивительная Солнечная система
Но главное – главное! – состоит в том, что меньшие экзопланеты пока просто не открыты, а не в том, что их не существует. Взглянем на Солнечную систему – разве мелкие тела численно не преобладают в ней над крупными? Можно поставить годовое жалованье против старой подметки на то, что планеты вроде Земли, Венеры или Марса распространены в Галактике куда более широко, чем «горячие юпитеры», «экзо-нептуны» и «сверхземли». Риска проиграть никакого!
Но если у массивной экзопланеты и плотность высокая, тогда, конечно, другое дело. В 2009 году среди экзопланет объявился рекордсмен по малости размеров: диаметр экзопланеты Kepler-10b всего в 1,4 раза больше диаметра Земли, и при этом ее масса почти в 5 раз превышает земную. У этой экзопланеты потрясающе высокая средняя плотность: 8,8 г/см3 – выше плотности железа и меди! Стало быть, человек на этой экзопланете весил бы раза в два с половиной больше, чем на Земле.
К счастью, человеку делать там совершенно нечего. Экзопланета Kepler-iob обращается вокруг своей звезды по орбите радиусом всего 0,017 а.е., что в 20 с лишним раз меньше среднего расстояния между Солнцем и Меркурием, и вдобавок повернута к светилу одной стороной, как Луна к Земле. Температура на освещенной стороне этой планеты превышает 1500 °C. Пожалуй, не следует особенно расстраиваться из-за того, что этот поджаренный мирок удален от нас на расстояние в 600 световых лет…
Возле некоторых звезд открыты не только отдельные экзопланеты, но и целые семьи экзопланет. На сегодняшний день рекордсменом считается звезда, получившая обозначение Kepler-11 и по основным физическим параметрам похожая на Солнце. Вокруг этой звезды, чья видимая яркость не достигает и 14-й звездной величины, обращается целых 6 экзопланет с массами от 2 до 13,5 земных, причем у пяти из них радиусы орбит настолько малы, что их массы удалось вычислить по взаимному гравитационному влиянию. Эти пять орбит целиком поместились бы внутри орбиты Меркурия, и лишь орбита шестой экзопланеты, самой дальней из обнаруженных, располагалась бы между орбитами Меркурия и Венеры. Эта экзопланета вчетверо крупнее Земли по диаметру, а год на ней длится 118 земных суток.
Необычно и странно! Мы психологически готовы к тому, что такая «сутолока» на ближних орбитах может возникнуть у тусклой маломассивной звезды, но не у звезды, похожей на Солнце. Устойчивы ли орбиты этих экзопланет и не грозит ли одной или нескольким из них быть выброшенными из системы взаимными гравитационными возмущениями, а оставшимся перейти на резко эллиптические орбиты? И нет ли в той системе меньших экзопланет, более похожих на Землю, на более дальних орбитах?
Возможно, и есть. Не исключены и газовые гиганты вроде Юпитера и Сатурна, если только плоскости их орбит хотя бы слегка наклонены к лучу зрения. Ведь уже из того факта, что эта планетная система была открыта «Кеплером», использующим затменный метод, следует, что мы находимся почти точно в плоскости орбит обнаруженных шести экзопланет. «Почти» – этим все сказано. Удаленная экзопланета, проходя между нами и своей звездой, уже не будет проецироваться на диск звезды, и «Кеплер», разумеется, ничего не зафиксирует. Часто ли мы с вами можем наблюдать прохождение Меркурия и Венеры по диску Солнца?
Естественно, нас прежде всего интересуют экзопланеты с условиями, в принципе допускающими возникновение и развитие жизни. Обнаружены ли такие экзопланеты?
Да. Не станем размышлять на тему, может ли зародиться небелковая жизнь на планете, покрытой жидким аммиаком или метаном. Но на 54 из 1235 экзопланет, найденных «Кеплером», в принципе может существовать жидкая вода. Не такой уж малый процент, особенно если учесть, что землеподобные планеты хуже «ловятся», а значит, реально их может быть гораздо больше.
В оптимистическом предположении, выдвинутом американским астрономом Уэсли Траубом, около трети похожих на Солнце звезд имеют по меньшей мере одну землеподобную планету, где может существовать жидкая вода, а значит, возможна жизнь. Так ли это? А если так, то радоваться ли нам тому, что мы, возможно, не одни во Вселенной, или, напротив, опасаться?
И под конец главы – чуточку экзотики. В 1997 году автор этой книги написал роман «Ватерлиния», где выдумал насквозь жидкую планету Капля. По диаметру она была вдвое больше
Земли и состояла практически из одной воды – лишь в самом центре могло быть небольшое ядро из горных пород и своеобразного льда, находящегося под большим давлением. И что же? В 2009 году астрономы нашли экзопланету GJ 1214 Ь, предположительно состоящую на 75 % (по массе) из воды и только на 25 % – из каменных пород и железа. Теоретические выкладки показывают, что планета массой 6–8 масс Земли, образовавшаяся далеко от своей звезды и состоящая преимущественно изо льда, может на ранней стадии эволюции системы мигрировать ближе к звезде, где и «растает». Нормальной газовой планетой она не станет (мала масса), но вполне может стать водной планетой.
Собственно говоря, каждый фантаст отлично знает: ничего (ну почти ничего) нельзя выдумать. Особенно в астрономии. Вселенная настолько разнообразна и удивительна, что почти любой мыслимый феномен существует в ней на самом деле!
14. Перспективы близкие и далекие
Ежесекундно Солнце теряет 4600 т вещества, преобразующегося по формуле Эйнштейна в электромагнитное излучение различных длин волн и нейтрино. Много это или мало? Как-никак такова масса довольно солидного товарного поезда.
Это ничтожно мало по сравнению с массой Солнца (1,989 х 1030 кг). Не надо бояться, что Солнце, постепенно «облегчаясь» (также за счет испускания солнечного ветра), начнет слабее притягивать Землю, из-за чего Земля перейдет на более высокую орбиту, год станет длиннее, а климат – холоднее. Наоборот, нам со временем может стать очень жарко! Точнее, не нам, а нашим очень-очень отдаленным потомкам в оптимистическом предположении, что они у нас будут. Мы помним, что Солнце эволюционирует поперек главной последовательности диаграммы Герцшпрунга – Рессела, а не вдоль нее. Следовательно, светимость Солнца понемногу возрастает, хотя температура поверхности может слегка уменьшиться за счет некоторого, пока еще незначительного «разбухания» нашего светила. Некоторые ученые делают вывод, что первые температурные неприятности проявятся уже через 100 млн. лет.
Но главная неприятность ждет Землю, когда весь водород в зоне энерговыделения «выгорит» и в центральных областях Солнца останется лишь гелий. Поскольку сила тяжести уже не будет компенсирована давлением горячего газа, внутренние области Солнца начнут сжиматься, а их температура увеличится. С Солнцем начнет происходить то же самое, что уже произошло с миллиардами других звезд: оно начнет пытаться подстроить свою структуру к изменившимся условиям. Наконец температура в центре Солнца превысит 100 млн К, и тогда начнется – пока еще вяло, но с повышением температуры все активнее – тройная гелиевая реакция.
Напомню: суть ее в том, что два ядра гелия сливаются, образуя ядро радиоактивного (и, следовательно, неустойчивого) изотопа бериллия-8. Почти наверняка новообразованное ядро тут же и распадется. Но может случиться так, что оно поглотит еще одну альфа-частицу, превратится в ядро устойчивого углерода-12 и выделит при этом 7,3 МэВ. Вроде бы и немного, гораздо меньше, чем при реакциях превращения водорода в гелий, но последствия возгорания тройной гелиевой реакции для звезды колоссальны.
Заурядная звезда главной последовательности превращается в красный гигант. Ее светимость увеличивается минимум в сотню раз, тогда как температура поверхности падает – за счет чудовищного «разбухания». Процесс этот далеко не мгновенный, он длится сотни тысяч, если не миллионы, лет. Взглянем на рис. 95. Эта диаграмма Герцшпрунга – Рессела построена для звезд шарового скопления М3, имеющих практически одинаковый и весьма почтенный возраст. На ней видно, как звезды левой части главной последовательности, в ядрах которых уже выгорел водород, постепенно переходят в область красных гигантов. Никаких «скачков» – лишь плавная эволюция.
Но результат все равно один. Для ближних планет он окажется крайне плачевен. Превратившись в красный гигант, Солнце будет иметь радиус, примерно равный радиусу орбиты Венеры. Разумеется, Венера, не говоря уже о Меркурии, будет испарена. Испарится и Земля, да и на Марсе, пожалуй, станет жарковато. Более-менее сносные условия для жизни белковых тел могут возникнуть лишь на спутниках Юпитера.
Радовать может лишь то, что это случится еще нескоро, никак не раньше, чем через 5 млрд лет. Может быть, это произойдет через 7 или 8 млрд лет – конкретный срок зависит от того, какая из существующих моделей Солнца более справедлива. Солнце – звезда среднего возраста, ей еще светить и светить в «штатном» режиме. Но печальный финал все равно неизбежен.
