Сверхобитаемые миры, или Почему Земля к ним не относится

[Александр]

Сверхобитаемые миры, или Почему Земля к ним не относится

Канадец Рене Эллер (René Heller) и американцец Джон Армстронг (John Armstrong) задались целью основательно критически перетрясти не отдельные концепции сегодняшней науки о потенциальной обитаемости экзопланет, а скорее сам подход, явленный в этой области знания. «Учёные разработали такой язык, — пишут они, — который отрицает возможность существования миров, предлагающих лучшие условия для жизни, чем на Земле». С одной стороны, они вроде бы ошибаются, ибо в последнее время в целом ряде работ проскальзывали упоминания о местах, где те или иные параметры обитаемости лучше наших, земных. А с другой — они, конечно же, правы.

Несравненная Земля — венец творения, или Мы просто ещё не сравнивали?

Обычно, говоря о том, какой должна быть обитаемая экзопланета, её сравнивают с нашим домом: «близнец Земли», «двойник» и т. д., и т. п. — и это не выдумки, а полноценные термины, изначально введённые в оборот сайтом препринтов arXiv.org и иными кузницами вне- и дожурнального научного знания. Но откуда такой, не побоимся этого слова, геоцентризм? Часто можно услышать: мы знаем одну обитаемую планету, поэтому, по принципу среднего, должны полагать, что если нам попался случайный объект из набора, то его характеристики будут ближе к средним для набора, чем к крайним. Следовательно, «самые-самые» обитаемые должны иметь массу, солнечную постоянную и атмосферу, один в один совпадающие с земными. А все остальные будут, так сказать, эрзац-обитаемыми.

Увы, принцип среднего не работает, замечают наши герои. Для начала мы должны быть уверены, что Земля именно из этого набора — то есть из племени обитаемых планет, за пределами которого обитаемости нет. Попросту говоря, в предложении «Нет Бога, кроме Бога» вывод о правоте монотеизма следует только после второй его половины.

То есть логика принципа среднего работает, если все обитаемые планеты представлены теми, что получают основную часть своего тепла от звезды, имеют обширную гидросферу, атмосферу умеренной плотности и прочее, и прочее. Учёные показывают, что в действительности множество миров могут быть обитаемыми, если они получают значительную часть тепла, не дающего воде на их поверхности замёрзнуть, от приливного взаимодействия с другими небесными телами. Это не только пресловутые экзолуны у планет-гигантов далёких систем, которые в рассматриваемой работе называют «суперевропами». Речь идёт и о более экзотических сценариях: так, подчёркивается, что если бы Тейя, ударив по Землелуне порядка 4,5 млрд лет назад, распределила бы массы обоих получившихся тел равномернее (сильнее «ободрав» Землю), то две итоговые планеты могли бы сильно разогреваться друг о друга, и такие конфигурации двойных планет в принципе не исключены.

Не обязательна для планеты и обширная гидросфера или даже наличие континентов, которые иные полагают непременным условием углеродного цикла и жизни. Так, напоминают Эллер и Армстронг, давно показана возможность существования «Дюн» — сухих землеподобных планет, на которых ничтожное количество влаги в атмосфере делает невозможным безудержный парниковый эффект и полную потерю воды, необходимой для жизни. Более того, замечают учёные, континенты часто имеют внутренние области, не очень подходящие для процветания жизни (что легко заметить и на Земле), ибо колебания климата там не умеряются близостью моря. Таким образом, архипелаги, острова и континентальный шельф куда важнее для биоразнообразия.

Более того, планета а-ля Земля вполне может находиться в зоне обитаемости и тем не менее не быть обитаемой. Классический пример — Марс: на его орбите довольно солнечного света для жизни, будь на его месте Земля. Да что Земля — авторы говорят, что если в молодой Солнечной системе поменять Венеру и Марс местами, то четвёртая планета вполне могла бы быть обитаемой благодаря своей значительной гравитации и атмосфере.

Выборка, основанная лишь на Земле, из-за всех этих альтернатив очень груба и вводит в заблуждение, утверждают учёные. Что не менее важно, она не случайна — а значит, применить к ней принцип среднего вообще нельзя. Будь астробиологи двоякодышащими рыбами аммиачного океана с планеты X, которые случайно выбрали одну землеподобную планету для исследования, они могли бы сказать: вот один образец, который, скорее всего, ближе к средним параметрам. Однако мы оказались на Земле до того, как задались вопросом обитаемости экзопланет — а следовательно, для нас принцип среднего неработоспособен, так как у нас случайной выборки нет вовсе.

В общем, говорят Эллер и Армстронг, если это так, то Земля вполне может оказаться планетой, в части обитаемости далёкой как от идеальных показателей, так и от средних. На этой основе они предполагают существование так называемых сверхобитаемых миров — мест, где жизнь цветёт буйнее, а пахнет сильнее, чем у нас. Они ищут — и, что характерно, находят — краткий список моментов, которые могут обусловить такую ситуацию.

Где трава зеленее, чем у нас, или Размер имеет значение

Что это? Факторов, улучшающих обитаемость выше земных стандартов, может быть довольно много. В частности, поверхность экзопланеты, где существует жидкая вода, может быть физически больше, чем на нашей планете. Как ни смешно, судя по специфике биоценозов изолированных островов и той же Австралии, протяжённая обитаемая территория способна здорово ускорить развитие жизни и способствовать появлению значительного количества видов, а также придать больше устойчивости экосистеме в целом. Такой планетой может быть как тело размером с Землю, но без сильного наклона оси вращения, так и экзопланета с более плотной атмосферой или находящаяся в системе оранжевого (или красного) карлика, где значительная часть излучения приходится на инфракрасную часть спектра, то есть льды и снег его не отражают, в силу чего покрытые ими регионы не выхолаживаются до приполярного состояния, как на Земле, а, напротив, существуют в умеренном климате.

Конечно, если планета просто будет больше нашей, это тоже поднимет её формальную обитаемость, но, как замечают учёные, лишь до определённого предела: более пяти земных масс — и она может быть слишком тяжёлой для продолжения тектонической активности (хотя это и спорный вопрос) или даже настолько массивной, что не успеет лишиться водорода, присутствовавшего в её атмосфере в ранний период истории. Тогда планета будет перегреваться и, по всей видимости, станет малообитаемой.

Итак, лучшим размером для сверхобитаемого мира Эллер и Армстронг считают «слегка больше Земли». Кстати, добавляют они, в случае Солнечной системы самой обитаемой планетой очевидно является самая массивная изо всех землеподобных, и это ещё один аргумент в пользу сверхобитаемости многих «суперземель».

И миры-архипелаги, и пустынные планеты лучше Пангеи

Другим фактором процветания жизни может быть рельеф. Планеты, покрытые в основном архипелагами и неглубоким шельфом, должны быть обитаемее Земли: биопродуктивность шельфа много больше открытого моря с океанскими глубинами. Острова же почти не знают пустынь и обычно характеризуются умеренным климатом без резких колебаний температур — тем, чего так не хватает расположенным в центре континентов Сахаре, Гоби, пустыням Австралии и Аризоны.

Как ни странно, но более обитаемыми могут быть и планеты, где водой покрыта не слишком большая часть поверхности (вплоть до «Дюн»), но при этом резервуары с ней расположены равномерно по всей поверхности. В этом случае они не только умеряют колебания климата, но и предупреждают безудержный парниковый эффект на внутренней границе так называемой зоны обитаемости. Вместе с тем на её внешней границе планеты будут не очень склонны к переходу в состояние Земли-«снежка», поскольку не смогут покрыться общим ледовым покровом и тем самым резко повысить альбедо и снизить поток поглощаемого тепла.

Больше газа — больше жизни?

И два слова об атмосфере. Резонно считается, что более массивные аналоги Земли будут иметь более плотную газовую оболочку, и, по всем признакам, замечают авторы, это явный помощник достижения биопроцветания. Более стабильный климат без резких и быстрых колебаний, лучшая защита от космической радиации и ультрафиолета вряд ли могут негативно повлиять на жизнь. Наконец, говорят Эллер и Армстронг, нынешний 21% кислорода в атмосфере тоже далеко не идеален. Хотя кислород выше 35% в атмосфере резко усложнил бы жизнь на планете (самопроизвольно возгорались бы леса), содержание этого газа в диапазоне 22–35% явно ускорит метаболизм наземных и морских животных и растений, с понятными благоприятными последствиями.

Общий вывод из работы вполне очевиден. Мы не знаем, купили ли уже авторы акции компании, продающей места на первый рейс к Альфе Центавра, но это, безусловно, очень солидный промоушен ближайшей звёздной системы, где, кстати, есть одна планета с размерами, близкими к земным. Её звезда — α Центавра B — вполне средний оранжевый карлик (K1 V), примерно на миллиард лет старше Солнца. Статистика известных экзопланет как бы намекает, что там, скорее всего, будут и «суперземли». Учитывая, что они массивнее нашей планеты и старше её, можно предполагать, что сверхобитаемые миры есть именно там. Будем надеяться, что рейс Земля — Центавра пока привлекает только одну сторону.

http://compulenta.computerra.ru/universe/SETI/10010848/