Воображаемая жизнь

Ещё одно следствие земной гравитации, хотя и менее очевидное, заключается в создании на поверхности Луны второй приливной волны в месте, прямо противоположном тому, что находится напротив Земли. Самый простой способ представить себе этот момент — сказать, что гравитация Земли оттягивает поверхность Луны от основного тела Луны с одной стороны и оттягивает основное тело Луны от поверхности с другой. (Кстати, существование аналогичной второй приливной волны, создаваемой Луной на нашей собственной планете, приводит к тому, что океаны Земли демонстрируют два прилива в день, а не один.)

Можно представить две приливных волны Луны как «ручки», за которые может ухватиться земная гравитация. Если бы Луна вращалась быстрее, чем раз в месяц (т. е. поворачивалась бы вокруг своей оси больше одного раза за время, необходимое для облёта Земли), суммарный эффект земной гравитации заключался бы в замедлении вращения — как будто Земля схватилась за эти ручки и тянет назад. Точно так же, если бы Луна вращалась медленнее, Земля схватилась бы за ручки и ускорила её движение. Таким образом, конечным результатом этого является то, что на протяжении всей истории существования системы Земля-Луна Луна стала делать всего лишь один поворот в месяц и всегда обращена к нам одной и той же стороной.

Приливный захват может возникать всякий раз, когда меньший объект вращается на орбите вокруг большего, особенно если орбита меньшего объекта близка к нему, и потому силы притяжения велики. Многие из обнаруженных нами экзопланет расположены близко к своей звезде, поэтому мы ожидаем, что как минимум некоторые из них будут находиться в приливном захвате. Каковы были бы условия на такой планете? Оказывается, в зависимости от особенностей строения планеты и звезды существует множество интересных возможностей.

Сумеречная зона

Наиболее очевидным последствием приливного захвата является то, что обращённая к звезде поверхность планеты будет очень горячей, тогда как сторона, обращённая в космос, будет очень холодной. По сути, поверхность планеты будет наполовину раскалённой пустыней, наполовину замёрзшей тундрой. Однако между этими двумя крайностями будет находиться упомянутая выше переходная зона: тонкая полоса, вытянутая в направлении север-юг, где температура может поддерживать присутствие жидкой воды. Эта переходная зона со всей очевидностью является первым из мест для поиска признаков жизни, похожей на нас.

Если бы вы находились в переходной зоне, то оказались бы в странном окружении. Солнце всегда будет на горизонте, готовое к рассвету или закату, который никогда не наступит. Если отойти от неё слишком далеко в сторону звезды, то окажешься в жаркой пустыне. Отойди от неё слишком далеко в другую сторону — и ты замёрзнешь. С вашей точки зрения, жизнь была бы явлением, ограниченным строгими рамками, привязанным к узкой полосе, опоясывающей планету.

А ещё здесь будут дуть ветры. Один из основных законов физики, второй закон термодинамики (см. главу 2), заключается в том, что тепло перетекает из жарких областей в холодные. На Земле разница температур между тропиками и полюсами относительно небольшая, и имеет место вращение планеты, которое управляет циркуляцией атмосферы и великими океанскими течениями. Представьте себе, что Гольфстрим и господствующие погодные условия — это попытки Земли привести температуру на всей планете к одинаковому значению.

У находящейся в приливном захвате планеты разница температур между обращённой к звезде и обращённой к космосу сторонами будет огромной по сравнению с таковыми на Земле — вероятно, порядка сотен градусов и более. Хотя конкретные особенности будут зависеть уже от географии Гало и расстояния от звезды, можно предположить некоторые общие особенности ветров на планете. Можно ожидать, что газы на стороне, повёрнутой к звезде, будут скорее нагреваться и подниматься, в то время как газы на стороне, обращённой в космос, будут охлаждаться и опускаться. Это создаст общую схему циркуляции, при которой высотные ветры дуют к стороне, обращённой в космос, и одновременно поток холодных ветров возвращает воздух на сторону, обращённую к звезде, на меньших высотах.

Циркуляция воздуха наподобие описанной, когда тёплый воздух поднимается на экваторе и опускается на полюсах, наблюдалась бы и на Земле, если бы планета не вращалась. Она называется ячейкой Хэдли в честь британского метеоролога Джорджа Хэдли (1685-1768), который впервые предложил её в качестве объяснения механизма возникновения пассатов. (Мимоходом отметим, что крупное британское исследовательское учреждение, занимающееся изучением изменений климата, называется Центром Хэдли в его честь.)

Если бы температура была единственной движущей силой циркуляции атмосферы Земли, то на ней существовало бы всего лишь две ячейки Хэдли, в которых тёплый воздух поднимался бы на экваторе, двигался на север в Северном полушарии и на юг в Южном полушарии и опускался бы на полюсах, а более холодный воздух возвращался бы к экватору вдоль поверхности планеты. Поверхностные ветры всегда дули бы с севера в Северном полушарии и с юга в Южном. Конечно, наша планета устроена совсем не так. В действительности на Земле существует три типа атмосферных ячеек: пассаты, дующие с востока на запад вблизи экватора; господствующие западные ветры, дующие с запада на восток в средних широтах; и полярные восточные ветры, дующие, как и пассаты, с востока на запад в Арктике и Антарктике. Эта сложная структура обусловлена вращением Земли. На самом деле, чем быстрее вращается планета, тем больше образуется подобных разграничений. Многочисленные полосы, которые мы видим, например, на Юпитере, частично объясняются тем фактом, что юпитерианский день длится всего 10 часов.

Однако приливный захват Гало означает, что её вращение будет относительно медленным — в конце концов, она делает лишь один оборот за весь свой «год». Поэтому мы ожидаем, что основной движущей силой циркуляции атмосферы будет разница температур между полушариями, обращёнными к звезде и в космос, причём, чем больше будет разница, тем быстрее станут дуть ветры. Расчёты показывают, что на планете, расположенной вблизи её звезды, эти ветры, безусловно, были бы сверхзвуковыми — возможно, достигающими скорости 15 Махов[10] — гораздо быстрее, чем любые ветры в нашей солнечной системе. Основываясь на этой общей схеме атмосферных течений, мы могли бы ожидать, что на атмосферу будут накладываться всевозможные осложнения, подобно тому, как струйные течения и ураганы на Земле накладываются на простую циркуляцию Хэдли.

Существует ещё одно важное следствие разницы температур на Гало. Мы ожидали бы, что любая вода на стороне, обращённой к звезде, быстро испарится из-за высокой температуры. Затем ветры отнесут её на сторону, обращённую в космос, где из-за низких температур она выпадет в виде снега или льда. Таким образом, сторона, обращённая в космос, будет покрыта слоем льда, толщина которого будет зависеть от количества воды на планете (см. в главе 8 обсуждение механизмов накопления планетарной воды в контексте водных миров). Если бы на Гало было много поверхностных вод, как на Земле, то её космическую сторону мог бы покрыть ледник толщиной во много миль, охватывающий всё полушарие. Если бы планета также была достаточно большой, чтобы поддерживать мантийную конвекцию, то её сторона, обращённая в космос, была бы очень похожа на планету, которую в главе 6 мы назвали Айсхейм — с горячей магмой, поднимающейся изнутри через вулканические жерла. Это создало бы под ледником пузыри жидкой воды, где в принципе могла бы возникнуть жизнь. Таким образом, все замечания, которые мы сделали о развитии жизни и цивилизации в главе 6, применимы к подповерхностной стороне Гало, обращённой в сторону космоса.

Но даже после того, как на Гало образовался ледник, горячие ветры продолжали бы дуть. Тепло, переносимое со стороны, обращённой к звезде, может растопить ближайшую к переходной зоне часть ледяной кучи. Если бы всё случилось таким образом, вы могли бы представить себе тонкий океан жидкой воды в форме бублика вдоль внешнего края ледника, растянутого на всё полушарие, который образует ещё один ореол над тем, который даёт планете её название.

Если бы вы оказались в переходной зоне, то вы смогли бы увидеть по одну сторону узкого океана замёрзшую тундру, а по другую — раскалённую пустыню. На самом же деле, открывшееся вам зрелище может оказаться ещё драматичнее, чем это. По мере своего накопления на обращенной в космос стороне планеты, лёд начал бы всё больше напоминать антарктический ледяной покров на Земле. Под действием силы тяжести лёд вытекал бы из центра обращённого в космос полушария в виде могучих ледников. Когда ледники достигали бы берегов океана, от их массива откалывались бы куски, превращаясь в айсберги, как это происходит с ледниками на Земле. Вы будете стоять спиной к пылающей пустыне, слышать плеск волн рядом и наблюдать, как на воде появляются айсберги. Вот это зрелище!

Сильные ветры могли бы оказать два прямо противоположных воздействия на воды Гало. С одной стороны, они ускорили бы испарение с поверхности океана и перенесли бы образовавшийся пар на космическую сторону планеты, как уже говорилось выше. (Вы используете то же явление, когда дуете на что-то, чтобы обсушить это.) С другой стороны, чем сильнее ветер, тем больше будет таять ледник на обращённой в космоса стороне, и тем больше воды будет поступать в переходную зону. В зависимости от того, какой из этих эффектов победит в перетягивании каната, жидкая вода Гало может представлять собой что угодно — от глубокого моря, покрывающего всю переходную зону, до случайной струйки, которая быстро испарялась бы в бесплодной пустыне. Поскольку нас интересует развитие жизни, в дальнейшем мы предположим, что на планете присутствует океан, опоясывающий её всю.

Выполнив наш обычный приём «следования за водой» и исследовав причудливую окружающую среду Гало, мы воспользуемся моментом, чтобы обсудить ещё одну особенность, которую мы можем обнаружить на планетах, находящихся в приливном захвате, — особенность, которая может быть важна для жизни, не похожей на нас.

Кремниевый цикл

Мы знаем, что на Земле Солнце испаряет воду из океанов, и что эта вода в итоге выпадает в виде дождя или снега и возвращается обратно в океан. Это то, что мы называем гидрологическим циклом или круговоротом воды. Одна из самых интересных вещей, которая может произойти на планете, находящейся в приливном захвате, заключается в том, что, по аналогии с гидрологическим циклом на Земле, здесь может сложиться цикл, в котором задействованы минералы на основе кремния.

Представьте себе, если хотите, планету в приливном захвате, у которой обращённая к звезде сторона становится настолько горячей, что камни на её поверхности плавятся. Если бы они состояли из кремниевых минералов, у нас мог бы возникнуть жидкий океан из этих материалов на, обращённой к звезде стороне планеты. (Для справки, температура плавления чистого кремния составляет 2577° F, или 1414° C, тогда как температура плавления диоксида кремния, обычного минерала, составляет 3110° F, или 1710° C.) Часть этой жидкости испарится и, попав в атмосферу, будет унесена ветром на сторону, обращённую в космос. Оказавшись там, она замёрзнет.

Иными словами, на стороне планеты, обращённой в космос, пошёл бы «снег» из твёрдых каменных «снежинок».

Мы можем представить себе процессы, которые вернули бы этот твёрдый кремний обратно в жидкий океан — вероятно, процессы, которые по своей природе являются геологическими, как тектоническая активность на нашей планете. Дело в том, что мы легко можем представить себе «кремниевый цикл». Мы обсудим возможность жизни на основе кремния в главе 15, но сейчас просто отметим, что кремниевый цикл, который мог бы существовать в мире в приливном захвате, мог бы стать местом протекания основных химических процессов, ведущих к появлению новой формы жизни — той, которую мы назвали жизнью, не похожей на нас.

Недавние теоретические расчёты показали ещё один интересный аспект приливного захвата и возможность кремниевого цикла. Под руководством одного из нас (М. С.) студент-стипендиат Джорджа Мейсона Прабал Саксена исследовал, как кремниевые «снежинки», описанные нами выше, могут повлиять на вращение планеты, если они накопятся на стороне, обращённой в космос. Если бы механизм возврата кремния на солнечную сторону отсутствовал, возник бы эффект, аналогичный тому, что происходит в несбалансированной стиральной машине во время цикла отжима. Сдвиг массы «разблокирует» вращение планеты, и планета начнёт поворачиваться таким образом, что сторона, обращённая к звезде, развернётся в космос, и наоборот.

Интересной особенностью этого процесса разблокировки будет то, что ждать его результатов нужно будет всего лишь несколько десятков тысяч лет, тогда как для попадания планеты в приливный захват требуются миллионы лет. Таким образом, на некоторых планетах может происходить постоянная гравитационная битва. На протяжении миллионов лет планета будет двигаться в сторону состояния приливного захвата, но едва это случится, её вновь раскрутит сдвиг массы.

Особенно необычная вариация этой темы может иметь место, если параметры системы окажутся «в самый раз». Планета может выглядеть находящейся в приливном захвате, если смотреть на неё в течение короткого промежутка времени, но если наблюдать за ней в течение тысяч лет, то на самом деле она будет медленно вращаться. Это вращение заставило бы переходную зону медленно перемещаться по поверхности планеты. Что делает эту возможность интересной, так это то, что она заставит живых существ в переходной зоне постоянно сталкиваться с новыми экологическими проблемами. Многие палеонтологи считают, что именно такого рода экологические проблемы привели к развитию человеческого разума на Земле. Например, когда пышные тропические леса Африки начали высыхать и превращаться в саванну, те из наших предков, которые выработали прямохождение, имели преимущество, потому что могли перемещаться с одного участка леса на другой легче, чем другие гоминиды. Это освободило их руки для использования инструментов и, как утверждается, привело к последующему значительному увеличению размера мозга. Существо из переходной зоны столкнулось бы с теми же проблемами, потому что сама зона перемещалась бы по равнинам и горам. Можно ли позволять отстать разуму и технологиям?

Жизнь, разум и технологии

На Гало мы сталкиваемся с ситуацией, которая аналогична обнаруженной нами в водных мирах из главы 8, где есть два места, в которых может развиться жизнь. В данном случае одно из них — это водяные пузыри вокруг горячих источников подо льдом на обращённой в космос стороне планеты, а другое — это океан в переходной зоне. Давайте рассмотрим их по отдельности.

Развитие жизни, разума и технологий в среде, особенности которой определяют слои льда и горячие источники, обсуждалось в главе 6. Основной довод состоит в том, что на Земле многоклеточная жизнь развилась вокруг горячих источников срединно-океанических хребтов, и мы ожидаем, что, какой бы процесс там ни происходил, он может повториться вокруг аналогичных источников на Гало. Кроме того, нет никаких оснований предполагать, что тот тип разума и технологии, который мы обсуждали для Айсхейма (помните трубу?) не смог бы развиться также и подо льдом на Гало. Условно предположим, что всё так и произошло. Каковы же будут последствия?

На Айсхейме, как только цивилизации с гидротермальных источников начнут исследования, они смогут достичь наружной поверхности льда лишь одним способом — двигаясь вверх. С другой стороны, цивилизации из горячих источников на Гало, в дополнение к поиску края своего мира путём движения вверх, могли бы найти его край, двигаясь вбок. Иными словами, они могли бы вырваться из слоя льда в переходной зоне. Выход в океан Гало был бы проще, чем выход в атмосферу над обращённой в космос стороной планеты, так что это один из способов, которыми можно было бы заселить океан переходной зоны.

Но существует и иная возможность, и она заключается в том, что жизнь может развиться в океане на Гало так же, как, по мнению некоторых учёных, она развивалась на Земле. Несмотря на свою несколько необычную географию, этот океан вполне мог обладать всеми свойствами, необходимыми для развития жизни. Повсеместное присутствие сильных ветров может несколько изменить процесс Миллера-Юри, но нет оснований полагать, что он будет остановлен. Например, молекулы в атмосфере могут быть сдуты на слой льда и вернуться в океан в процессе таяния, вместо того, чтобы упасть прямо в воду. Кроме того, география планеты могла бы легко создать множество версий дарвиновского «маленького тёплого водоёма», где могла бы развиваться жизнь (хотя здесь не было бы океанских приливов, чтобы концентрировать органический материал).

Обращая внимание на жизнь в переходной зоне, мы отмечаем, что основной характеристикой окружающей среды будут сильные ветры, дующие со льда в сторону, обращённую к звезде. Мы можем представить себе несколько способов, позволяющих справиться с такими сильными ветрами. Например, живые существа могут оставаться под землёй (или под водой). Если они эволюционируют на поверхности, то, вероятно, будут обладать обтекаемой формой и станут держаться у самой земли, возможно, напоминая приземистых жуков. Ветер может даже сыграть определённую роль в продолжении рода. Мы знаем, что на Земле некоторые организмы вроде устриц используют движение воды для переноса гамет с места на место, а распространение растениями пыльцы при помощи ветра — это обычное дело. Аналогичным образом жизнь на поверхности Гало может использовать ветры для распространения репродуктивных материалов по переходной зоне.

Ещё ветры были бы основным источником энергии для какой-то технологической цивилизации. Вполне вероятно, например, что инженеры Гало разработали бы ветряную мельницу задолго до того, как создадут паровую машину. Несомненно, они очень хорошо научились бы проектировать сооружения, способные выдерживать сильные ветры, и не было бы причин, по которым они не могли бы строить телескопы и развивать астрономическую науку — при условии, что приборы хорошо защищены.

Самым интересным аспектом развития жизни на Гало может оказаться сравнение тех живых организмов, что развивались под ледяным покровом на стороне, обращённой в космос, с теми, кто развивался в переходной зоне. В зависимости от толщины ледяного покрова основной план строения на Гало может породить организмы, которые могли бы легко приспособиться к средам обитания друг друга. По сути, для них переселение из переходной зоны в область под слоем льда может мало чем отличаться от переселения с уровня моря на вершину высокой горы для людей на Земле. Таким образом, «ледяные существа», прокладывающие туннели в переходную зону, и «существа переходной зоны», прокладывающие туннели в лёд, легко могут столкнуться друг с другом.

Если верно утверждение о тенденции естественного отбора к порождению агрессивных видов, которое мы представили в предыдущей главе, то эти столкновения могут быть далеко не мирными. С другой стороны, эти две группы, вероятно, будут обладать взаимодополняющими способностями. Ледяные существа, подобно уроженцам Айсхейма, хорошо показали бы себя в горнодобывающей промышленности и металлургии, в то время как существа переходной зоны добились бы успехов в использовании энергии ветров планеты. Эти две группы могли бы прийти к взаимовыгодному соглашению. В любом случае, их встреча послужила бы отличной основой для научно-фантастического рассказа.

Майк и Джим

Майк: Я вижу, астрономы обнаружили планеты, расположенные так далеко, что они не находятся в приливном захвате.

Джим: Ты имеешь в виду, что они просто свободно вращаются и не повёрнуты к своему солнцу одной и той же стороной?

М.: Именно так и говорят ребята из обсерватории.

Дж.: Какая бы это была странная природная среда. Я имею в виду, что едва часть планеты получит чуточку тепла от солнца, вращение перенесёт его на другую сторону, и оно рассеется.

М.: Да, и это означает, что никогда не удастся создать достаточной разницы температур, чтобы получить ветер приемлемой силы, и потому там просто не было бы гидросферы!

Дж.: А как же можно жить без ветра? Как можно перемещать материалы? Это становится совершенно бессмысленным.

М.: И даже если бы примитивная жизнь всё-таки была, она бы никогда не разработала передовых технологий — как же можно было бы вырабатывать электричество без быстрых ветров и ветряных мельниц?

Дж.: Это точно.

11

ОДИНОЧКА:

САМ ЗА СЕБЯ

Здесь темно. Это не полуночная темнота на боковой улочке, а темнота глубин закрытой пещеры. И неудивительно: в небе нет солнца, потому что это мир-странник, который не обращается вокруг звезды. Где-то там наверху есть луна, но без источника света, который она могла бы отражать, это просто чуть более тёмное пятно на небе. Какие бы формы жизни ни населяли эту планету, им лучше видеть в инфракрасном диапазоне, потому что другого света здесь просто нет. К счастью, на вас надеты инфракрасные датчики, и вы замечаете нескольких из этих существ, спешащих обратно в подземные туннели планеты, где они могут погреться в тепле, исходящем из недр планеты. Добро пожаловать на Одиночку.

* * *

Раньше мы думали, что формирование нашей Солнечной системы было величественным, степенным событием. Гигантские межзвёздные облака газа и пыли конденсировались в куски размером от одной до двух масс Солнца, когда их собственная гравитация стягивала материал к центру. Центральное ядро этих спадающихся облаков, вокруг которого оставшийся газ и пыль образовали вращающийся «блин», в конце концов стало настолько горячим и плотным, что начался ядерный синтез, создавая новую звезду. Во внутренней части солнечной системы вращающиеся газ и пыль слипались в объекты размером с булыжник, называемые планетезималями, которые, в свою очередь, собрались в протопланеты и, наконец, образовали планеты земной группы, которые мы видим сегодня. Тем временем, также под действием силы тяжести, внешние планеты сформировались и объединились в огромные тела, содержащие главным образом более лёгкие элементы — такие, как водород и гелий. В конце концов, остатки газа и пыли унёс сильный солнечный ветер, и мы остались с «окончательным» расположением планет. Основная идея заключалась в том, что планеты, которые мы видим сегодня, сформировались в результате упорядоченного процесса и приблизительно в тех местах, где они находятся и сейчас.

А вот и нет. Эта точка зрения начала меняться в 2005 году, когда астрономы разработали так называемую модель Ниццы (она названа в честь города во Франции, где была впервые сформулирована). Эта модель, построенная с использованием компьютерного моделирования, предполагает, что формирование Солнечной системы было далеко не величественным процессом. По мере того, как на протяжении многих лет модели такого рода совершенствовались, наше видение ранней Солнечной системы претерпело серьёзные изменения. Теперь мы знаем, что образовалось гораздо больше планет, чем их существует сегодня, и что начало больше напоминало титаническую игру в космический бильярд, чем медленное приращение. Объекты размером с планету формировались и разрушались при столкновениях, но лишь затем, чтобы чуть позже сформироваться вновь. Некоторые из этих объектов упали на Солнце. Другие были выброшены из солнечной системы. Гравитационные силы перемешали внешние планеты, вызвав дождь из комет, который принёс воду в океаны Земли. В общем, это было дикое и хаотичное время.

Важным доказательством, подтверждающим эту картину, является следующее: в настоящее время мы можем видеть, как подобный процесс происходит в других планетных системах в процессе их формирования. Например, космический телескоп «Хаббл» видел в системах, где формируются планеты, обломки от столкновений объектов размером с планету. Учитывая этот факт и принимая всерьёз идею о том, что 4,5 миллиарда лет назад объекты размером с планету были выброшены из нашей зарождающейся Солнечной системы, разумно задать простой вопрос: где же сейчас находятся эти миры?

Они не могут просто исчезнуть — значит, они должны быть где-то поблизости. Маловероятно, что многие из них будут обладать достаточно высокой скоростью, чтобы вырваться из Млечного Пути. Следовательно, они всё ещё должны быть где-то там, вращаясь вокруг центра галактики вместе с Солнцем и другими звёздами. На самом деле, если задуматься, между звёздами должно находиться много так называемых планет-сирот. В конце концов, звёзды и планетные системы формировались с тех пор, как Вселенной исполнилось несколько сотен миллионов лет, и сменилось уже много поколений звёзд. Если бы каждая из этих систем внесла несколько объектов в общий запас планет-сирот, количество сирот легко превысило бы количество планет, вращающихся вокруг звёзд. Теоретики даже предположили, что число сирот может превышать число обычных планет где-то минимум вдвое, а максимум — в тысячи раз. Межзвёздное пространство должно быть усеяно ими!

Если это так, то почему мы обнаружили так мало планет-сирот? Чтобы ответить на этот вопрос, спросите себя, как бы вы нашли хоть одну. Как и все экзопланеты, сироты не излучают собственного видимого света, и, конечно же, от их поверхностей не отражается свет от ближайшей звезды. Это означает, что для проведения наших поисков мы не можем пользоваться обычными оптическими телескопами. Сироты испускают излучение в инфракрасном диапазоне, о чём мы скажем ниже, но наша способность осуществлять систематический поиск в инфракрасном диапазоне очень ограничена. По сути, планета-сирота должна была бы случайно оказаться в той точке, на которую мы случайно направили инфракрасные детекторы с какой-то другой целью.

Другой метод обнаружения планет-сирот опирается на данные общей теории относительности. В 1919 году британский астроном Артур (позже сэр Артур) Эддингтон (1882-1944) поразил мир, подтвердив предсказание Альберта Эйнштейна о том, что световые лучи, исходящие от далёких звёзд, искривляются, когда проходят вблизи Солнца. Современные астрономы превратили это свойство света в инструмент, пригодный для обнаружения материи, которую трудно найти иными способами. Эффект, на котором он основан, носит название гравитационное линзирование.

Чтобы понять, как он работает и как его можно использовать для обнаружения экзопланет-сирот, представьте себе планету-сироту, движущуюся в поле зрения между далёкой звездой и наблюдателем на Земле. Луч света, который покинул звезду и прошёл бы мимо Земли в отсутствие планеты-сироты, теперь будет изгибаться, минуя планету-сироту и тем самым будет виден земному наблюдателю. Взглянув в противоположную сторону вдоль этого луча, обнаруженного прибором, этот наблюдатель увидит свет, исходящий от видимого источника, слегка смещённый относительно фактического положения звезды. Поскольку то же самое будет справедливо для лучей, испускаемых звездой в любом направлении, конечным проявлением прохождения экзопланеты-изгоя перед звездой будет изменение изображения звезды с точки на кольцо. Самый простой способ представить себе это — вообразить конус световых лучей, испускаемых звездой, причём все лучи изогнуты планетой-изгоем и фокусируются в местоположении наблюдателя с Земли. Мы называем этот процесс гравитационным линзированием. В честь человека, чья работа позволяет нам понять это явление, астрономы назвали результат этого изгибания кольцом Эйнштейна. Также следует отметить, что если траектория планеты-изгоя несколько отклонена от линии прямой видимости между звездой и Землёй, то мы увидим дуги вместо колец.

Астрономы, наблюдающие за галактиками, уже давно используют гравитационное линзирование для обнаружения галактик, которые недостаточно ярки, чтобы их можно было увидеть обычными средствами. В таких случаях удалённым источником света является другая, но ещё более удалённая галактика, однако эффект здесь тот же. Масса, находящаяся между наблюдателем и источником света, действует как линза, изгибающая световые лучи от далёкой галактики и превращающая её маленькое изображение в кольцо или дугу. Хотя в настоящее время всестороннего поиска экзопланет-сирот с помощью этой техники не проводилось, несколько сирот были обнаружены более или менее случайным образом при помощи гравитационного линзирования.

Таким образом, организация поиска планеты-сироты будет включать поиск ситуаций, в которых точка света, идентифицирующая звезду, превратилась в кольцо или дугу, а затем вновь превратилась в точку. В некотором смысле это было бы похоже на то, как космический телескоп «Кеплер» ищет обычные экзопланеты. Телескоп «Кеплер» непрерывно наблюдает за светом примерно 150 000 звёзд, отслеживая временные затемнения, вызванные планетой, проходящей перед одной из них. Нетрудно представить себе подобный спутник, отслеживающий огромное количество звёзд, чтобы увидеть, какие из них образуют временное кольцо Эйнштейна. Если число планет-сирот так велико, как мы того ожидаем, такой поиск, несомненно, выявит многие из них.

Полуденная тьма

Условия на планете-сироте будут зависеть от многих факторов. Наши компьютерные модели предполагают, например, что когда-то во внутренней части Солнечной системы вращалось более дюжины объектов размером с Марс. Фактически, столкновение одного из них с Протоземлёй привело к образованию нашей Луны. Из-за своей небольшой массы планета-сирота размером с Марс быстро потеряет своё тепло и превратится в холодный мёртвый мир, а её атмосфера либо исчезнет, преодолев силу тяготения, либо превратится в замёрзший слой на грунте.

С другой стороны, суперземлю вроде той, которую в следующей главе мы назовем Здоровяком, может постигнуть совершенно иная судьба. Он не обязательно потеряет свою атмосферу, и у него будет, как минимум, два важных источника энергии: остаточное тепло, полученное при формировании, и радиоактивность. Первый из них относится к тому времени, когда «сирота» ещё вращался вокруг своей звезды, собирая материал из протопланетной туманности и нагреваясь в результате каждого столкновения. После накопления такого тепла для его рассеивания может потребоваться много времени. Земля, например, во время своего формирования расплавилась фактически полностью, и даже сегодня половина тепла, исходящего из её недр, является результатом охлаждения со времён того горячего начала. Другая половина внутреннего тепла Земли образуется в результате радиоактивного распада долгоживущих материалов вроде урана. Ключевым моментом является то, что, когда планета сформировалась, оба этих источника продолжат работать вне зависимости от того, продолжает ли эта планета вращаться вокруг своей звезды или будет выброшена в глубокий космос.

Если планета-сирота является газовым гигантом вроде Юпитера или Сатурна, и у неё есть спутники, существует ещё один возможный источник тепла. Процесс выброса может быть недостаточно интенсивным, чтобы преодолеть гравитационное взаимодействие между планетой и её лунами, поэтому мы можем представить себе блуждающей всю систему — луны и всё остальное. В этом случае луны испытали бы приливный разогрев, как это происходит сегодня у Юпитера и Сатурна. Таким образом, у них легко могли бы существовать жидкие океаны под покровом льда, как у планеты, которую в главе 7 мы назвали Новой Европой.

Вывод из этого обсуждения состоит в том, что планеты-сироты обладают множеством возможных источников тепла, доступного им, и не обязательно должны быть замороженными и безжизненными телами. В других публикациях мы, кстати, сравнивали такие планеты с домами, в которых уже отключили свет, но печи всё ещё греют.

Есть ещё один фактор, который может сделать поверхность планеты-сироты пригодной для жизни, и это своего рода модифицированный парниковый эффект. На Земле парниковый эффект работает следующим образом: солнечный свет проникает сквозь атмосферу, которая прозрачна для света в оптической части спектра. Солнечный свет нагревает поверхность Земли, и его температура заставляет её испускать инфракрасное излучение. Это излучение поглощается такими молекулами атмосферы, как углекислый газ и водяной пар, которые затем повторно излучают его. Часть этого повторно испускаемого излучения в дальнейшем уходит в космос, но часть направляется обратно к поверхности Земли, где оно поглощается. Результатом этого является более высокая температура поверхности планеты по сравнению с тем, какой она была бы при отсутствии этого парникового эффекта. Кстати, без естественного парникового эффекта средняя температура Земли составляла бы 0°F (-18°C).

Если вы отследите детали этого процесса, то поймёте, что для его работы не требуется поступающего солнечного света. Всё, что необходимо, — это чтобы на поверхности планеты был источник тепла, чтобы она испускала инфракрасное излучение. Как мы уже видели, у планет-сирот есть несколько возможных источников тепла. Если у планеты есть достаточное количество поверхностного тепла и атмосфера с достаточным содержанием парниковых газов, можно представить, что планета-сирота является разумным приближением к тому, что мы назвали миром Златовласки в главе 9.

В конце концов, мы можем представить, что планеты-сироты похожи на многие из миров, которые мы рассматривали до сих пор. Единственная черта, которая была бы общей для них всех, — это темнота. Без звезды на их небе единственным источником света для них были бы далёкие звёзды. Какая-то жизнь, развившаяся в таком мире, должна была бы найти что-то помимо видимого света, чтобы ей можно было ощущать окружающую среду.

Давайте подумаем о том, как жизнь могла бы развиваться и процветать на планете-сироте с парниковым эффектом и жидкими океанами на поверхности, и, следуя нашему порядку присвоения соответствующего названия каждой планете, которую мы исследуем, назовём её Одиночкой.

Жизнь, разум и цивилизация

Учитывая огромное разнообразие миров-сирот, было бы удивительно, если бы жизнь не возникла на поверхности или внутри хотя бы некоторых из них. Мы можем представить сценарии, в которых первичный бульон образовывался в океане планеты-сироты, хотя вместо фотосинтеза источником энергии для развитых форм жизни могло бы быть что-то вроде разрядов молнии или радиоактивного излучения. Однако нам кажется, что жизнь, зарождающаяся в глубоководных источниках и питающаяся материалами и энергией, поступающими из недр планеты, является более вероятным направлением развития событий на планете-сироте. Такая последовательность событий уже обсуждалась для мира, который мы назвали Нептунией, в главе 8.

На Земле выход на сушу позволил фотосинтезирующим организмам продолжать использовать энергию поступающего извне солнечного света. На планете-сироте аналогичного источника энергии нет, поэтому для выхода на сушу там по-прежнему будут нужны поднимающиеся из недр материал и энергия или какой-то другой источник химической энергии. Мы можем представить себе жизнь, которая развивалась в вулканических жерлах срединно-океанического хребта, приспосабливаясь к условиям вулканической кальдеры или района горячих источников. Любое удаление от этих источников энергии потребовало бы разработки, как минимум, элементарной технологии — например, сети труб или туннелей, соединяющих одну геологическую горячую точку с другой, по аналогии с нашими электрическими сетями. И точно так же, как эти сети доставляют энергию в отдалённые уголки Земли, сеть на Одиночке будет переносить химическую энергию и материалы по поверхности планеты или, возможно, по всей её внутренней части.

Конечно, как только возникнет цивилизация, могут появиться и более привычные формы энергии — например, геотермальная энергия. Отсутствие фотосинтеза означало бы, что ископаемые виды топлива вроде угля и нефти никогда не будут образовываться на Одиночке, поэтому первичные источники энергии всегда будут ограничены не беспредельными ресурсами самой планеты. Это были бы тепло (то, что мы называем геотермальной энергией), гидроэлектроэнергия (которая использует гравитационную энергию планеты) и ветер (использующий вращение планеты).

В связи с этим возникает важный вопрос. В отсутствии практически безграничного запаса энергии ближайшей звезды у Одиночки в конце концов закончится энергия. Планета остынет, все радиоактивные элементы распадутся, и Одиночка превратится в замёрзшую мёртвую глыбу, вечно блуждающую между звёздами. Таким образом, самый важный вопрос, которым можно задаться в отношении жизни на Одиночке, заключается в следующем: как долго она может продолжаться?

Мы знаем, что основные источники энергии Одиночки, тепло и радиоактивность, могут питать планету на протяжении довольно длительного времени. Даже на такой маленькой планете, как Земля, ещё они дают значительное количество энергии через 4,5 миллиарда лет после образования планеты. В случае суперземли мы могли бы ожидать, что они продолжат функционирование ещё дольше. Таким образом, конечная продолжительность существования планеты не является ограничивающим фактором для жизни на Одиночке.

К слову, отметим, что приливный нагрев не сильно уменьшается со временем, поэтому, если Одиночка — это луна газового гиганта, а не сама планета, у неё будет почти бесконечный источник тепла. Это ещё один способ, позволяющий существовать удивительным планетным телам.

Однако есть одно обстоятельство, с которым придётся иметь дело любому живому существу на планете-сироте, и оно связано с непроглядной темнотой, которая будет его окружать. Давайте сделаем небольшое отступление, чтобы поговорить о свете и тьме.

Законы физики говорят нам, что любой объект с температурой выше абсолютного нуля испускает какое-то электромагнитное излучение. Например, Солнце с температурой поверхности выше 9000° F (5000° C) испускает видимый свет — излучение, длина волны которого составляет от 4000 до 8000 атомов. Земля с гораздо более низкой температурой поверхности около 80 ° F (27 °C) испускает излучение с гораздо меньшей энергией и гораздо большей длиной волны — то, которое мы называем инфракрасным, невидимое для человеческого глаза. Вы сами испускаете излучение этого типа прямо сейчас, с длиной волны, пропорциональной температуре вашего тела. Обычно вы не осознаете этот факт, потому что ваше окружение постоянно посылает на вас инфракрасное излучение с немного большей длиной волны, компенсируя большую часть ваших потерь тепла.

Единственное, чего мы можем ожидать в таких мирах, как Одиночка, — это изобилие источников инфракрасного излучения, даже если там почти отсутствуют источники видимого света. Любого рода «глаза», которые разовьются у обитателей Одиночки, будут обнаруживать эти более длинные волны — те, которые мы назвали бы теплом. (Следует отметить, что многие формы жизни на Земле, такие, как гадюки, которые охотятся в тёмных норах, уже обладают такими инфракрасными детекторами в дополнение к детекторам видимого света.) Точно так же, как люди создали очки и микроскопы, чтобы работать с излучением, которое мы видим и используем для взаимодействия с нашим миром, техники Одиночки могли бы изобрести аналогичные устройства для работы со своим инфракрасным миром.

Таким образом, мы ожидаем, что если на Одиночке появятся астрономы, первым пунктом среди их приоритетов будут инфракрасные телескопы. И если планет-сирот действительно так много, как мы думаем, то первыми мирами, которые увидели бы эти астрономы, были бы соседние планеты-сироты, похожие их собственную, поскольку эти миры ярко выделялись бы на инфракрасном небе. Кроме того, в зависимости от плотности миров-сирот в галактике, среднее расстояние между ними может быть значительно меньше, чем между планетами, вращающимися вокруг разных звёзд.

Представьте себе такую картину: в типичном случае расстояние между звёздами в Млечном Пути измеряется световыми годами, тогда как расстояние между планетами-изгоями вполне может составлять лишь доли светового года. Это означает, что колонизация других миров может показаться обитателям Одиночки более лёгким делом, чем нам — колонизация других звёздных систем. Ближайшая среди них к Земле, Альфа Центавра, находится на расстоянии более 4 световых лет. Если предполагать лишь незначительные улучшения в конструкции космического корабля, подсчитано, что путешествие в один конец от Земли до Альфы Центавра займёт от 80 до 100 лет. С другой стороны, соответствующее путешествие с Одиночки в соседний мир-сироту может занять всего лишь порядка 10 лет.

Указав на это, мы должны отметить, что высокая плотность планет-сирот также предположительно способна изменить стратегии человечества по колонизации других звёзд. Представьте себе ряд поселений, стратегически расположенных на мирах-сиротах как ступеньки к ближайшим звёздам. Представьте себе, что это аналог угольных баз, которые военно-морские силы человечества содержали по всему миру для обслуживания своих кораблей в конце 19 века. Космический корабль, которому не нужно перевозить всё топливо, необходимое для его путешествия, будет гораздо легче обычных современных кораблей и, следовательно, сможет путешествовать значительно быстрее. Вы можете представить себе межзвёздное путешествие как серию коротких, быстрых прыжков вместо утомительного странствия, затянувшегося на десятилетия.

Если уж мы начали думать о создании заправочных станций в мирах-сиротах, следует задать вопрос: а почему бы людям не колонизировать сами миры-сироты? В конце концов, темнота не создаёт нам неудобств — мы знаем, как зажечь свет. Нет сомнений, что вы видели сделанные из космоса снимки поверхности ночной Земли — снимки, на которых планета ослепительно сияет благодаря искусственному освещению. Нет причин, препятствующих нам сделать то же самое в таком мире-сироте, как Одиночка. По сути, как только мы доберёмся до такого рода мира, который мы охарактеризовали как «свет отключен, но печка греет», мы могли бы просто вновь включить свет.

Человеческая колония на Одиночке не так уж сильно отличалась бы от человеческой колонии на Луне или Марсе. Во всех трёх местах основным жилищем был бы купол или подземная пещера. Людям, которые хотели бы выйти наружу на Одиночке, возможно, придётся надеть какую-нибудь защитную одежду, хотя вполне возможно, что существуют планеты-сироты с пригодной для дыхания атмосферой. Отсутствие видимого света означает, что культуры, выращиваемые для питания колонистов, следует снабжать искусственным освещением — чем-то вроде увеличенной версии ламп для выращивания растений ламп, которые люди на Земле используют для выращивания трав у себя на кухне зимой. Эти культуры, скорее всего, будут получены из семян, ввезённых с Земли, поскольку маловероятно (хотя и возможно), что какая-либо флора и фауна на Одиночке будет содержать молекулы, которые могли бы использовать в пищу люди. В конце концов, мы можем даже представить, что генная инженерия могла бы точно подогнать земные пищевые культуры под особенности отдельных миров-сирот, что облегчило бы проблему снабжения продовольствием.

Перспектива колонизации людьми поднимает ещё один вопрос. На первый взгляд, можно подумать, что люди и обитатели таких миров, как Одиночка, находятся в классической ситуации «разошлись, как в море корабли»: мы колонизировали бы планеты вокруг звёзд, а жители Одиночки колонизировали бы планеты-сироты, и наши пути просто никогда бы не пересекались. Однако если бы люди начали колонизировать миры-сироты, мы начали бы конкурировать с колонистами с Одиночки за один и тот же ресурс — обитаемые планеты-сироты. Взгляд на историю человечества показывает, что, когда за один и тот же ресурс конкурируют две группы, результат редко оказывается приятным.

Оумуамуа

Осенью 2017 года произошло довольно необычное событие. Впервые в истории астрономы обнаружили объект из межзвёздного пространства, движущийся через Солнечную систему. Прибор, сделавший это открытие, расположен на Гавайях и называется Pan-STARRS (сокращение от Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System — панорамный исследовательский телескоп и система быстрого реагирования). Он оснащён двумя телескопами и был разработан для каталогизации всех изменяющихся объектов в небе, видимых с Гавайев, в том числе астероидов.

С 1980-х годов, когда учёные обнаружили, что столкновение с астероидом диаметром около 8 миль (13 км) привело к вымиранию динозавров, в научных и политических кругах возникла лёгкая обеспокоенность по поводу того, что может появиться ещё один астероид, и на нём будет написано уже наше имя. Pan-STARRS был первым ответом на эту проблему, и в число его задач входит поиск сближающихся с Землёй объектов, которые могут представлять угрозу для планеты.

Но, как часто бывает в науке, эта система, созданная в ответ на единственную осознанную политическую потребность, оказалась бесценной во многих отношениях. За своё недолгое существование Pan-STARRS собрал базу данных из более чем 3 миллиардов изменяющихся объектов в небе — астероидов, комет, звёзд и галактик. (Забавный побочный эффект: программное обеспечение Pan-STARRS содержит специальный код, который не позволяет ему определять местоположение секретных военных спутников.)

Когда осенью 2017 года в Интернет была выгружена обновлённая версия прибора, одна из первых увиденных им вещей была совершенно неожиданной. Объект длиной в пару городских кварталов вошёл в Солнечную систему из области над плоскостью орбит планет, описал петлю вокруг Солнца и вылетел обратно в космос. Сначала он был идентифицирован как комета, но по его траектории быстро стало ясно, что он прибыл из межзвёздного пространства (и вернулся в него). Объект был назван «Оумуамуа», что по-гавайски означает «разведчик» или «гость из дальних мест». В представлении художников он выглядит как нечто вроде бетонной плиты длиной около 1200 футов (400 м) и шириной около 120 футов (40 м).

Вначале некоторые астрономы предположили, что объект может быть сделан большей частью из металла, и это дало повод для предсказуемых утверждений, что Оумуамуа — это космический корабль, возможно, потерпевший крушение и вечно блуждающий в космосе. Однако попытки обнаружить радиоизлучение (сигнальный маяк?) оказались безрезультатными, и мы считаем, что можно смело сбрасывать со счетов любое объяснение его происхождения, навеянное странствиями звездолёта «Энтерпрайз».

Ещё одной из первых мыслей об Оумуамуа было то, что это астероид, выброшенный из другой планетной системы. Если бы это было правдой, то его форма была бы весьма необычной — среди сотен тысяч астероидов в нашей Солнечной системе, не известно ни одного, который был бы таким длинным и тонким. Если это фрагмент, оставшийся после столкновения планёт в далёкой системе, это может означать, что такие столкновения ещё более катастрофичны, чем мы считаем в настоящее время.

В 2018 году загадка была окончательно разгадана, когда астрономы заметили небольшие изменения в орбите объекта, связанные с выбросом водяного пара, когда он проходил вблизи Солнца. В настоящее время мы считаем, что Оумуамуа — это комета, вылетевшая из другой звёздной системы. В этом выводе есть смысл, поскольку кометы — это самые многочисленные объекты в галактике.

Если межзвёздное пространство действительно усеяно такими объектами, как Оумуамуа, это может оказать серьёзное влияние на парадокс Ферми (см. главу 9). Часть основополагающего довода, как вы помните, включает представление о распространении передовых технологических цивилизаций по всей галактике в течение относительно короткого времени. Однако, если космическому кораблю всё время приходится иметь дело с большими кусками вещества, это может существенно увеличить время, необходимое для его прилёта к нам. Возможно, межзвёздное путешествие на релятивистских скоростях просто невозможно, потому что на таких скоростях было бы сложно избежать столкновений с огромным количеством мусора, плавающего между звёзд.

Майк и Джим

Джим: Я вижу, что Биней 17 вновь взялся за своё. Он запланировал прочитать лекцию о том, почему мы должны исследовать планеты, вращающиеся вокруг звёзд, вместо того, чтобы просто сконцентрировать своё внимание на беззвёздных мирах вроде нашего.

Майк: Но эти планеты просто утонули бы в высокочастотном излучении — ни от одной из них не было бы приличного инфракрасного сигнала.

Дж.: Да, и у него есть сумасшедшая теория о том, что энергию из этого излучения — он называет его «видимым светом» — можно запасать в какого-то рода углеводородной связи.

М.: Хотя на этих планетах может быть приличная геотермальная энергия.

Дж.: Просто прикинь, на что похожа их окружающая среда. Звёзды постоянно извергают плазменные облака — люди, которые изучают звёзды, называют их выбросами корональной массы. Если бы одно из них попало в планету, это немедленно уничтожило бы всякую жизнь.

М.: Это ещё не всё. Глянь на все эти маленькие кусочки камня, плавающие вокруг звёзд и сталкивающиеся с планетами.

Дж.: И на кометы.

М.: Тут не может быть никаких вопросов: межзвёздное пространство — это единственное место, достаточно безопасное для развития жизни.

12

ЗДОРОВЯК:

САМЫЙ ТЯЖЁЛЫЙ