В настоящее время, планеты похожие на Землю (их называют экзопланетами), были обнаружены за пределами Солнечной системы. Их количество уже достигло трех тысяч. На самом деле, только в нашей Галактике их могут быть миллиарды; их открытие с помощью нового поколения телескопов – лишь вопрос времени.
Планеты похожие на Землю, их уже тысячи
Новые миры необходимо классифицировать. В первую очередь, разумеется, с точки зрения похожести/непохожести на нашу Землю.
Кому нужны газовые гиганты без твердой поверхности, с ядовитой атмосферой и чудовищным давлением? А их, к сожалению, среди экзопланет – подавляющее большинство. Но есть и планеты, в чем-то подобные Земле. Вот об этом и поговорим.
Методы обнаружения экзопланет
Будем считать, что Земля – идеальное место для жизни; по крайней мере, для белковой жизни, подобной нашей. Что же делает ее такой, какие внешние и внутренние условия?
Начнем с внешних условий. Наше Солнце – желтый карлик спектрального класса G с относительно спокойным характером. Это очень важно – класс звезды и характер ее излучения. Считается, что лишь на планетах небольших желтых, оранжевых (спектральный класс К) и красных (спектральный класс М) звезд могут быть условия для возникновения и неспешного развития белковой жизни.
Затем планета должна находиться в так называемой «зоне обитаемости»: не слишком далеко от светила, чтобы не замерзнуть, но и не слишком близко, чтобы не изжариться. В нашей Солнечной системе в зоне обитаемости находятся три планеты – Венера, Земля и Марс.
Но, ни на Венере, ни на Марсе жизни, подобной земной, нет (разве что какие- нибудь микроорганизмы – и то маловероятно). Венера и Марс удовлетворяют внешним условиям; кроме того, обе планеты – подходящего размера, а значит, и сила тяжести на них несильно отличается от земной. К тому же обе планеты твердые, каменистые, а не газообразные. Казалось бы, что еще нужно для жизни?..
Снимки поверхности Венеры
А нужны «сущие пустяки»: воздух и вода. Точнее, кислородсодержащая атмосфера и вода в жидком, а не твердом или газообразном состоянии. И еще один очень важный для жизни фактор: магнитное поле.
Воздух, вода, магнитное поле
Кислород как необходимое условие жизни не просто присутствует в атмосфере; его должно быть не слишком много и не слишком мало. В воздухе, которым мы дышим, содержится 21% кислорода. Это оптимальное количество для земных форм жизни.
Допустимое же для людей и большинства млекопитающих процентное соотношение кислорода в атмосфере лежит в пределах от 19 до 24%. Для более простых и неприхотливых организмов оно. возможно, имеет более широкие границы. Однако более 27% кислорода в воздухе неблагоприятно даже для растений.
Большую часть атмосферы при этом должен составлять инертный газ (в идеале – азот, которого в земной атмосфере 78%).
Что касается воды, то она должна быть на планете в значительном количестве и жидком состоянии. Это означает, что хотя бы в летний период, когда планета приближается к своему солнцу, температура на ее поверхности будет больше нуля. И меньше ста градусов. Лучше всего – меньше пятидесяти, а то, знаете ли, как-то некомфортно… развиваться.
Некомфортно (да и попросту невозможно!) развиваться, если у тебя над головой нет мощного радиационного «зонтика» – так называемых радиационных поясов, порождаемых магнитным полем планеты.
Дело в том, что любую планету постоянно «поливают» жесткие космические излучения. Это в первую очередь, гамма-излучение собственной звезды, даже такой относительно кроткой и спокойной, как наше Солнце. Но и излучение далеких звезд и прочих космических объектов (его называют космическими лучами) способно натворить на незащищенной планете немало бед.
Нам с вами и в этом смысле исключительно повезло: у Земли есть собственное, достаточно мощное магнитное поле. Твердое земное ядро окружено оболочкой из расплавленного металла, движение которого в полном соответствии с законами физики и порождает магнитное поле.
Снимки поверхности Марса
Радиационный пояс – это часть магнитосферы Земли, расположенный высоко (от трех тысяч до 57 тысяч километров) над ее поверхностью. Именно в нем захватывается и удерживается излучение из космоса – заряженные частицы высоких и сверхвысоких энергий.
А скажем, у Венеры и Марса магнитного поля нет, поэтому нет и радиационной защиты.
Планеты похожие на Землю и их уже 59
Если учесть все эти обстоятельства, окажется, что из трех тысяч экзопланет на роль новой Земли могут претендовать лишь 2% – хотя теоретически их может быть гораздо больше. Но пока рассмотрим те планеты, существование которых подтверждено и доказано, а свойства более или менее исследованы. По последним данным, в этот список входят 59 экзопланет земного типа.
Все они вращаются вокруг желтых, оранжевых или красных звезд, и их орбиты лежат в зоне обитаемости. А вот внутренние условия «землеподобия» у всех разные.
ESI - индекс подобия Земле
Разница между «может иметь» и «имеет» весьма существенна.
Так, на первом месте в списке находится планета Тигарден b, вторая планета звезды Тигарден, находящейся в созвездии Овна на расстоянии 12,59 световых лет от Земли. Ее индекс ESI равен 0,95.
Но каковы реальные условия на этой экзопланете, мы пока не знаем; лишь результаты компьютерного моделирования говорят нам о том, что там могут быть атмосфера, вода и прочее необходимое для жизни. Вероятность этого достаточно высока, исходя из индекса ESI, но мы пока не располагаем техническими средствами «прощупать» атмосферу и поверхность Тигарден b.
Точно так же обстоит дело со следующими тремя «кандидатами в новые Земли». Их индекс ESI также обнадеживает – от 0,91 до 0,93; но наличие необходимых условий для жизни лишь предполагается. Причина проста: эти миры находятся слишком далеко, гораздо дальше, чем Тигарден Ь, и потому недоступны пока для прямого изучения.
И лишь пятая по списку планета, Проксима Центавра b (расстояние от Солнца 4,24 световых года), исследована неплохо.
Ее индекс ESI равен 0,87. Жизнь на планете возможна; хотя, по нашим меркам, условия там не слишком комфортные.
На Проксиме Центавра b довольно холодно. Температура поверхности если и поднимается выше нуля, то ненадолго и в экваториальных областях. Но вода там может быть в жидком состоянии и при отрицательных температурах, поскольку атмосферное давление на планете несколько выше, чем на Земле.
Проксима Центавра b
Наличие кислорода в атмосфере также вполне возможно, хотя его процентное соотношение пока не установлено. Предполагается, однако, что в атмосфере довольно много углекислого газа.
Про магнитное поле ничего пока не известно – а между тем красная звезда Проксима Центавра «поливает» свою планету излучением в десятки раз более интенсивным, чем Солнце – Землю.
Поэтому если магнитное поле есть, а вместе с ним имеется и защитный радиационный пояс, планета останется самым вероятным кандидатом на будущие межзвездные перелеты. Если магнитного поля нет, лететь туда в поисках жизни бессмысленно. В этом случае там могут существовать лишь отдельные, устойчивые к радиации микроорганизмы.
Новый фактор
Может показаться, что мы уже установили все необходимые для существования жизни параметры, и таблица планет по индексу ESI нуждается не в пересмотре, а лишь в пополнении. Однако последние исследования показывают, что для развития жизни имеет значение не только наличие каменистой суши и жидкой воды, но и их соотношение по занимаемой площади. Оказывается, планета-суша так же не пригодна для земных форм жизни, как и планета-океан.
Эти результаты получили физики из Потсдамского института изучения климатических изменений (Германия). Они проанализировали соотношение «вода-суша» на Земле и связали его с обитаемостью различных участков нашей планеты.
Им удалось выявить любопытные закономерности: к примеру, связь эрозии на суше с населенностью континентальных шельфов. Оказывается, продукты эрозии являются для обитателей шельфов источником питательных веществ, но понижают количество углерода на суше. Однако это понижение компенсируется вулканическими извержениями, обильно поставляющими в атмосферу углекислый газ.
Если магнитное поле есть, а вместе с ним имеется и защитный радиационный пояс
Общий вывод, сделанный немецкими учеными, следующий: все подобные процессы связаны так называемой обратной связью. Если бы суши на Земле было больше, чем нынешние 29%, климат на планете был бы более холодным и сухим, что ограничило рост растений и, соответственно, насыщение атмосферы кислородом. Если бы было больше воды (сейчас она покрывает 71% поверхности), шельфовым морям не хватало питательных веществ, что критически сказалось бы на биоразнообразии нашей планеты.
Иными словами, всех перечисленных выше условий, в том числе наличия жидкой воды, еще недостаточно для того, чтобы на планете могли развиться сложные формы жизни. Требуется еще и правильное соотношение суши и воды.
А значит, список из 59 потенциальных «новых Земель» станет еще короче. Намного короче. Но не стоит огорчаться. Вспомним, что в обозримой Вселенной огромное количество галактик, подобных нашему Млечному Пути, а в каждой галактике могут быть миллионы планет, подобных Земле. По теории вероятности, идеальная планета (то есть, планета, во всем похожая на нашу Землю) обязательно должна найтись среди них. И, скорее всего, не одна.
