10

ГАЛО:

ЖИЗНЬ НА ТЕРМИНАТОРЕ

Солнце стоит на горизонте. В этом нет ничего удивительного – здесь солнце всегда стоит на горизонте. Оно никогда не движется в небе. Со своего наблюдательного пункта на вершине горы вы можете посмотреть вниз на залитую солнцем часть планеты, где вы видите скорченную, измученную, выжженную солнцем пустыню. Прищурившись, взгляните в другую сторону, в темноту другой половины планеты, и вы сможете разглядеть гигантские горы льда. Узкая переходная полоса, называемая терминатором, где вы совершили посадку, является единственным местом, где жизнь может уцелеть на этой планете двух крайностей, одна сторона которой вечно горяча, а другая вечно холодна. В окружающей вас природной среде господствуют свирепые ветры, дующие из пустыни в сторону ледников, и неподалёку вы можете увидеть ветряные мельницы, построенные существами, живущими под поверхностью планеты. Несколько обслуживающих ветряные мельницы инженеров и техников, которых вы замечаете, – это существа обтекаемых очертаний, едва возвышающиеся над землёй. А как ещё они смогли бы противостоять ветрам Гало?

* * *

До этого момента мы посещали планеты, которые вызывают определённое ощущение знакомого мира. В конце концов, вода, лёд и океаны – это часть повседневного опыта здесь, на Земле. Однако наши следующие визиты будут на планеты, которые уже не кажутся нам такими знакомыми. В этой главе, например, мы рассмотрим миры, которые всегда обращены к своей звезде одной и той же стороной, поэтому их сторона, обращённая к звезде, раскалена, в то время как другая сторона, обращённая в космос, обжигающе холодна. В таких мирах существует лишь узкая переходная зона между горячим и холодным. Она окружает планету подобно ореолу (гало). Собственно, мы и примем во внимание эту особенность, использовав её в качестве названия нашей воображаемой планеты: Гало.

Приливный захват

Вы с детства знали, что Луна всегда обращена к Земле одной и той же стороной, но задумывались ли вы когда-нибудь о том, какое совершенно необычайное совпадение необходимо для такого положения дел? Чтобы оставаться обращённой к Земле одной и той же стороной, Луна должна повернуться вокруг своей оси один раз за то же самое время, которое требуется для завершения одного оборота по орбите. По сути, её «день» должен быть ровно такой же длины, что и её же «год». Любое другое соотношение между её вращением вокруг своей оси и вращением вокруг Земли показало бы наблюдателям на нашей планете её обратную сторону.
Невероятное совпадение? Ну, не настолько. Как ни странно, но такого рода ситуации – довольно обычное дело в галактике. Говорят, что Луна находится в приливном захвате у Земли (или, на как говорят астрономы, синхронизирована). В нашей солнечной системе многие луны находятся в приливном захвате у своих планет, тогда как другие находятся в более сложных приливных отношениях, известных как орбитальные резонансы. Также возможно, что планета будет находиться в приливном захвате у своей звезды, особенно если расстояние между ними невелико. Мы считаем, например, что все семь планет размером с Землю, вращающиеся вокруг звезды TRAPPIST-1 (см. главу 13), находятся в приливном захвате, и в качестве исторического экскурса скажем, что мы привыкли считать, будто Меркурий всегда обращён к Солнцу одной и той же стороной, прежде чем точные измерения его вращения доказали, что это представление ошибочно.
Как подразумевает само название явления, Луна всегда обращена к Земле одной и той же стороной из-за действия приливов и отливов. Мы привыкли думать о приливах и отливах на Земле как явлении, связанном с океанами. Любой, кто проводил время у морского берега, знает, что каждый день бывает два прилива, а услышав слово «прилив», мы автоматически думаем о повышении и снижении уровня воды. Мы знаем, что эти океанские приливы вызваны силой тяготения Луны и, в меньшей степени, силой тяготения Солнца.
Однако на нашей планете существует другой вид приливов, который столь же регулярен, как и океанские, но далеко не так хорошо известен. Чтобы понять это утверждение, вы должны осознать, что, где бы вы ни находились, два раза в день земля под вами поднимается и опускается чуть менее чем на 1 фут (около 30 см) во время так называемого земного прилива или смещения уровня поверхности. Подобно океанским приливам, земные приливы на нашей планете вызваны силой притяжения Луны. Обычно мы их не замечаем, потому что подвергшаяся её действию область планеты имеет тысячи миль в поперечнике. Например, если поверхность большей части континентальной территории Соединённых Штатов поднимается на 1 фут или около того в течение многих часов, по сути, никаких заметных эффектов не наблюдается – в действительности же земной прилив можно обнаружить лишь очень чувствительными научными приборами. (Например, учёные, работающие с Большим Адронным Коллайдером в Швейцарии должны учитывать земные приливы при выполнении тонких настроек своей машины.)
Если Луна может вызывать приливы и отливы на Земле, то из этого следует, что гравитационное воздействие Земли может вызывать приливы и отливы на Луне, и это именно то, что приводит к приливному захвату. Подобно поверхности Земли, поверхность Луны в некоторой степени эластична. Он реагирует на силу притяжения Земли, слегка перемещаясь вверх и вниз, когда Земля проходит над ней. Это создает так называемую приливную волну. Волна всегда находится под Землёй и по мере вращения Луны перемещается по её поверхности, так что разные части Луны приподнимаются в разное время.
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* – 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

Боже, какой же ты тяжёлый! Здесь всё кажется гораздо тяжелее. Растения, которые вы видите, толстые и низкорослые – они скорее прямоугольные, чем вытянутые и изящные, как на Земле. Хотя в данный момент вокруг нет ни одного животного, вы подозреваете, что они тоже должны быть прямоугольными и приземистыми. А чего ещё можно ожидать на планете, сила тяжести которой на 50 процентов больше земной?

* * *

На протяжении всей этой книги мы делали одно предположение – предположение, настолько глубоко укоренившееся в научном мировоззрении, что мы его почти не замечаем. Оно называется «принципом Коперника» в честь Николая Коперника, который первым установил, что Земля не является центром Вселенной. В своей простейшей формулировка принцип гласит, что в нашей планете или нашей солнечной системе не существует ничего особенного. Он говорит нам, что законы природы, которые мы видим работающими здесь и сейчас, действуют по всей Вселенной и действовали всегда.
Трудно переоценить важность этой идеи в науке. Как бы мы смогли прийти к пониманию Вселенной, если бы законы природы менялись от одной галактики к другой? Принцип Коперника является примером того, что антропологи называют глубинным мифом – убеждением, настолько глубоко укоренившимся в обществе, что оно никогда не излагается явно, а просто принимается как есть (хотя мы должны отметить, что в случае принципа Коперника существует множество доказательств в поддержку «мифа»). Однако, сказав это, мы должны признать, что, хотя в каждой планетной системе должны действовать одни и те же законы природы, это не означает, что все планетные системы должны быть одинаковыми. Тем не менее, у нашей Солнечной системы существует одна особенность, которая кажется несколько необычной: у нас не представлен тип планеты под названием суперземля.
Самый простой способ понять это утверждение – это посмотреть на массы планет в нашей солнечной системе. Существуют маленькие каменные планеты земной группы, среди которых самой большой является Земля, а далее следует разрыв, пока мы не добираемся до Урана (15 масс Земли) и Нептуна (17 масс Земли). После этого у нас есть ещё газовые гиганты Сатурн и Юпитер, имеющие 95 и 318 масс Земли соответственно.
Почему же существует разрыв? Ваша первая мысль может состоять в том, что по какой-то причине планеты в этом диапазоне масс просто не формируются. Однако открытия, сделанные космическим телескопом «Кеплер», показывают, что это не так. Планеты, занимающие промежуточное положение по массе между Землёй и Ураном, оказались довольно широко распространёнными в других системах. Вообще, сложилось неформальное соглашение, которое определяет различия между суперземлями (от 2 до 10 масс Земли, причём нижний предел слегка варьирует от одной группы астрономов к другой) и мега-землями (свыше 10 масс Земли).). Планеты в верхней части этой шкалы распределения масс можно также назвать мини-нептунами.
Первая суперземля, вращающаяся вокруг обычной звезды, была открыта в 2005 году. Она называется Глизе 876 d, что означает – это третья планета, найденная на орбите 876-й звезды в каталоге, составленном немецким астрономом Вильгельмом Глизе (1915-93). С 2005 года было открыто еще много суперземель, в том числе некоторые, находящиеся в ЗООЗ их звезды.
Когда астрономы используют термин «суперземля», он относится только к массе и не содержит никакой информации о размерах или обитаемости планеты. Суперземля может быть водным миром, подобным тому, что мы назвали Нептунией в главе 8, замёрзшим миром вроде того, который мы назвали Айсхеймом в главе 6, или миром наподобие того, который мы назвали миром Златовласки в главе 9, с океанами на поверхности и сушей. Из-за имеющихся в нашем распоряжении методов измерений каменистая суперземля с разреженной атмосферой, водяная суперземля с ледяным покрытием или без него и планета вроде Нептуна, с толстым внешним слоем газов вполне могут казаться нам одинаковыми. Однако, учитывая наше внимание к живым системам, в этой главе мы ограничим наше внимание типами суперземель, которые могли бы поддерживать жизнь.
Мы можем начать разговор, попытавшись ответить на вопрос, заданный выше: если такие миры настолько обычны в других системах, почему в нашей собственной системе такого нет?
Есть несколько вариантов ответа на этот вопрос. Один из них – просто заметить, что существует ряд систем, в которых суперземель нет, и утверждать, что наша просто случайно является одной из них. Другой подход состоит в изучении компьютерных моделей, описывающих формирование Солнечной системы, и в поиске процессов, которые могли бы уничтожить какие-то суперземли, которые в ней когда-то были. В некоторых моделях, например, движение планет-гигантов смещает суперземли в сторону Солнца. В других случаях гравитационное «перетягивание каната», продолжавшееся во времена образования планет, выбросило суперземли из системы, превратив их в планеты-сироты, которые мы обсуждали в предыдущей главе. Однако какова бы ни была причина – образовались ли они, а затем были уничтожены, или же вообще никогда не образовывались, – в настоящее время в нашей Солнечной системе суперземель нет.
Это не является нарушением принципа Коперника. В нашей планетной системе действуют те же законы, что и везде, но в особенностях того, как зарождалась наша система, есть нечто, породившее иной результат по сравнению с тем, что мы наблюдаем в других системах. Возможно, распределение массы в облаке туманности нашей системы было немного иным; возможно, проходящая звезда потревожила газы в туманности во время формирования планет. Какова бы ни была та причина, рядом с нами нет суперземли, которую можно изучать.

Очень сильная гравитация

Отсутствие суперземель в Солнечной системе не означает, что мы не можем установить, какие условия могли бы существовать на одной из этих планет. Давайте начнём с наиболее очевидного различия между суперземлёй и нашей Землёй: с гравитации. Согласно закону всемирного тяготения Ньютона, сила притяжения, действующая на любой объект, прямо пропорциональна его массе – удвойте массу планеты, сохранив при этом её геометрические размеры, и вы удвоите силу тяготения на её поверхности. Закон также гласит, что сила уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния – удвойте радиус планеты, сохранив её массу неизменной, и сила притяжения на её поверхности составит четверть от той, что была.
Эти две характеристики определяют силу тяжести на поверхности любой планеты. Например, прямо сейчас Земля воздействует на вас направленной вниз силой тяготения – вот почему вы не улетаете в космос. Величина силы зависит от массы Земли и вашего расстояния от центра Земли (т. е. радиуса планеты). Фактически, одним из величайших триумфов закона Ньютона является то, что если вы примените его к массе и радиусу Земли, вы получите стандартные 32 фута в секунду в квадрате (9,8 м/сек2), что соответствует ускорению любого объекта, падающего на поверхность Земли.
Таким образом, определение силы тяжести на гипотетической планете предполагает простой ньютоновский расчёт. Рассмотрим, например, суперземлю в восемь раз массивнее Земли, но с той же плотностью. Её радиус был бы в два раза больше земного. Таким образом, при определении силы тяжести на поверхности планеты необходимо было бы учитывать два конкурирующих эффекта: большая масса увеличивает силу, в то время как больший радиус уменьшает её. В результате на этой планете вы будете весить в два раза больше, чем здесь, на Земле.
Вполне возможно, ситуация на настоящей суперземле была бы не такой простой. Увеличенная сила тяжести, скорее всего, сжала бы материалы в теле планеты, так что её радиус превышал бы земной меньше, чем в два раза. Это, в свою очередь, приведёт к увеличению силы тяжести на поверхности и, следовательно, к увеличению вашего веса.
Увеличенная сила тяжести также повлияла бы на состав атмосферы на суперземле. Например, она усложнила бы диссипацию атмосферы, которую мы обсуждали для планеты Златовласки в главе 9. Таким образом, вполне вероятно, что атмосфера суперземли сохранит такие лёгкие газы, как гелий и водород, собственный запас которых Земля большей частью растеряла.
Кроме того, возросшая сила тяжести увеличила бы давление на атмосферу и океаны планеты. Самый простой способ убедиться в этом – вернуться к примеру, который мы использовали в главе 8, где мы говорили о колонне с основанием в виде квадрата со стороной в 1 дюйм (около 2,5 см), которая поднимается от вашей руки до космоса. Давление на этот 1 квадратный дюйм вашей руки будет равно весу воды и воздуха в колонке. Это означает, что если бы в атмосфере суперземли находилась та же масса воздуха и воды, что и на Земле, где давление в колонне составляет 14,7 фунтов (6,5 кг), то давление на 1 квадратный дюйм вашей руки составляло бы около 30 фунтов (14 кг). Это, в свою очередь, означает, что явление, которое мы назвали пределом льда X в главе 8, на суперземлях будет наблюдаться в более мелких океанах, чем на планете вроде той, что мы назвали Нептунией.

Жизнь и выход на сушу

Давайте чисто теоретически рассмотрим суперземлю в восемь раз массивнее, чем Земля, но с той же плотностью – планету того типа, о котором мы говорили в предыдущем разделе. Давайте предположим, что она находится в центре ЗООЗ своей звезды, и на её поверхности есть океаны жидкой воды. Мы назовём эту планету Здоровяком.
Нет никаких причин, по которым на Здоровяке не повторились бы те же самые процессы, которые привели к появлению жизни на Земле. Возможно, там жизнь зародилась бы в первичном бульоне или вокруг гидротермальных источников срединно-океанических хребтов, а затем переселилась бы на поверхность. Возможно, фотосинтез насытил бы атмосферу кислородом, и в океанах распространилась бы многоклеточная жизнь. Увеличенная сила тяжести Здоровяка не оказала бы значительного влияния ни на один из этих процессов.
Однако она имела бы большое значение во время расселения жизни на сушу. Чтобы понять, почему это происходит, нам нужно вернуться к древним грекам. Архимед Сиракузский (ум. 212 г. до н.э.) – первый человек, о котором известно, что он открыл закон плавучести. Представьте себе, если хотите, куб, который ограничивает блок воды на поверхности океана. Вода в кубе имеет определённый вес, и давление, оказываемое снизу вверх на дно куба океаном, находящимся под ним, просто поддерживает этот вес. Это называется выталкивающей силой.
Если мы заменим куб воды кубом, содержащим какой-либо другой материал, существуют два возможных последствия: новый куб весит либо больше, чем старый, либо меньше. Если он весит больше, выталкивающая сила не сможет уравновесить силу тяжести, воздействующую на материал, и объект утонет. С другой стороны, если новый материал весит меньше, чем вытесненная вода, выталкивающая сила будет больше, чем сила тяжести, воздействующая на новый материал, и он будет продолжать плавать на поверхности океана.
Обратите внимание, что здесь имеет значение количество вытесненной воды – в нашем примере это объём куба. Вот почему стальной корабль будет плавать, даже если стальной стержень без воздуха внутри утонет: корабль вытесняет объём воды, равный объёму как самого корпуса, так и воздуха внутри корпуса, который весит значительно меньше, чем вода.
Когда жизнь, будь то микробная или многоклеточная, ограничивается океаном, выталкивающая сила всегда будет поддерживать её, потому что физические объекты всегда будут вытеснять определённое количество воды. Однако когда жизнь выходит на сушу, всё меняется: лишенные поддержки выталкивающей силы воды, живые существа должны найти способ поддерживать себя в условиях действия силы тяжести.
Мы можем получить некоторое представление о том, как происходит этот переход, взглянув, как процесс выхода на сушу происходил на Земле. Точная дата его по-прежнему является предметом дискуссий. Генетический анализ показывает, что зелёные водоросли образовали слизистый слой на прибрежных скалах ещё 610 миллионов лет назад, и существуют ископаемые свидетельства наличия спор (присутствие которых указывает на процветание наземной растительной жизни) около 450 миллионов лет назад. Однако мы знаем, что растения (а позже и животные) выработали в процессе эволюции стратегии борьбы с утратой опоры в виде выталкивающей силы. По нашим представлениям, они подразделяются на два противоположных друг другу класса, которые мы схематично представим как омар против скелета или, для тех, кого больше интересует архитектура, как романская церковь против современного небоскрёба.
Суть такова: у каждого живого существа на суше должна быть какая-то граница, которая отделяет его от окружающей среды, и оно должно каким-то образом поддерживать себя и противостоять силе тяжести. Вопрос здесь в том, выполняет ли эти две функции один и тот же структурный элемент, или же разные.
Экзоскелет омара (и других организмов, например, насекомых) и стены романской церкви выполняют обе эти функции одновременно: они отделяют внутреннюю среду от внешней и поддерживают вес тела. В противоположность им, человеческий скелет и стальной каркас современного небоскрёба держат на себе вес, но оставляют функцию разграничения другим структурам. В случае с людьми кожа отделяет нас от окружающей среды, но не играет никакой роли в противодействии силе тяжести. То же самое можно сказать и о стеклянных ненесущих стенах, которые так часто используются в современных небоскребах. Мы не видим причин, по которым живые системы на Здоровяке не могли бы использовать стратегии обоих типов: мы ожидаем, что скелеты живых существ там будут более мощными, чем у их земных собратьев, а «кожа» обладающих скелетом существ планеты, вероятно, должна быть толще нашей, чтобы выдерживать свой собственный вес.
Чтобы получить некоторое представление о том, как могли бы эволюционировать живые организмы на Здоровяке, мы можем вернуться к 17 веку и работе Галилео Галилея. Хотите верьте, хотите нет, но последняя из написанных им книг, «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки» (1638), очень важна для обсуждения жизни на суперземлях. «Две новых отрасли науки», упомянутые в названии, – это то, что мы сегодня назвали бы наукой о материалах, и наукой о движении брошенного тела. Нас интересует первая из них.
Одну из проблем, к которым обращался в этой книге Галилей, подсказало его давнее сотрудничество с Венецианским Арсеналом, Пентагоном тех времён. Её можно сформулировать просто: когда инженеры хотели построить судно большего размера, они брали конструкцию судна меньшего размера, которая идеально соответствовала требуемым характеристикам, и просто удваивали все размеры. К их удивлению, судно большего размера показывало себя уже не так хорошо. Объяснение этого факта было, по сути, одной из «новых наук», которые изучал Галилей. Его результаты играют решающую роль в определении того, как будут развиваться организмы на суперземле вроде Здоровяка.
Чтобы понять его доводы, начните с того, что представьте себе куб из какого-то материала с длиной стороны 1 фут (около 30 см). На нижнюю поверхность этого блока должен приходиться вес только одного этого блока. Теперь удвойте все размеры, сложив другие блоки со сторонй в 1 фут, чтобы у нас получился куб из восьми блоков с длиной стороны 2 фута (около 60 см). Теперь вес, приходящийся на нижнюю поверхность исходного блока, будет вдвое больше, чем был раньше – он должен выдерживать и собственный вес, и вес блока сверху. Ещё раз удвойте размеры, сложив в куб 64 блока (длина стороны 4 фута, или 1,2 метра), и нижняя грань исходного 1-футового блока должна будет выдерживать вес уже четырёх таких блоков. Продолжайте увеличивать размер штабеля по вертикали, и вес, приходящийся на нижнюю поверхность исходного блока, будет продолжать увелчиваться.
В итоге мы достигнем точки, где прочность материала исходного блока уже не сможет выдерживать накопившийся на нём вес, и исходный блок рассыплется. Это означает, что существует максимальная высота, до которой может увеличиться куб, прежде чем начнёт разрушаться. Это, кстати, объясняет, почему на Земле нет гор высотой более 5 миль (7,5 км) – высота горы Эверест. Нагромождение ещё большего количества материала на высокую гору привело бы к растрескиванию и разрушению нижележащих скальных пород, поэтому высота гора не могла бы увеличиваться дальше. К тому же это говорит ещё и о том, что самые высокие горы на Здоровяке будут достигать высоты примерно 13 000 футов (4 км) или около того – где-то вдвое меньше высоты Эвереста. (Для читателей с математическим складом мышления отметим, что довод Галилея основывается на том факте, что объём и, следовательно, масса конструкции зависят от куба, тогда как размер площади опоры – от квадрата её размеров.)*

Одним из следствий этого является то, что, захотев создать постройку или организм большего размера, мы не можем просто увеличить все их размеры. Мы должны дополнительно изменить ещё и форму конструкции. Например, в случае со сложенными блоками мы могли бы наложить их ещё больше, если бы нижняя часть конструкции представляла собой прямоугольник, а не куб. Чем больше штабель, который мы хотели бы сложить, тем шире мы должны сделать его основание.
Мы видим, как этот принцип действует у животных на Земле. Сравните, например, форму тела муравья, чей крошечный вес могут выдерживать тонкие ноги, и очертания слона, которому нужны толстые ноги и большие ступни, способные выдерживать его массу. На Здоровяке, где всё, что находится на суше, должно противостоять его увеличенной силе тяжести, мы ожидаем, что живые существа – как растения, так и животные – будут низкорослыми и приземистыми. Единственным исключением из этого правила, как на Здоровяке, так и на Земле, были бы организмы вроде китов, которые живут в океане, могут пользоваться преимуществами принципа плавучести, и могут быть, по сути, какого угодно облика.
Мимоходом отметим, что один из авторов (Дж. Т.) является поклонником классических научно-фантастических фильмов 1950-х годов. В них часто встречаются злобные гигантские насекомые, но это насекомые, которые просто увеличены по сравнению с их нормальным размером при сохрении тех же очертаний. И всё же одной вещи Галилей нас научил: гигантские муравьи не просто не смогут угрожать героиням таких фильмов – они рухнут под собственным весом.
Если бы наземные организмы на Здоровяке избрали для противодействия гравитации стратегию скелета, мы могли бы поинтересоваться, каково было бы строение этого скелета. Ответ может оказаться довольно сложным. Это, безусловно, относится к людям: дело в том, что кость принадлежит к числу самых сложных и загадочных конструкционных материалов, которые нам известны. Начнём с простого вопроса: почему у людей на Земле так часто бывают переломы костей? Можно подумать, что при той чрезвычайной угрозе для выживания, которую может представлять сломанная кость для гоминида, естественный отбор привёл бы к появлению костей, сломать которые гораздо труднее, чем те, которыми снабжены мы.
Обычный довод, который слышится по этому поводу от сторонников теории эволюции, состоит в том, что построение костей – очень затратный процесс, поэтому естественный отбор проводит своего рода анализ затрат и выгод. Польза от более прочных костей должна уравновешивать пользу, которую можно получить при использовании необходимой для этого энергии в какой-либо иных целях (например, для улучшения зрения). Справедливое замечание, хотя это будет слабым утешением для тех из наших собратьев, которых мы видим разгуливающими с гипсом и бандажами.
Но что случится, если мы используем этот довод в ходе обсуждения жизни на Здоровяке? Удвоение силы тяжести склоняет анализ затрат и выгод в сторону решения с более прочными костями. Взглянем на это с другой стороны: если на Здоровяке некто упадёт с дерева, он ударится о землю на 40 процентов быстрее, чем некто, упавший с той же высоты на Земле. Таким образом, к любым костям, которые коснутся поверхности земли первыми, будет приложена сила, превышающая таковую на Земле. Это означает, что в дополнение к большей площади опоры скелетные формы жизни на Здоровяке, несомненно, будут обладать более толстыми и прочными костями по сравнению с нами. То же самое справедливо и для живых организмов с экзоскелетами. Съесть омара на Здоровяке было бы гораздо сложнее, чем здесь, на Земле, потому что взломать его панцирь было бы очень трудно!
Можно лишь гадать, будут ли кости живых организмов на Здоровяке обладать биологическими свойствами, аналогичными свойствам костей на Земле. Например, красные кровяные тельца вырабатываются в нашем костном мозге. Кроме того, кости на Земле изменяют свою форму в ответ на внешние воздействия, поэтому они принципиально отличаются от конструктивных элементов здания, даже если выполняют некоторые из тех же опорных функций.

Технология

Повышенная сила тяжести на поверхности Здоровяка препятствует развитию космических путешествий на этой планете. Создать там ракетный корабль, способный покинуть планету, было бы сложнее, чем создать аналогичный корабль здесь, на Земле. Та же сила, которая позволяет атмосфере удерживать лёгкие элементы (это явление мы рассматривали выше), заставит инженеров Здоровяка столкнуться с гораздо более сложной проблемой, когда они попытаются вывести в космос полезные грузы. Например, им было бы сложнее использовать для связи орбитальные спутники, поэтому они могли бы в большей степени, чем мы, зависеть от волоконной оптики. Кстати, если бы всё так и было, то здесь возник бы побочный эффект, значительно затрудняющий разумными видами из других солнечных систем обнаружение присутствия развитой жизни на Здоровяке, потому что планета не посылала бы в космос электромагнитные волны.
С другой стороны, повышенная сила тяжести вполне может оказать положительное влияние на такие процессы, как выработка энергии. Она будет сжимать воздух, делая его более плотным вблизи поверхности. Это означает, что ветры будут нести больший импульс, чем на Земле, а это, в свою очередь, увеличит выработку энергии ветряными мельницами. Как и инженеры Гало (см. главу 10), инженеры Здоровяка вполне могли бы разработать ветряные мельницы для выработки электроэнергии до того, как ими будет разработан двигатель внутреннего сгорания.
Аналогичным образом, вода, текущая по водопаду или водосбросу плотины, достигая дна, будет двигаться быстрее, чем в аналогичной ситуации на Земле. Если бы эта вода использовалась для вращения лопасти турбины, её более высокая энергия означала бы большее количество вырабатываемой электроэнергии. В зависимости от геологии Здоровяка нетрудно представить себе технологию, построенную исключительно на использовании дешёвой электроэнергии, а не ископаемого топлива, как у нас.

Майк и Джим

Майк: Видел ту статью в последнем номере «Журнала исследований гигантских планет», где пишут, что на одной из внутренних планет может существовать развитая цивилизация?

Джим: Ты имеешь в виду ту мелочь? Ту, у которой почти нет гравитации? Это же просто глупость – как такая маленькая планета смогла бы сохранить свою атмосферу?

М.: В статье утверждают, что некоторые из них, возможно, потеряли только лёгкие элементы – там говорится об атмосфере, состоящей в основном из азота.

Дж.: Но такая атмосфера была бы недостаточно плотной, чтобы вырабатывать электроэнергию при помощи ветряных турбин. Откуда эта цивилизация рассчитывает получать свою энергию?

М.: Да – там может существовать примитивная жизнь, но все мы знаем, что цивилизация зависит от силы тяжести.

Дж.: Это точно.

13

TRAPPIST-1:

КОГДА НА ОРБИТЕ ТЕСНОВАТО

Вы откидываетесь на спинку удобного кресла и отпиваете глоток «Пангалактического горлодёра», который только что принёс официант. Взглянув в небо, вы видите три соседних планеты, а свечение на горизонте говорит, что скоро взойдёт и четвёртая. На одной из них можно разглядеть городские огни. Завтра будут видны все шесть планет по соседству – это зрелище, не имеющее аналогов в галактике. Боже, эти ребята из НАСА и впрямь знали, что делали, когда рекомендовали вам это место для отельного отдыха.

* * *

Когда ты писатель, одна из твоих величайших радостей состоит в том, что иногда, блуждая в дебрях малоизвестных знаний, ты случайно натыкаешься на нечто совершенно неожиданное, но потрясающе интересное. Это случилось и с нами, когда мы начали работать над этой главой, которая посвящена, вероятно, самой известной системе экзопланет: планетам, вращающимся вокруг звезды, известной как TRAPPIST-1 – это красный карлик, находящийся примерно в 40 световых годах от Земли.
Все мы знакомы с понятием аббревиатуры – это термин, который сложен из начальных букв фразы, описывающей какое-либо явление, и произносится как одно слово. Так возникли такие термины, как WASP (white Anglo-Saxon Protestants – белые англосаксонские протестанты), NASA (National Aeronautics and Space Administration – Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства) и WIMP (weakly interacting massive particles – слабо взаимодействующие массивные частицы). Чего авторы не понимали, так это того, что у данного явления существует зеркальное отражение: бэкроним, слова которого подобраны так, чтобы соответствовать заранее составленной аббревиатуре. TRAPPIST (TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope – малый телескоп для наблюдения за транзитными планетами и планетезималями) – на первый взгляд это выглядит как простая аббревиатура. Однако вы можете отметить, что система телескопов TRAPPIST (описанная ниже) создана и эксплуатируется бельгийскими учёными. Напомним, что Бельгия – это страна, в которой одной из старейших и наиболее уважаемых организаций является группа траппистских монастырей. Они представляют действующий по всему миру цистерцианский орден, основанный в 17 веке в Нормандии (Франция), и если вы когда-то и слышали о них, то, скорее всего, потому, что монахи делают чудесный напиток, который, естественно, называется траппистским пивом. Большинство монастырей, которые варят это пиво, находятся в Бельгии, поэтому естественно возникает вопрос: относится ли бэкроним к пиву или к монастырям?
Мы знаем, что несколько общественных докладчиков бельгийского астрономического сообщества утверждают, будто бэкроним был создан в честь монашеского ордена, а не пива. Надеемся, вы позволите нам выразить некоторый скептицизм по этому поводу. Слишком уж легко представить себе позднее ночное заседание, без сомнения, подпитанное траппистским пивом, на котором группа астрономов, повеселившись от души, создала свой бэкроним. И не важно, получилось ли название таким образом на самом деле, или нет – пиво и впрямь великолепно.
Покончив с этимологией названия, мы можем перейти к описанию того, для чего предназначен TRAPPIST. Он состоит из двух небольших телескопов – поперечник их зеркал составляет всего лишь около 2 футов (60 см) – расположенных на двух отдалённых друг от друга горных вершинах: одна в Чили, а другая в Марокко. Телескопы являются частью роботизированной системы, управляемой из офиса в Льеже, Бельгия, и предназначенной для наблюдения за кратковременными событиями вроде прохождений комет, затмений далёких звёзд объектами из пояса Койпера и, конечно же, за прохождениями экзопланет по дискам их звёзд. В 2016 году TRAPPIST обнаружил три планеты, обращающихся вокруг карликовой звезды примерно в 40 световых годах от Земли. Звезда была названа TRAPPIST-1, потому что она является центром первой системы экзопланет, обнаруженной телескопами TRAPPIST. Последующие наблюдения с помощью телескопов на земле и на орбите выявили не менее семи планет размером с Землю, вращающихся вокруг звезды.
Мы подозреваем, что многие из наших коллег были удивлены не меньше, чем мы сами, когда система TRAPPIST-1 вызвала массовую волну общественного внимания. Иллюстрации планет от НАСА появились на первых страницах газет по всему миру, а исследования экзопланет удостоились короткого всплеска общественного внимания. (Разве Энди Уорхол не говорил, что в будущем каждый из нас побудет знаменитым свои 15 минут?)
Но пока внимание общественности переключалось на сексуальные скандалы и спортивные события, медленный процесс накопления фактов о планетах системы TRAPPIST-1 продолжался. Вопреки изначально возникшей шумихе, эта система совсем не похожа на нашу Солнечную систему. Несмотря на то, что все семь планет размером примерно с Землю, и три из них находятся в ЗООЗ, ни одна из них, скорее всего, не является миром Златовласки (см. главу 9), которые являются объектом столь пристального внимания во время поиска экзопланет.
Давайте начнём с самой звезды. TRAPPIST-1 технически известна как 2MASS J23062928–0502285 (цифры указывают на её местоположение в небе). Это, как мы упоминали выше, карликовая звезда, размером 11 процентов от размера Солнца и едва ли крупнее Юпитера, хотя её масса примерно в 84 раза превышает массу Юпитера. Она также холоднее и краснее нашего Солнца. Её малый размер означает несколько важных последствий для планет, вращающихся вокруг звезды. Во-первых, это означает, что сила притяжения, действующая на планеты, невелика, поэтому их орбиты находятся очень близко к звезде. Фактически, все семь планет находятся ближе к TRAPPIST-1, чем Меркурий к Солнцу. Таким образом, «год», связанный с каждой из орбит, довольно короток – он варьирует от 1,5 до чуть более 18 земных дней, в зависимости от планеты.
Продолжительность года экзопланеты оказывает значительное влияние на нашу возможность изучать планету. Причина проста: количество времени, в течение которого мы можем сосредоточиться на конкретной звезде для поиска прохождений планет, ограничено сроком службы платформы наблюдения. Например, космический телескоп «Кеплер», упомянутый в главе 11, собирал данные около 10 лет. Лучший способ установить существование экзопланеты – увидеть несколько точно рассчитанных прохождений. В системе TRAPPIST-1 это можно сделать всего лишь за несколько месяцев. Наблюдателю с экзопланеты, следящему за нашей Солнечной системой, напротив, пришлось бы ждать несколько лет, чтобы увидеть несколько прохождений Земли, и несколько десятилетий для нескольких прохождений Юпитера.
TRAPPIST-1 – это более распространенный тип звёзд по сравнению с нашим Солнцем: астрономы подсчитали, что до половины звёзд в Млечном Пути являются карликами. Одно из свойств карликовых звёзд, которое может оказаться важным при поиске жизни, заключается в том, что они обладают продолжительным временем существования. Например, TRAPPIST-1 существует уже около 8 миллиардов лет, тогда как наше Солнце – всего лишь 4,5 миллиарда. Кроме того, по оценкам, продолжительность существования TRAPPIST-1 составляет более 12 триллионов лет, поэтому он будет светить ещё долгое время после того, как наше Солнце погаснет. На самом деле звезда настолько холодна – температура её поверхности примерно вдвое ниже температуры Солнца, – что излучает много инфракрасного излучения. Следовательно, некоторые важные данные о прохождениях её планет были получены с помощью космического телескопа «Спитцер» – орбитального инфракрасного телескопа.
Систематика продолжительности жизни звёзд несколько противоречит здравому смыслу, поэтому, вероятно, стоит потратить немного времени и рассмотреть это более подробно. Каждая звезда начинает свою жизнь с определённым количеством водорода. В ходе реакций термоядерного синтеза он превращается в гелий. Энергия, возникающая в результате этих реакций, создаёт давление, которое удерживает звезду от схлопывания внутрь самой себя из-за безжалостной силы её собственной гравитации, направленной внутрь неё. Солнце, например, каждую секунду «сжигает» 600 миллионов тонн (544 миллиона метрических тонн) водорода, чтобы не схлопнуться, и энергия, выделяемая при этом «горении», заставляет его сиять.
Нашей первой мыслью может быть то, что более крупная звезда, в которой сжигается больше водорода, должна просуществовать дольше, чем более мелкая. Однако оказывается, что более крупные звёзды также обладают большей силой притяжения, направленной внутрь, и потому, чтобы противостоять ей, они быстрее сжигают своё водородное топливо. В результате очень большие звёзды сгорают быстро – их продолжительность жизни может измеряться лишь десятками миллионов лет, – тогда как более мелкие, более скромные звёзды вроде TRAPPIST-1 могут светить во много раз дольше, чем возраст Вселенной на настоящий момент.
В качестве идентификаторов планетам системы TRAPPIST-1 были присвоены буквы. В соответствии со стандартным правилом, они обозначены буквами от b до h в порядке их обнаружения – это порядок, который в данном конкретном случае также отражает их расстояние до звезды (обозначенной в соответствии с данным правилом как a). Таким образом, TRAPPIST-1b является самой близкой планетой к TRAPPIST-1, а TRAPPIST-1h – самой дальней. Из этих планет пять (b, c, e, f и g) размером с Землю, а две (d и h) несколько крупнее Земли. Три планеты (e, f и g) находятся в ЗООЗ, и это означает, что на их поверхности могут находиться океаны. Самые последние измерения показывают, что планеты c и e полностью каменистые, тогда как b, d, f и g покрыты слоем какого-то летучего материала – водой, льдом или плотной атмосферой.
Поскольку все эти планеты находятся так близко к своей звезде, мы думаем, что некоторые из них должны находиться в приливном захвате, обратив к ней одну и ту же сторону. Таким образом, они, вероятно, похожи на планету, которую в главе 10 мы назвали Гало, и многие из комментариев относительно жизни, которые мы сделали там, применимы и здесь.
Кроме того, планеты оказывают гравитационное воздействие друг на друга, что влияет на форму их орбит: каждая из них последовательно приближается к звезде и удаляется от неё во время витка вокруг неё. Таким образом, мы ожидаем встретить вид энергии, высвобождающейся благодаря трению при деформации недр планеты, благодаря которому на спутнике Юпитера Европе появился подлёдный океан (см. главу 7). Фактически, вполне вероятно, что все планеты TRAPPIST-1 испытывают приливный разогрев, и оценки количества теплоты, выделяющейся благодаря этому эффекту, указывают на то, что на самых отдалённых из них могут существовать подлёдные океаны. Также в одном случае (TRAPPIST-1c) расчёты показывают, что этот эффект может генерировать достаточно теплоты для работы обширной системы вулканов.
Из-за небольшого размера системы звезды TRAPPIST-1 её планеты, скорее всего, видны с поверхности друг друга. В некоторых ситуациях в небе будет одновременно находиться сразу несколько планет, а в других планета, наблюдаемая с одного из её соседей, может иметь видимый размер в несколько раз больше, чем полная Луна на Земле. В первые дни общественных восторгов по поводу системы НАСА подчеркнуло этот факт, выпустив причудливые плакаты о «путешествии» по экзопланетам, на одном из которых изображено небо, полное планет, как будто наблюдаемое с воображаемого курорта на TRAPPIST-1 (он воспроизведён на обложке этой книги).

Происхождение жизни

Учитывая все эти факты – высокую вероятность наличия воды, положение нескольких планет в ЗООЗ и сильный приливный разогрев – в системе TRAPPIST-1 существует масса возможностей для развития жизни. Как и в мире, который в главе 10 мы назвали Гало, важным экологическим фактором на всех этих планетах будут сильные ветры, переносящие тепло от стороны, обращённой к звезде, на сторону, обращённую в космос. В мирах с поверхностными или подлёдными океанами жизнь могла бы развиваться и процветать вокруг горячих источников срединно-океанических хребтов. В таких случаях возможность выхода жизни на сушу будет зависеть от (пока неизвестных) особенностей атмосферы и климата. Одним из самых интригующих свойств системы TRAPPIST-1 является то, что она, вероятно, обладает огромным разнообразием планетарных сред обитания. Это может быть микрокосм в мире экзопланет.
Существуют два фактора, которые могут препятствовать развитию жизни в системах, подобных TRAPPIST-1. Первым из них является склонность маленьких звёзд испускать очень интенсивное рентгеновское и ультрафиолетовое излучение. Второй – это их склонность поливать своё окружение интенсивными потоками заряженных частиц – потоками, которые называются солнечные вспышки и корональные выбросы массы (КВМ, обсуждаются ниже). Один автор сравнил TRAPPIST-1 с «буйным подростком». Несмотря на то, что эта звезда почти на 60 процентов старше нашего Солнца, по отношению к расчётной продолжительности её жизни (12 триллионов лет) она очень молода. У её буйства есть два важных следствия. Первое из них заключается в том, что интенсивное ультрафиолетовое и рентгеновское излучение может способствовать потере поверхностных вод на планетах с течением времени. Во-вторых, события, связанные с КВМ, могут оказать разрушительное воздействие на любое технологически развитое общество, которое может там развиваться.
Давайте начнём с потери воды. На Земле в атмосфере всегда есть некоторое количество водяного пара, потому что вода испаряется из океанов и озёр. Высокоэнергетическое излучение Солнца может взаимодействовать с этими молекулами воды, расщепляя их на составляющие атомы кислорода и водорода. Водород, будучи очень лёгким, может рассеяться в космосе в результате обычной диссипации атмосферы. Считается, что именно в результате этого процесса Венера и Марс потеряли свой эквивалент нынешних водных океанов Земли в течение времени своего существования. Однако Земля, будучи больше Марса, обладает более сильной гравитацией, которая противодействует этой диссипации. Кроме того, она обладает очень сильным магнитным полем, которое защищает её атмосферу от высокоэнергетических заряженных частиц, которые Солнце выбрасывает во время солнечных бурь. Ни Марс, ни Венера не обладает значительным магнитным полем.
Из-за того, что планеты TRAPPIST-1 находятся так близко к своей звезде, они поглощают значительно больше высокоэнергетического излучения, чем планеты, находящиеся дальше от звезды. Это могло бы оказать существенное влияние на количество воды, которое сохранилось на их поверхности. Некоторые расчёты показывают, что планеты TRAPPIST-1, возможно, уже потеряли значительно больше воды, чем есть сейчас в океанах Земли. Если это так, то вначале они могли бы обладать поверхностными океанами, в которых жизнь могла развиться в жерлах срединно-океанических хребтов. Кроме того, количество воды на них в данный момент зависит от того, сколько её у них было тогда. Если вся вода с поверхности будет утрачена, то жизнь там не сможет развиваться так же, как, по нашему мнению, она развивалась на Земле. Может ли он возникнуть на такой планете где-либо ещё (например, в подземном водоносном горизонте) – этот вопрос пока остаётся открытым.
Однако, сделав это замечание, мы должны отметить, что наличие интенсивного излучения не означает, что жизнь в системе звезды TRAPPIST-1 не могла развиться. Во-первых, если бы какая-либо из планет в ЗООЗ обладала плотной атмосферой, её поверхность, включая поверхностные океаны, могла бы быть защищена. Кроме того, вода является хорошим поглотителем ультрафиолетовых лучей, и даже 3 фута (1 м) жидкой воды полностью защитили бы любую более глубоководную жизнь от излучения звезды. Наконец, если бы вода на внешних планетах существовала в форме льда, а не жидкости, у нас было бы нечто вроде мира, который в главе 6 мы назвали Айсхейм, и все комментарии, которые мы сделали в отношении возможности развития жизни в глубинах этого мира, были бы применимы и здесь.
Кроме того, мы отмечаем, что любая подземная жизнь на планете звезды TRAPPIST-1 также будет защищена от излучения звезды. Идея о жизни глубоко под землёй не такая уж и странная, как может показаться на первый взгляд. Например, было высказано предположение, что на нашей собственной планете под землёй находится больше биомассы, чем на её поверхности. На Земле такая жизнь представлена в основном бактериями, и мы предполагаем, что то же самое возможно на любой из планет звезды TRAPPIST-1.
Относительно небольшой размер системы TRAPPIST-1 имеет ещё одно важное следствие для происхождения жизни. Дело в том, что, как только на любой из планет развивается жизнь, запускается простой механизм её быстрого распространения по всей звёздной системе этой планеты: перенос микробов на обломках, образовавшихся в результате столкновения с астероидами. На первый взгляд это может показаться странным утверждением, но мы знаем, что уже миллионы лет в нашей собственной системе происходит межпланетный обмен материалами. Например, на Земле мы идентифицировали более 100 метеоритов, которые происходят с Марса. (Такая идентификация производится путём исследования образцов атмосферных газов, захваченных метеоритами.) Они образуются, когда большой астероид ударяется о поверхность Марса, выбрасывая материал с поверхности в космос. Оказавшись вдали от Марса, обломки блуждают по орбите вокруг Солнца, пока не встретятся с гравитационным полем Земли, которое притягивает их на поверхность планеты, где они ждут, когда их обнаружат. Весьма вероятно, что микробы способны перелетать на таких обломках с одной планеты на другую.
Поскольку планеты TRAPPIST-1 расположены так близко друг к другу, там перенос материала при столкновении с астероидами был бы гораздо более распространённым явлением, чем в нашей Солнечной системе. Следовательно, если бы мы нашли жизнь на одной планете системы TRAPPIST-1, то мы могли бы ожидать, что обнаружим её на многих, а то и на всех остальных планетах.
Также мы ожидали бы, что естественный отбор, действующий в различных условиях на разных планетах, приведёт к появлению отличных друг от друга видов развитой жизни. Представьте, например, что неандертальцы развивались на холодной ледяной планете, где они смогли конкурировать с Homo sapiens, тогда как последний развивался на планете с более благоприятными условиями. Что произойдёт, когда они столкнутся друг с другом? Когда это произошло на Земле около 30 000 лет назад, последовал (как бы помягче выразиться?) обмен ДНК между двумя видами с последующим вымиранием одного из них. Однако если бы у каждого из них была своя планета, мы бы и в этом случае ещё могли бы получить обмен ДНК, но, вероятно, не вымирание. Знаменитая сцена в баре из «Звёздных войн», когда представители множества форм жизни пьют и играют в азартные игры, может стать реальностью на межпланетной станции для отдыха в системе TRAPPIST-1.

Цивилизация и технологии

Учитывая большое разнообразие планетарных сред обитания в системе TRAPPIST-1, мы можем представить себе появление сразу многих видов развитых цивилизаций. Если бы одна из внешних планет была покрыта замёрзшей водой, у нас мог бы быть мир, подобный тому, который в главе 6 мы назвали Айсхеймом, где основным источником энергии было бы тепло, получаемое из недр планеты. С другой стороны, планета из ЗООЗ может быть похожа на мир, который мы назвали Гало в главе 10, где основным источником энергии являются интенсивные ветра, дующие через переходную зону. Фактически, за исключением планеты-сироты, которую мы назвали Одиночкой в главе 11, все миры, которые мы обсуждали до этого момента, могли бы существовать в системе звезды TRAPPIST-1, и мы можем представить себе, что развитые цивилизации возникают больше, чем лишь в одном из них.
Именно развитые технологические цивилизации в наибольшей степени пострадают от второго аспекта «буйства» звезды, о котором мы упоминали выше – от КВМ, огромных масс заряженных частиц, испускаемых во время звёздных бурь, которые происходят с нерегулярными интервалами. На нашем Солнце они тоже случаются – к этому моменту мы вернёмся буквально через мгновение, – но от такой звезды, как TRAPPIST-1, мы ожидаем, что они будут происходить значительно чаще, и с большей интенсивностью. Кроме того, из-за того, что планеты системы TRAPPIST-1 находятся так близко к своей звезде, у них гораздо больше шансов оказаться на пути КВМ, чем у планет в нашей системе. Фактически мы можем получить некоторое представление о влиянии этих выбросов на технологическую цивилизацию, если обсудим то, что произойдёт, если в наши дни КВМ Солнца попадёт в Землю.
Чтобы рассмотреть этот вопрос, нам не нужно полагаться на предположения, поскольку это уже произошло на самом деле в 1859 году. Это событие, известное как событие Кэррингтона, получило название в честь британского астронома Ричарда Кэррингтона (1826-75), который наблюдал его и зафиксировал. Событие началось как возмущение магнитного поля Солнца, которое было связано с солнечной вспышкой. Возникшее при этом интенсивное электромагнитное излучение описанного выше типа – например, ультрафиолетовое – достигло Земли в течение 8 минут. В те времена оно оказало на планету незначительное влияние – помните, что это было до появления радио, электрического генератора и электросети. Сегодня такого рода излучение может повлиять на работу спутников и повредить здоровью космонавтов на Международной космической станции. Несколько дней спустя за вспышкой электромагнитного излучения последовало обширное облако ионизированных атомов, движущееся со скоростью миллионы миль в час, которое врезалось в магнитное поле Земли. Результаты были поразительными. Интенсивное и повсеместно наблюдаемое северное сияние было видно на юге вплоть до Карибского бассейна, и соответствующее явление наблюдалось и в Южном полушарии (южное сияние). Северное сияние было настолько ярким, что жители Бостона могли читать газету в полночь.
Один из основных законов электродинамики состоит в том, что изменяющиеся магнитные поля вызывают течение электрических токов в проводниках (см. главу 2). В 1859 году такие т. н. индуцированные токи возникли в телеграфных линиях, и мировая сеть телеграфных линий (Интернет того времени) отключилась. Поступали сообщения об искрах из телеграфных ключей, которые вызывали шок у операторов и поджигали лежащие рядом бумаги.
Однако на этом всё и закончилось – событие завершилось, и оно мало повлияло на жизнь большинства людей. Всё было бы совсем по-другому, если бы такое событие случилось сегодня. Мы живём в обществе, которое коренным образом зависит от электроэнергии, поставляемой нашей электросетью. Если бы КВМ, равный по масштабу событию Кэррингтона, обрушился на Землю в наши дни, последствия были бы катастрофическими. Внезапная волна заряженных частиц вызвала бы возникновение мощных индуцированных токов в электрической сети и ещё, возможно, в подземных металлических конструкциях вроде трубопроводов. Скачки тока быстро нанесут удар по самой уязвимой части сети: по трансформаторам, которые работают посредниками между очень высоким напряжением в линиях электропередачи и более низким напряжением, используемым для распределения электроэнергии по городу. Ток расплавил бы медную проводку в трансформаторах, и города Земли один за другим погрузились бы во тьму.
Задумайтесь об этом на минуту. Ни света, ни отопления, ни кондиционирования воздуха, ни Интернета, ни банкоматов. Очень быстро отключились бы системы водоснабжения и водоотведения. Самолёты, которым не повезло оказаться застигнутыми в воздухе, потеряли бы связь с GPS, которая помогает им приземляться в обычных обстоятельствах. Сгнили бы скоропортящиеся продукты, и очень быстро опустели бы полки супермаркетов. Замена всего повреждённого оборудования вполне может занять месяцы, и даже годы. И словно этого всего недостаточно, вполне вероятно, что будут повреждены, а возможно, что и уничтожены многие метеорологические спутники и спутники связи. Как охарактеризовал эту возможную ситуацию один из комментаторов, «Это было бы не очень хорошо».
Мы описываем здесь этот сценарий не для того, чтобы напугать вас невероятным событием. В 2012 году на Солнце был крупный КВМ, который пересёк орбиту Земли в том месте, где наша планета находилась несколькими днями ранее. Если бы он случился несколькими днями позже, мы бы, вероятно, ещё продолжали бороться с его последствиями, даже когда в конце 2018 года были написаны эти строки. Вполне возможно, авторы даже написали бы эти слова на старой механической пишущей машинке.
Какой бы серьёзной ни была проблема КВМ в нашей системе, в окрестностях звезды TRAPPIST-1 она была бы гораздо серьёзнее. Эта буйная звезда испускает их гораздо чаще, чем Солнце, и её планеты, находясь вблизи неё, с гораздо большей вероятностью окажутся на линии огня, как уже упоминалось выше. В ранние времена развития жизни эти события были бы просто частью хаотической окружающей среды, и мы ожидали бы, что естественный отбор создаст формы жизни, способные противостоять им, точно так же, как он создал формы жизни, способные восстанавливать повреждения, вызванные нормальным радиационным фоном на Земле. Более того, как мы можем видеть по последствиям события Кэррингтона, примитивные общества это не сильно побеспокоит. КВМ становятся катастрофическими лишь тогда, когда цивилизации начинают эксплуатировать обширные энергетические системы.
Однако мы утверждаем, что цивилизация, построенная в среде, подвергающейся частым КВМ, будет иметь радикально иную энергосистему, чем та, к которой мы привыкли – со встроенной защитой от событий на звезде. Мы можем воспользоваться опытом одного из авторов (Дж. Т.), чтобы проиллюстрировать, как может работать такая система. На Земле основным источником индуцированных электрических токов являются удары молнии. Эти токи недостаточно велики, чтобы расплавить трансформаторы, но они могут повредить чувствительное оборудование – вот почему вы включаете компьютер через сетевой фильтр, а не в розетку на стене напрямую. Дж. Т. построил дом в Блу-Ридж в сельской местности Вирджинии и спроектировал электрическую систему таким образом, чтобы достаточно было воспользоваться одним выключателем, и дом был бы отключён от сети. Всякий раз, видя, что на долину надвигается гроза, он просто нажимал этот выключатель, и не допускал попадания в дом индуцированных токов.
КВМ движутся относительно медленно – Земля, как правило, получает предупреждение об их прибытии за несколько дней, а у планет в системе TRAPPIST-1 на это будут лишь часы. Вероятно, любой проектировщик электросетей с планеты системы TRAPPIST-1 включил бы в схему эквивалент переключателя Дж. Т. Такая мера предосторожности была бы для них столь же естественной, как для нас проектирование городов с ливневой канализацией для отвода воды во время интенсивных дождей. Вообще, инженеры уже начинают говорить о необходимости модифицировать нашу энергосистему, чтобы придать ей именно такую защитную способность. Исключительно из-за того, что КВМ относительно редки в нашей системе, перед нами встаёт необходимость модернизации нашей энергосистемы, чтобы справиться с ними. На TRAPPIST-1 эти функции будут присутствовать уже изначально.
Вероятно, близость планет системы TRAPPIST-1 друг к другу окажет влияние на развитие их космических технологий. И действительно, если бы технологические цивилизации развились не на одной из них, они вряд ли могли бы не знать друг о друге. Как мы указывали выше, планеты видны с поверхностей друг друга. Если бы на одной из них появились города и искусственное освещение, они были бы видны с других планет – вспомните фотографии ночной Земли, сделанные из космоса. Будет ли это способствовать развитию космических путешествий, которыми движет любопытство, или же заставит избегать космоса из страха – этот вопросом остается открытым. Поскольку эти планеты находятся всего лишь в несколько раз дальше друг от друга, чем мы от Луны, цивилизациям системы TRAPPIST-1 было бы значительно проще по сравнению с нами наладить и межпланетную связь, и межпланетные путешествия.
Мы можем завершить это рассуждение о космических цивилизациях, указав на один довольно интересный момент. Запустить в космос ракеты с планеты системы TRAPPIST-1 было бы не сложнее, чем с Земли – так называемая вторая космическая скорость в обоих случаях приблизительно одинакова, поскольку планеты примерно одного размера. Однако в системе TRAPPIST-1 ракетный корабль столкнулся бы с незнакомой нам проблемой. Несмотря на то, что звезда TRAPPIST-1 значительно меньше Солнца, тот факт, что орбиты планет так близки к нему, означает, что звезда будет оказывать гораздо большее в сравнении с Солнцем гравитационное воздействие на ракетный корабль, который преодолел гравитацию планеты в своей системе. Таким образом, для цивилизации TRAPPIST-1 выход в межзвёздное пространство будет связан с серьёзными проблемами.
Это не означает, что жители планеты TRAPPIST-1 не смогли бы разработать межзвёздные космические путешествия – это просто означает, что они должны быть значительно умнее в этом вопросе. Например, люди научились использовать гравитационный манёвр, чтобы вывести наш космический корабль к внешним границам Солнечной системы. В арсенале технологий TRAPPIST-1 такой трюк должен присутствовать уже изначально. В итоге космическим путешественникам системы TRAPPIST-1 было бы легче путешествовать между планетами в своей системе, чем нам в нашей, но было бы труднее удалиться от своей звезды. В заключение мы отмечаем, что тот же самый эффект затруднил бы космическим путешественникам-людям отбытие с планет звезды TRAPPIST-1, если бы мы когда-нибудь совершили постадку на одной из них. Визит человека в один из этих миров вполне может оказаться экскурсией с билетом в один конец.

Майк и Джим

Майк: Ты видел, что в ЗООЗ Солнца была обнаружена планета размером с Землю?

Джим: Ты имеешь в виду ту звезду, что находится в 40 световых годах отсюда? Это классно.

М.: Да, но это странная система. Все планеты находятся дальше от своей звезды, чем мы от нашей. А Калто 47 говорит, что с поверхности любой из них остальные выглядели бы просто как светящиеся точки. По сути – как звёзды.

Дж.: Так если ты не можешь даже разглядеть соседние планеты, зачем тогда суетиться с космическими путешествиями? В чём был бы их смысл?

М.: Есть кое-какие свидетельства того, что вокруг этой планеты размером с Землю может вращаться луна, но она была бы слишком мала, чтобы удержать свою атмосферу – вряд ли это то место, которое тебе захотелось бы колонизировать.

Дж.: Таким образом, даже если бы в этом мире формы жизни развивались в океанах и создавали технологии, им было бы некуда податься. Они застряли бы всего лишь на одной планете.

М.: Жить так – это просто ужасно!

Содержание

Обложка
Титульный лист
Авторские права
Посвящение
Предисловие
1. Неожиданная Галактика
2. Возможности и ограничения: Вселенная законов
3. Жизнь: что это такое?
4. Правила игры: как должна работать каждая живая система
5. В поисках жизни: правда ли, что она где-то есть?
6. Айсхейм: жизнь в глубокой заморозке
7. Новая Европа: океан подо льдом
8. Нептуния: вода, вода, кругом вода
9. Мир Златовласки: совсем как мы
10. Гало: жизнь на терминаторе
11. Одиночка: сам за себя
12. Здоровяк: самый тяжёлый
13. TRAPPIST-1: когда на орбите тесновато
14. Если взглянуть поближе: всё становится ещё более странным
15. Жизнь, не похожая на нас. Что, если мы – не единственный вариант?
16. Жизнь, совершенно не похожая на нас. Она может выглядеть довольно странно
17. Вопросы без ответов
Послесловие
Вкладка с иллюстрациями