Чтение онлайн

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.