Читать книгу "Когда у Земли было две Луны. Планеты-каннибалы, ледяные гиганты, грязевые кометы и другие светила ночного неба - Эрик Асфог"

Двадцать изображений протопланетных дисков, полученных Большим атакамским миллиметровым комплексом.

ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Andrews et al.; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

Когда я учился в магистратуре в 1980-е гг., я в основном занимался теорией, но помню, как астрономы целыми ночами пропадали у телескопов в близлежащих горах, а их режим дня был перевернут с ног на голову. Но, несмотря на все это веселье, в науке царил консервативный скептицизм: никто не хотел с уверенностью заявлять, что нам удастся доказать существование экзопланет – ведь ничто не известно заранее. (Нечто подобное происходит и сегодня, когда никто не спешит делать заявления о существовании разумной жизни где-либо еще во Вселенной, хотя многие ученые полагают, что это так.) Косвенных признаков было немало, особенно доказательств наличия газово-пылевых дисков, что согласуется с теоретическими моделями планетообразования. Кажется, все понимали, что момент истины вот-вот наступит. Шли годы. Наконец, в 1995 г. было объявлено о равной по массе Юпитеру планете, обращающейся с периодом в четыре дня вокруг 51 Пегаса, солнцеподобной звезды примерно в 60 световых годах от Земли[99]. Обнаружение вихляния этой звезды стало первым несомненным успехом метода фиксации колебаний лучевой скорости. За следующие пять лет был накоплен достаточный массив данных о наблюдениях, чтобы команды ученых со всего мира смогли обнаружить еще десятки экзопланет. Плотина рухнула.

Сегодня известно до 4000 планет – так много, что мы уже не успеваем подробно изучить каждую из них. Для этого нам просто не хватает телескопов[100]. Несколько десятков этих новых планет находятся в зоне обитаемости – области, где при удачном составе атмосферы на поверхности планеты может присутствовать жидкая вода и, соответственно, если сложатся все остальные условия, возникнуть жизнь. А если принять во внимание океанические миры, подогреваемые приливными силами и обращающиеся вокруг газовых гигантов (самым известным среди них является Европа), зона обитаемости может простираться так далеко, как встречаются планеты-гиганты.

Если все пойдет хорошо, космический телескоп «Джеймс Уэбб» охарактеризует десятки пригодных к обитанию планет. Он не сможет получить их детальные изображения, но зафиксирует признаки существования спутников и смены сезонов, ледяные массы, растущие зимой и тающие летом, а также изменчивый облачный покров. Спектроскопические характеристики дадут нам представление о составе атмосферы, к примеру, о наличии в ней молекулярного кислорода, который может быть признаком наличия сложной жизни.

Мы не получим об этих экзопланетах такого же четкого представления, как о Луне, Марсе или Сатурне, пока спустя сотни лет не пошлем к ним роботизированные космические аппараты. Но данные о спектральных характеристиках нескольких десятков наших ближайших соседей в видимом и инфракрасном диапазоне должны появиться у нас довольно скоро. Из этих данных мы узнаем состав их атмосферы, характер погоды и общую картину геологии их поверхности. Покрыты ли они океанами? Есть там континенты или ледовые щиты? Два десятка лет после запуска телескопа «Джеймс Уэбб» будут очень бурными, и новых гипотез будет в избытке. Возможно, к 2050-м гг. размещенная в строгом порядке группировка космических телескопов, действующая как один гигантский телескоп диаметром в десятки километров[101], позволит нам получить изображения второй Земли, или двух, что будет сравнимо с первыми изображениями Марса в 1880-х гг. или Плутона в 1980-х; быть может, это подтолкнет нас к тому, чтобы послать туда первые непилотируемые экспедиции. У нас впереди долгий путь, но для того, чтобы существенно продвинуться по нему, потребуются уже десятилетия, а не века.

* * *

Для создания планет, с разумными существами или без, требуется нечто большее, чем правильные химические элементы. Эти элементы должны присутствовать в правильных пропорциях для синтеза правильных молекул. Поэтому давайте вернемся к широкой панораме молекулярного облака, состоящего из водорода, гелия и других газов, из крошечных частиц льда и пыли, – облака, которое стало зародышевым скоплением множества звезд, в том числе нашего Солнца. От взрывавшихся неподалеку сверхновых по пространству расходились ударные волны, которые запускали в молекулярном облаке процесс коллапсирования, а также наполняли его звездной пылью – строительным материалом для будущих планет. Остывая и сжимаясь, облако распалось на сотни сгустков, после чего гравитация стянула каждый сгусток в новую звезду[102].

Любые, кроме водорода и гелия, элементы, которые обнаруживаются внутри звезды (или галактики, или молекулярного облака, или чего-то еще), астрономы называют металлами. Они говорят о металличности звезд – это понятие отражает, как много полезных материалов доступно там для создания землеподобных планет[103]. То, что любой элемент тяжелее водорода и гелия называется металлом, связано с тем, что при спектроскопии Солнца и соседних звезд легко вычислить соотношение содержания железа и водорода. Звезды кажутся голубыми, красными, желтыми или имеющими какие-то промежуточные оттенки, но, если в фокус телескопа поместить спектрометр – то есть по сути очень совершенную призму, – вы увидите целый лес узких темных промежутков, которые называются спектральными линиями поглощения. Они были открыты Сесилией Пейн-Гапошкиной и другими астрономами в 1920-е гг. и сообщают нам об обилии внутри звезды тех или иных элементов, поскольку возникают, когда атомы поглощают волны определенной длины из непрерывного спектра фотонов, которые пытаются вырваться из глубоких слоев звезды. Если непрерывный спектр можно сравнить с нотами, издаваемыми тромбоном, то линии поглощения блокируют волны определенной длины, создавая свой тембр для каждого элемента.