Читать книгу "Вселенная на ладони - Колин Стюарт"

Концепция петлевой квантовой гравитации утверждает, что пространство-время является квантовым, оно не непрерывно и состоит из связанных петель, образующих полотно.

Это похоже на пододеяльник. Он на первый взгляд напоминает одну непрерывную структуру, но в действительности это множество отдельных стежков.

В этой картине пространство-время выглядит не идеально гладким, а шероховатым. Это то, что потенциально можно подвергнуть проверке. Астрономы пытаются понаблюдать и определить, подвергаются ли лучи света, идущие к нам от далеких галактик, каким-либо изменениям под воздействием этих подлежащих структур.

Экзопланеты

Обитаемая область

Благодаря целой армаде спутников, вращающихся вокруг нашей планеты, у нас есть впечатляющие снимки Земли, сделанные из космоса. Самое потрясающее впечатление производят снимки, сделанные ночью, когда расползающиеся во все стороны современные мегаполисы светятся мириадами огней, как маяки земной цивилизации. Совершенно очевидно, что в нашем мире доминируют технологические индивиды.

Особенно красноречивую картину можно наблюдать при ближайшем рассмотрении южной части Средиземноморья. Засушливые пустынные земли Северной Африки, где с трудом можно найти свет электрических огней, соседствуют с деловой активностью Европы. Тем не менее есть один регион на северо-восточной оконечности континента, который по ночам светится как рождественская ель: это дельта Нила. В регионе, где вода в дефиците, люди скопились у берегов одной из самых длинных рек мира.

Это ясное напоминание о важной роли пресной воды для жизни на Земле. Жизнь на нашей планете существует во всех ее областях, начиная от глубоких недр до высоких облаков. Вместе с тем все формы жизни, обнаруженные сегодня на Земле, используют жидкую форму H2O для выживания. Поэтому представляется естественным, что вода занимает первостепенное место в мыслях астрономов, когда они говорят о шансах найти жизнь где-нибудь во Вселенной за пределами Земли.

Земля находится в обитаемой зоне – узкой полоске космического пространства вокруг звезды, где температуры благоприятны для существования. Окажись мы слишком близко – вода закипит; слишком далеко – замерзнет. Это объясняет, почему обитаемая область часто называется по-другому: поясом Златовласки. Подобно овсяной каше из английской сказки про Златовласку, оказавшуюся в домике трех медведей, она не очень горяча, но и не очень холодна, а как раз такая, какая нужна. Современные астрономы неустанно ведут поиски признаков внеземной жизни, изучая планеты обитаемой области других звезд.

Обитаемая область включает узкую зону вокруг звезды, где температуры благоприятствуют поддержанию жидкого состояния воды. Ее точное и конкретное местоположение зависит от температуры звезды

Но это не единственное место, где следует вести поиски. В нашей собственной Солнечной системе жидкая вода, как предполагается, имеется в океанах под поверхностью спутников Европы и Энцелада, а эти спутники находятся вне пределов обитаемой области. И свое тепло они получают в результате приливного взаимодействия с Юпитером и Сатурном. Поэтому это самое подходящее место, откуда можно начать, но мы не должны ограничивать свои поиски внеземной жизни исключительно обитаемой областью звезд.

КРАСНЫЕ КАРЛИКИ И ВОЗМОЖНОСТЬ ЖИЗНИ

Границы обитаемых областей не постоянны – их локализация меняется от звезды к звезде. Что касается самых горячих звезд классов О и B, планетам следует находиться от них на значительном расстоянии, чтобы предотвратить закипание воды. Планетам, вращающимся вокруг самых холодных звезд классов К и М – красных карликов, – нужно стремиться быть поближе к ним, чтобы оставаться теплыми.

Эта близость к звезде может быть проблематичной, поскольку обитаемая область находится в пределах радиуса приливной блокировки – подобно Луне, вращающейся вокруг Земли, планеты, находящиеся вблизи звезд, всегда обращены к своей звезде одной и той же стороной. В итоге одна сторона чрезмерно нагревается, в то время как другая не может согреться. Кроме этого, на красных карликах наблюдаются мощные вспышки и интенсивное ультрафиолетовое излучение – и то, и другое представляет угрозу для биологических существ.

Ставки высоки, так как красные карлики составляют около 75 % всех звезд – слишком большое число потенциально обитаемой недвижимости, чтобы их игнорировать. Недавно астрономы воспользовались компьютерами, чтобы смоделировать атмосферы этих планет, и это дало им некоторую надежду. Компьютерные модели показали, что благодаря ветрам, тепло от звезд может распространяться более равномерно по планете, делая ее менее экстремальной средой для жизни.

Транзитный метод

Поиск планет вокруг других звезд, называемых экзопланетами, непростая задача. Давайте развернем нашу перспективу и представим себе, что где-то там, вдали, существует внеземная цивилизация, пытающаяся понять, есть ли вокруг Солнца какие-нибудь потенциально обитаемые планеты. Для начала, Солнце в миллионы раз больше, чем Земля. Кроме того, оно светит неистово, тогда как у Земли источников собственного производства естественного освещения не существует. Проблема кажется сложнее, когда вы осознаете, что ближайшим объектом, с которого можно вести поиски, является ближайшая к нам после Солнца звезда. Это звезда Проксима Центавра, находящаяся от нас на расстоянии примерно 40 триллионов километров (4,2 световых года). Поиски внеземных планет похожи на поиск маленькой темной иглы в гигантском, сбивающем с толку стоге сена, находящемся настолько далеко, что вы едва ли можете видеть его, не говоря уже об иголке.

Эти трудности заставили астрономов изобрести более хитроумные пути установления существования экзопланеты, даже если ее нельзя наблюдать непосредственно. Одним из наиболее распространенных методов является так называемый транзитный метод. Если экзопланета проходит непосредственно между нами и своей звездой – совершает транзит, – она заслоняет некоторое количество света, так что звезда становится на время более тусклой.

Из этой простой идеи – происходящего время от времени блокирования планетой света звезды, – можно извлечь очень много интересной и важной информации об экзопланете. Чем крупнее планета, тем больше света от звезды она заслонит и тем на большую величину звезда потускнеет. В случае множества равномерно распределенных в пространстве транзитов разрыв во времени между ними может рассказать нам о том, сколько времени требуется планете, чтобы обойти вокруг своей звезды. Чем больше времени затрачивает планета на то, чтобы совершить один оборот, тем на большем расстоянии она находится от своей звезды, а мы можем воспользоваться этим фактом, чтобы прийти к заключению, находится ли она в обитаемой области. Начиная с 2009 года космический телескоп НАСА «Кеплер» сканировал небо вдоль и поперек, пробегая по небосклону между сотнями тысяч звезд в поисках провалов в их яркости, вызванных транзитом экзопланет. Эти поиски в корне изменили наше понимание того, что там находится. На сегодня обнаружено более двух тысяч внеземных миров, некоторые из них вращаются в пределах обитаемых областей их звезд.