Вы здесь

На супер-Земле, под красной звездой

Космический телескоп «Кеплер» вышел из строя и был переведен в другой режим несколько лет назад. Но он собрал такое количество данных о возможных внесолнечных планетах в ближайших окрестностях Солнечной системы, что на обработку этого материала понадобились все прошедшие годы. Лишь в июне 2017 года ученые доложили о результатах этой работы. Согласно их сообщению, окончательный каталог «Кеплера» содержит 4,034 кандидатов в планеты, 49 из которых – это скальные планеты, движущиеся в зонах обитаемости своих звезд. Подтверждены как реальные планеты 2334 кандидата, из них 10 – это планеты, по размерам и температурам сходные с Землей.

Напомню, что некогда, в саамы первые годы поиска таких планет, ученым все больше попадались т.н. «горячие Юпитеры», т.е газовые гиганты, вроде нашего Юпитера, только обращающиеся, как правило, очень близко к своей звезде и потому раскаленные. По мере улучшения наблюдательных возможностей стали обнаруживаться и землеподобные планеты, а также твердые планеты чуть большего размер, т.н. супер-Земли, и газовые планеты, вроде нашего Нептуна, но меньшего размера. В нынешней проверке данных «Кеплера» была использован новейшая техника определения размеров планет, и это позволило обнаружить, что малые планеты четко распадаются на два этих класса с размерами 1.5 земных радиуса и меньше (скальные) и 2-3.5 земных радиуса (газовые).

Это позволило провести более точную грань между потенциально обитаемыми и явно непригодными для обитания планетами. По мнению ученых, малые планеты, подвергаясь в молодости воздействию сильных потоков частиц от своих звезд, должны были потерять значительную часть своей атмосферы и стать землеподобными. Планеты с большим начальным запасом газа могли сохранить его и кончили как газовые мини-Нептуны. Но тогда давление сохранившейся атмосферы должно быть там так велико, что появление жизни практически невероятно.

Но означает ли это, что малые скальные планеты, если они сохранили достаточную часть своей атмосферы, обязательно потенциально обитаемы? Еще несколько лет назад считалось, что условия обитаемости – это наличие атмосферы, жидкой воды и умеренных температур. Открытие множества супер-Земель потребовало более придирчивого анализа и в результате список требований к кандидатам на обитаемость расширился. Планетологи добавили к нему наличие магнитного поля и движения континентальных плит. Магнитное поле жизненно необходимо для защиты планеты от убийственных потоков заряженных частиц, непрерывно выбрасываемых их звездами. Как известно, на Земле магнитное поле генерируется потоками расплавленного железа внутри жидкой части ее ядра. Поэтому планета, не имеющая жидкого ядра, вряд ли обзаведется магнитным полем, и это резко снижает ее шансы на обитаемость. Сейчас специалисты усиленно изучают поведение железа при высоких давлениях (внутри Земли они достигают 35 млн атмосфер), чтобы выяснить, при каких физических условиях в ядре скальной супер-Земли может сохраниться жидкая часть. Это позволит вычеркнуть из списка потенциально обитаемых еще какую-то его часть.

Не менее важно для обитаемости наличие тектоники плит. Появление сложной органической жизни требует наличия свободного кислорода, а он появился на Земле только после того, как возникло движение плати, которое регулярно уносит в недра Земли те вещества, которые жадно поглощают кислород и, оставаясь на поверхности, не дают атмосфере насытиться кислородом. Планетологам уже известно, что на Венере и Марсе нет тектоники плит, так что, независимо от других условий (потери атмосферы Марсом и высокой температуре на Венере), жизнь там вряд ли могла возникнуть. Но выяснить, существует ли тектоника плит на внесолнечных планетах, планетологи пока не могут.

Но у проблемы обитаемости есть и еще одна сторона. Как показал последний каталог «Кеплера, из 59 кандидатов в обитаемые большинство обращается вокруг т.н. «красных карликов (звезд типа М) и только несколько – вокруг оранжевых карликов типа К или солнцеподобных звезд (типа G). Вот примеры: в феврале 2017 года было сообщено об открытии 7 землеподобных планет у звезды «Траппист», которая является красным карликом. В апреле сообщили об открытии «лучшего кандидата в обитаемоые» - землеподобной планеты около звезды LHS 1140b – опять красный карлик. А в авшусте 2016 года заговорили о планете около ближайшей к нам Проксимы И – то ж.е красный карлик.

Никакого «заговора» тут нет – просто около 70% звезд в нашей галактике относятся к М-типу. Все они невелики по размераам (некоторые не больше Юпттера) и холодны ()по звездным меркам) например, поверхность Проксимы имеет температуру 2800 градусов. Внутри них идут очень медленные ядерные реакции, поэтому они светятся, но светятся тускло. Зато и стареют куда медленней обычных звезд – могут прожить не миллиарды, кае наше Солнце, а триллионы лет. И, как правило, чаще имеют планеты (в 3.5 раза чаще, чем звезды типа Солнца). Но условия для жизни на этих планетах несравненно суровее, чем вблизи Солнца. Для сохранения достаточной (для обитаемости) температуры планета должна получать достаточно тепла от своей звезды, а поскольку М-звезды светят тускло, планета должна быть достаточно близка к ней. Но это опасно. В дни своей «молодости», т.е. как раз в то время, когда образуются планет, М-звезда светит в сотни раз ярче, чем в зрелости, и это продолжается сотни миллионов лет. Такой огромный поток энергии и частиц, как показали недавние расчеты сотрудников НАСА, непременно должен сдувать с планеты всю ее атмосферу или, во всяком случае, лишать ее водяных паров, а также кислорода и азолта. (У солнцеподобных звезд такой опасный для планет период длится во много раз меньше).

Мало этого: обязательная близость к своей звезде (в случае М-звезд) приводит к тому что вращение планеты энергично замедляется приливными волнами и в конце концов прекращается вообще. После этого планета будет обращаться вокруг звезды, будучи все время повернута к ней одной стороной, как Меркурий к Солнцу или Луна к Земле. Это создает чудовищные перепады температуры между двумя полушариями и столь же чудовищные потоки ветра, стремящиеся эти температуры выравнять. Правда, расчеты планетологов показали, что при некоторых исключительных условиях (налчиие зхотя бы небольшого количества воды, тепличного эффекта в сохранившейся атмосфере и т.п.) на такой планете могут сохраниться пригодные для жизни «островки», но их существование будет крайне неустойчиво.

И ко всему этому нужно добавить, что М-звезды в основной период своей жизни то и дело выбрасывают огромные потоки раскаленного газа, которые вполне могут достигать планет в силу их близости к таким звездам и буквально «сжигать» их атмосферу. Все это объясняет, почему исследования пока что обнаружили следы атмосферы только у трех кандидатов в обитаемые, в том числе около М-звезд – лишь одну из пятидесяти с лишним. Однако природа изобретательна, и поэтому планетологи еще сохраняют надежду – может быть, новые, готовящиеся вступить в строй приборы позволят лучше разобраться в том сложном комплексе проблем, которые вкупе образую вопрос: «Возможна ли вообще жизнь на планетах около М-звезд».

*****************************************************************************************************************************************

          Шаг первый – и последний       

Не так давно я рассказывал о работах биолога-эволюциониста профессора Лаланда из университета Св. Андрея в Шотландии. Изучая поведение животных, он пришел к выводу, что, несмотря на несомненную способность животных к новаторству и передаче новых навыков от одного члена группы к другому, их культура принципиально отличается от человеческой. Передавая новое, животные не модифицируют и не совершенствуют его, тогда как люди «надстраивают» новшество на новшество, в результате чего их культура становится «кумулятивной», то есть непрерывно развивающейся и усложняющейся. Животные способны изобретать, комбинируя новое из уже известных частей, они способны заимствовать друг у друга новые виды поведения, но практически не способны модифицировать изобретения своих сородичей, как это делают люди (вспомним, к примеру совершенствования самодвижущихся экипажей). По мнению Лаланда, изобретая новое или заимствуя его от сородичей без модификаций, можно создать лишь простейшую культуру.

Недавно сотрудники лаборатории Лаланда проверили эту гипотезу своего шефа экспериментально. Они разбили подопытных шимпанзе на несколько групп и предложили им ряд возможностей доставать сок из большого контейнера, поставленного рядом с их клеткой. Обезьянам был предложен набор предметов, каждый из которых мог служить для добычи сока через прутья решетки, - от простейшей палки, которую можно было просунуть в контейнер, а потом облизать, до сложной складной трубки, которая была самой эффективной для питья, но требовала развертывания и последующего открытия клапана.

В группах, где обезьянам давали весь этот инструментарий, в дело шли только простейшие палки и соломинки. В группе, которой дали только сложную складную трубку, обезьяны остались без сока. Они не сумели овладеть сложной новинкой. Но в группе, куда поместили одну обезьяну, которую экспериментаторы предварительно обучили пользоваться этой складной трубкой, другие шимпанзе быстро переняли у «тренера» его умение и тоже стали пить с помощью трубки. Но самое интересное показала группа, не имевшая «тренера», но получившая возможность издали увидеть, что можно пить сок каким-то новым способом. Эта группа сама освоила сложную складную трубку, но особым путем – «сложив» вместе «открытия» разных своих членов: один «угадал», как развертывать трубку, и все стали ему подражать, потом кто-то другой «угадал» как открыть клапан и так далее. Иными словами, здесь новое появилось не из подражания, а путем коллективного комбинирования нескольких частных новшеств. Это означает, что обезьяны способны к созданию нового путем коллективного усложнения уже известного. А это – первый шаг к появлению кумулятивной культуры.

И что особенно интересно – этот шаг был сделан в данной группе не сразу, а лишь после того, как ее поставили перед «экологическим вызовом» - у этой группы отняли все простые способы добычи сока, все эти палки и соломинки, и она оказалась перед необходимостью найти новые пути. Вот так же когда-то, наверное, древние люди делали первые шаги к созданию своей будущей кумулятивной культуры, создавая новые пути выживания в изменившихся внешних условиях.

Но почему же шимпанзе не сделали следующих шагов?

Авторы новой работы считают, что решающую роль в переходе к кумулятивной культуре, как это нашел профессор Лаланд чисто умозрительным путем, математически анализируя становление такой культуры, играют две других способности, которых не хватает обезьянам - отсутствие способов передачи точной информации о новшестве, найденном другими, и умения хотя бы немного модифицировать это новшество. Понятно, что первое требование, на решающей важности которого для кумулятивной культуры настаивает Лаланд, требует наличия языка (речи) и других способов передачи информации (например, чертежей, схем и т.п.). Ничего этого эволюция не дала обезьянам, и потому их первый шаг к кумулятивной культуре оказался последним. Но выявление этого шага показало ученым, какими могли быть первые шаги наших предков к этой желанной цели. И, быть может, правы те ученые, которые считают, что решающим среди этих шагов процесса было появление современной человеческой формы речевого аппарата. Одни специалисты относят его уже ко временам первых гоминидов (2.5- 2.0 млн лет назад), другие, напротив, отказывают в этой форме даже неандертальцам, но все они согласны в том, что без появления речи последующие шаги к кумулятивной культуре были бы невозможны. И тот факт, что человекообразные обезьяны не умеют говорит и не научаются этому даже при настойчивом обучении, это подтверждает.

Можно надеяться, что дальнейшие экспериментальные исследования всех этих вопросов, подобные вышеописанному, еще более приблизят науку к детальному пониманию процесса становления кумулятивной культуры современного человечества.

Рафаил Нудельман

"Окна", 24.8.2017