Уникальна ли наша Земля?

Два этих требования: не слишком близко и не слишком далеко – очерчивают некий пояс вокруг звезды, и этот пояс получил название зоны обитаемости. В нашей Солнечной системе в этом пояс попадают всего две планеты: Земля и Марс. Уже на Венере слишком жарко для существования жидкой воды. Причем интересно: Земля находится на самой близкой к Солнцу границе пояса и по мере неизбежного разогрева нашей звезды столь же неизбежно сдвинется в область «не—обитаемости»; марс же находится на самой дальней границе той же зоны.

Наблюдения последних десятилетий, проведенные с помощью телескопа Кеплер и других, обнаружили в космосе почти полторы тысячи планетных систем. Сначала были открыты большие, массивные газовые планеты типа Юпитера, в большинстве своем обращающиеся очень близко к своим звездам, затем были найдены т.н. «супер-Земли», т.е. скальные планеты размером и массой в несколько Земель, а потом – и вполне землеподобные планеты. Обилие этих находок вызвало эйфорию – появились статистические подсчеты, приводившие к выводу, что число землеподобных планет в одной лишь нашей галактике должно исчисляться миллионами, так что элиенам наверняка есть разгуляться где на воле.

Однако чрезмерная радость вскоре уступила место более сдержанным эмоциям, когда один за другим начали появляться теоретические расчеты, показывающие, что возникновение и существование жизни требует выполнения куда большего числа требований, чем думалось раньше - например, тому же Ф. Дрейку, некогда составившему «уравнение», учитывавшее все известные на ту пору условия появления землеподобной жизни.

Сегодня такое уравнение было бы намного длиннее, потому что в числе таких условий оказалось бы еще, например, существование достаточно мощного магнитного поля, защищающего планету от губительных звездных «факелов» и потоков частиц; и наличие расколотой на отдельные плиты твердой коры, и движение этих плит, т.н. тектоника, необходимая для появления кругооборота углерода на планете; и наличие массивного спутника типа Луны, который создает приливные явления, тормозящие слишком быстрое начальное вращение новорожденной планеты; и подходящий наклон оси вращения планеты, создающие смену сезонов, умеряющую слишком резкие перепады температур, и многое другое. И список этот удлиняется буквально с каждым месяцем, и самый свежий пример, как раз и побудивший меня к написанию этой заметки, – появившаяся недавно в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences статья калифорнийского астронома Бадигина и его коллег, показывающая, что при «конструировании» подходящих для возникновения жизни планетных систем, нужно выполнить еще кое-какие ранее неучтенные требования.

Авторы статьи обращают внимание на тот факт, что в большинстве новооткрытых планетных систем скальные планеты, близкие к своей звезде, отличаются, во-первых, массой и размерами (землеподобных среди них всего 15%, а «супер-Земель» и «мини-Нептунов» - больше 40%), а во-вторых, имеют массивные атмосферы, богатые водородом. Между тем в нашей планетной системе внутренние, близкие к Солнцу - скальные планеты, а их атмосферы тонки и бедны водородом.

Это указывает на разное происхождение. По принятым представлениям, планеты и их звезды образуются из первичного газопылевого облака. Поначалу оно раскалено и тепловое движение атомов и частиц уравновешивает их притяжение друг к другу, но по мере остывания облако начинается стягиваться, образуется центральная звезда и давление ее лучей выталкивает оставшийся газ в дальние районы системы, где образуются планеты-газовые гиганты, тогда как пылинки, танцующие вблизи звезды, постепенно слипаются во все большие глыбы и под конец образуют скальные планеты, бедные первичным газом. Именно так выглядит дело в случае Солнечной системы.

Но почему же тогда в большинстве других планетных систем картина противоположна? – спрашивают авторы. И, проследив множество компьютерных сценариев образования планетной системы, предлагают возможный ответ: потому что «на самом деле» в наших краях имела место некая особенность, которой не было около других звезд. Она состояла в том, что в нашей системе первым после Солнца появился газовый гигант Юпитер, а следом за ним - гигант поменьше, Сатурн. Юпитер, ныне находящийся в 5.2 а.е. от Солнца (а.е., астрономическая единица – это расстояние от Солнца до Земли), сформировался, по мнению авторов, на расстоянии 3 а.е., а потом, в силу тяготения газа, все еще окружавшего молодое Солнце, приблизился к своей звезде на расстояние 1.5 а.е.

К этому времени сложился уже и Сатурн и между двумя гигантами неизбежно возникло гравитационное притяжение, которое привело к их сложному «танцу»: они стали совместно удаляться от Солнца на свои нынешние орбиты, а по дороге сметали с орбит сложившиеся к тому времени вблизи Солнца «супер-Земли» и «мини-Нептуны» (или основной материал для их более позднего формирования); вот почему их сегодня во внутренних районах Солнечной системы нет. Зато после ухода гигантов в этих районах из оставшихся там мелких обломков смогло сложиться «второе поколение» малых планет – нынешние Меркурий, Венера, Земля и Марс. И поскольку основная масса первичного газа к этому времени была вытолкнута на периферию системы (как за счет давления солнечных лучей, так и за счет движения Юпитера и Сатурна), атмосферы планет второго поколения оказались тонки и бедны водородом.

Если свести всю эту картину к нескольким словам, то они будут неутешительны: наша Солнечная система образовалась в результате случайного счастливого стечения обстоятельств (формирование двух газовых гигантов сразу, одного за другим), которое вообще-то не характерно для планетных систем. Проще говоря, мы несколько уникальны, и при обсуждении вопроса о существовании в космосе других планет, подходящих для возникновения землеподобной жизни, это обстоятельство тоже нужно учитывать.

К сказанному можно добавить, что роль Юпитера в формировании нашей планетной системы в ее нынешнем виде отмечается уже не впервые: она является центральной также в популярной сегодня среди астрономов «модели Ниццы» со всеми ее производными; и вообще – загадка Юпитера все чаще выдвигается на первый план во всех обсуждениях проблемы существования жизни в космосе. В «модели Ниццы», например, движение Юпитера (и Сатурна) все дальше от Солнца приводит к вбрасыванию во внутренние районы системы, т.е. в сторону новорожденной Земли, огромного числа комет и астероидов (что подтверждается следами многочисленных космических ударов на поверхности Марса и Луны), а это привело к появлению на Земле воды, столь необходимой для возникновения жизни. Другие авторы отмечают, что Юпитер, встав, наконец, на свою нынешнюю стационарную орбиту, превратился из «бомбардировщика» внутренних планет в их «защитника», поскольку его гравитационное поле стало существенно заслонять эти планеты от новой массовой бомбардировки блуждающими кометами и астероидами.

Тем более важен вопрос: насколько уникален Юпитер? Что говорят об этом существующие данные? Эти данные говорят, что таких массивных планет на таком расстоянии, как Юпитер от Солнца, и на такой (почти круговой) орбите в других планетных системах практически нет: тамошние газовые гиганты либо движутся по круговым орбитам очень близко к своим звездам (т.н. «горячие Юпитеры»), либо обращаются вокруг своих звезд очень далеко и по вытянутым, резко эллиптическим орбитам. Получается, что наш Юпитер вроде бы уникален.

Правда, надо заметить, что планетных систем, похожих на нашу, тоже практически нет, но многие астрономы считают, что это кажущееся явление, вызванное слишком малым числом наблюдений; недавно эту точку зрения энергично поддержали астрономы Ребекка Мартин и Марио Ливио, которые проанализировали все данные, собранные Кеплером, и показали, что Солнечная система как будто бы более типична, чем кажется на первый взгляд. Но даже в их анализе проблема «уникальности или не-уникальности» Юпитера не нашла убедительного решения. (Заметим в этой связи, что планеты типа Сатурна и Урана вообще еще не были найдены ни разу; впрочем, это может быть следствием того, что их воздействие на движение своих звезд слишком мало, чтобы нынешние земные приборы его уловили).

В поисках такого решения группа американских астрономов (Роуан и др.) предприняла недавно тщательный анализ данных, накопившихся за последние десять лет в ходе поиска и изучения планет-гигантов в других планетных системах. Эти планеты обнаруживаются по их гравитационному влиянию на движение своей звезды (чем они массивней, тем это влияние заметнее), и авторы новой работы изучили данные для 1100 звезд, наблюдавшихся в гигантский телескоп обсерватории Кек на Гавайях. Этот анализ привел к выводу, что планеты, похожие на Юпитер, найдены пока что лишь у 3% наблюдавшихся звезд, и это говорит о то, что планетные системы, аналогичные нашей, тоже довольно редки.

Возможно, что в других планетных системах для этого недостало «строительного материала» или же в отсутствии тамошних Сатурнов эти одинокие гиганты продолжают беспрепятственно приближаться к своей звезде, превращаясь в конце концов в «горячие Юпитеры». Как бы то ни было, близкие аналоги нашего Юпитера редки, а учитывая ту роль, которую он, судя по всем новым моделям, сыграл в формировании Солнечной системы и конкретно Земли, можно заключить, что даже пригодные для обитания элиенов землеподобные планеты в других планетных системах крайне редко имеют такую же благоприятную для жизни историю, как наша Земля.

И уж не знаю, кого это обрадует, а кого огорчит, но уникальность нашей Земли этим не исчерпывается, потому что другая группа американских астрономов (Берузи и др.), проведя анализ тех же данных о внесолнечных планетах и добавив к нему анализ возможной скорости рождения планет в космосе (полученный из расчетов количества водорода и гелия во вселенной и скорости идущих в ней процессов звездообразования за всю ее историю), пришла к поразительно интересному выводу: оказалось, что наша планета – редчайшая ранняя пташка: она родилась в те времена (4.5 млрд лет назад), когда во вселенной существовали всего 8% (!) всех тех потенциально обитаемых планет, которые в ней могут родиться за 100 триллионов (!!) лет существования. Это означает, что даже сегодня подавляющее большинство потенциально обитаемых планет еще даже не существуют!

Так зачем же спорить о возможности или невозможности существования элиенов? Заходите через пару-другую десятков триллионов лет - вот тогда поговорим…

Рафаил Нудельман
"Окна", 17.03.2016