Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной - Калеб Шарф

Хотя многочисленные примеры такого рода орбитального резонанса налицо даже в нашей Солнечной системе, у нас им подчиняются почти исключительно движения мелких планет и спутников, а движение крупных планет не знает резонанса, по крайней мере, в такой степени, в какой ему подвластны некоторые экзопланетные системы. Например, орбиты малой планеты Плутон и гигантского Нептуна подчиняются резонансу – на два плутоновских года приходится три нептуновских. Специфическим закономерностям подчиняются и некоторые спутники вокруг гигантских планет. Ио, Европа и Ганимед – спутники Юпитера – подчиняются закономерности в 4, 2 и 1 оборот за один и тот же период. Однако никакие крупные планеты в нашей системе не состоят друг с другом в подобных отношениях, по крайней мере, сейчас, поскольку есть некоторые свидетельства, что когда-то, быть может, четыре миллиарда лет назад, Юпитер с Сатурном танцевали танго с ритмом один к двум.

Казалось бы, необычное положение дел, и, тем не менее, подобные резонансы наблюдаются по всей нашей Галактике довольно часто. Но есть и еще одно свойство орбит многих планет, на котором нам совершенно необходимо остановиться, поскольку свойство это, с одной стороны, весьма часто встречается, а с другой – разительно отличается от устройства Солнечной системы. Мы обнаружили, что большинство планет нашей лиги вращаются не по кругу, а по плавным эллиптическим траекториям. Именно эти эллипсы обнаружил Кеплер, когда нашел объяснение непослушных закономерностей движения планет в Солнечной системе, именно они прямо следуют из закона всемирного тяготения Ньютона. Однако орбита самой Земли имеет лишь слегка эллиптическую форму – она отклоняется от правильной окружности лишь на пару процентов. В сущности, ни одна планета нашей системы не отклоняется от окружности больше чем на 10 %, кроме Меркурия, у которого отклонение составляет 20 %.

А если мы изучим лигу планет, то окажется, что 80 % экзопланет вращаются по орбитам с эллиптичностью более чем в 10 %. В сущности, более 25 % планет по всей Галактике вращаются по орбитам, которые на 50 % «эллиптичнее» круга. Иначе говоря, если мы захотим найти место Солнечной системы в лиге планет, нам придется потрудиться, чтобы найти местечко, зарезервированное для таких, как мы. Наша Солнечная система со своими относительно круглыми, но при этом большими орбитами находится в нижней четверти таблицы эллиптических орбит. Она явно выделяется в общем ряду.

Предпочтение эллиптической архитектуры орбит указывает на целый ряд весьма важных обстоятельств. Во-первых, оно предполагает, что большинство планетных систем, может быть, более 70 %, знавали периоды так называемой динамической активности. Это означает, что в прошлом планеты, скорее всего, были расположены иначе, временами проходили ближе друг к другу и сильнее притягивали друг друга. Со временем это может вызвать довольно заметные перемены и даже разрушение системы – они так и летают по ней и иногда находят себе другое место или вовсе теряются. К этому примечательному свойству я еще вернусь, когда мы заговорим об эволюции планетных орбит и о том, как она относится к принципу Коперника, однако оно свидетельствует о том, что история большинства систем оказалась куда более бурной, чем даже самые смутные времена в нашей Солнечной системе.

Еще одна черта эллиптических орбит, важная для нашей цели, – выяснения своего статуса во Вселенной – имеет отношение к климату. Многие потенциальные кузины Земли, как правило, подвержены значительно более резким перепадам количества энергии, которое они получают от родительских звезд в течение своего года. Эта энергия – важнейший фактор, определяющий обстановку на поверхности подобных планет, поэтому для нас она крайне важна.

Разнообразие в лиге планет этим не исчерпывается: орбиты – всего лишь одна из множества их отличительных черт. Очень многие системы содержат многочисленные экземпляры из другого класса планет, представителей которого вокруг Солнца нет вообще. Это планеты, которые укладываются в диапазон размеров от чуть больше массы Земли до пяти-десяти ее масс. Они – супер-Земли[104], и самые маленькие из них по крайней мере смутно напоминают нашу собственную планету, хотя на самом деле они не обязательно «землеподобны» (на этом качестве мы остановимся чуть позже). Более крупные варианты могут сильно отличаться от нас. У многих, по всей видимости, есть мощная атмосфера, вероятно, содержащая много водорода. Некоторые подобные массивные объекты, вероятно, покрыты слоем воды. Иногда они насквозь проморожены. А иногда целиком скрыты мировым океаном, достигающим невообразимой глубины – в десятки, а то и сотни километров, – где давление и температура так огромны, что химико-физическое поведение воды ничем не напоминает знакомые нам земные процессы. Есть и такие, где количество воды довольно скромно или ее вовсе нет. Зато на многих из них вовсю идут постоянные бурные вулканические процессы.

Несмотря на такие суровые и нестабильные условия на поверхности, подобные планеты могут быть необычайно плодородными с химической точки зрения. Непрерывный конвейер поднимающейся к поверхности раскаленной лавы постоянно освежает химическую смесь, обогащает ландшафты густой подливкой из высокореактивных веществ. А кроме того, из-за крупных размеров геофизическая продолжительность жизни подобных планет очень велика, поскольку отношение остывающей поверхности к общему объему у них меньше. Миллиарды лет замедленной активности позволяют им выглядеть молодо гораздо дольше, чем их миниатюрным – размером с Землю – кузинам.

Здесь, прямо посередине клубной гостиной, весьма многолюдно. Супер-Земли, а также нептуноподобные планеты чуть больших размеров и объекты поменьше, размером с Землю, так многочисленны, что им приходится сидеть прямо-таки друг у друга на голове. А данные последних исследований показывают, что они предпочитают находиться на тесных орбитах, полный оборот по которым занимает считанные дни или недели. Более того, судя по всему, такой тип планет – самый распространенный на Млечном Пути. Данные исследований наталкивают на мысль, что подобные небесные тела, вероятно, превосходят числом звезды в нашей Галактике, таких планет, быть может, сотни миллиардов[105].

И здесь нас ждет очередной сюрприз, очередное вопиющее противоречие нашим представлениям о заурядности Солнца и Солнечной системы, заставляющее усомниться в некоторых предпосылках Коперника: большинство этих планет вращаются вокруг звезд, которые меньше и тусклее Солнца, поскольку вообще большинство звезд во Вселенной меньше и тусклее Солнца.

Проведите перепись звезд по всей Галактике – и вы обнаружите, что 75 % звезд обладают массой меньше половины Солнца, а их яркость составляет всего-навсего несколько процентов его яркости! Самые маленькие – с массой примерно в одну десятую солнечной – светятся с яркостью лишь в одну тысячную Солнца. Это тусклые красноватые шары из водорода и гелия, рассыпанные по всему космосу.

Именно таковы почти все наши звезды-соседки. В пределах 20 световых лет от нас насчитывается восемь звезд размером с Солнце или несколько больше – и при этом 101 известная звезда меньше Солнца. Даже знаменитая система Альфа Центавра состоит из трех звезд. Две из них более или менее похожи на Солнце, а третья – Проксима Центавра – обладает массой только в 13 % солнечной и яркостью меньше чем 0,2 % яркости Солнца.

Все подобные звезды так тусклы и так далеки, что их невозможно различить невооруженным взглядом, они становятся видны лишь в линзах телескопов, собирающих свет. Однако не стоит отмахиваться от них как от сущей мелочи, от стайки межзвездных мошек: задумайтесь о том, что эти мелкие звезды не просто собирают вокруг себя большинство планет в Галактике, но и живут дольше всех других разновидностей звезд. Относительно низкая температура в их недрах в сочетании с турбулентной ядерной системой пищеварения, которая перерабатывает материал звезды, приводят к тому, что водородное топливо у этих звезд кончается очень не скоро – должно пройти колоссальное время. И к тому же они пережигают его, что называется, безотходно. Примерно через десять миллиардов лет постоянного термоядерного синтеза звезда вроде нашего Солнца израсходует всего лишь 8 % своего водорода, после чего ее жизнь начнет стремительно клониться к закату. Напротив, звезда гораздо меньших размеров способна переработать 98 % своего водорода, и на это у нее уйдет более триллиона лет[106].

Из этого следует, что если поглядеть на лигу выдающихся планет, то обнаружишь, что подавляющее большинство из них находится в системах тусклых звезд, которые равномерно излучают энергию на свои льдисто-каменистые чада примерно в сто раз дольше, чем ожидаем мы от своего Солнца. По-моему, разумно предположить, что внешний наблюдатель, который посмотрит на Млечный Путь, вооружившись астрономическими инструментами, исследует наши края и тут же придет к выводу, что такова уж неофициальная иерархия звезд, окруженных планетами: правят балом маленькие, а те, что покрупнее, встречаются довольно редко.