b – действительно водный мир? Каким этот мир предстанет перед исследователями?
Пробравшись сквозь эти густые непрозрачные облака, мы попадем в очень горячую и плотную паровую атмосферу. Давление будет нарастать по мере того, как мы спускаемся все ниже, пока перед нами не предстанет безбрежный океан. Но вот мы ныряем в него и стремимся все глубже к недрам планеты – так глубоко, как никто из исследователей никогда не проникал даже в недра Земли. Если мы найдем жизнь на Глизе 1214 b или подобном ей водном мире, это будет биосфера, возможно, чем-то напоминающая земную океаническую биосферу. Чем глубже мы продвигаемся, тем более высоким становится давление. Постепенно вода перестанет напоминать жидкость, к которой мы привыкли на Земле: сначала она перейдет в состояние, которое физики называют сверхтекучей жидкостью, а потом – в плазму[71]. В центре планеты располагается каменное ядро, погруженное в силикатную мантию.
А теперь давайте отправимся на Kepler-186 f107. Эта экзопланета была обнаружена в 2014 году в системе красного карлика, находящегося в 490 св. годах от Солнца в созвездии Лебедя. Kepler-186 f – первая найденная планета земного размера, чья орбита лежит в зоне обитаемости, и поэтому она стала сенсацией. До сих пор ее считают одним из наиболее вероятных претендентов на обнаружение там внеземной жизни.
Как всегда, начну с перечисления некоторых фактов. Как видно уже из названия, Kepler-186 f обнаружили с помощью космического телескопа «Кеплер». Год на этой планете длится 130 земных суток, а большая полуось ее орбиты примерно совпадает по длине с большой полуосью орбиты Меркурия и равна 0,43 а. е. Возраст Kepler-186 оценивается примерно в 4 миллиарда лет, что даже меньше, чем существует наша Солнечная система. Светимость Kepler-186 равна всего 4 % светимости нашего Солнца, из-за чего планета получает лишь треть тепловой энергии, которую Солнце дает Земле. Равновесная температура планеты равна 85 °C. Исходя из оценок светимости ее родительской звезды и «проседания» блеска звезды во время ее транзита, можно вычислить радиус Kepler-186 f: он чуть больше земного – 1,2 R⊕. Поскольку радиус планеты значительно меньше 2 R⊕ – числа, которое, по всей видимости, является критическим для формирования мини-Нептунов, мы с большой долей уверенности можем предполагать, что Kepler-186 f представляет собой скалистую суперземлю.
Колебания радиальной скорости звезды Kepler-186 обнаружить не удалось, а следовательно, не удалось определить и массу планеты. Но давайте предположим, что состав Kepler-186 f схож с земным. Почему бы и нет? Тогда ее масса приблизительно равна 1,4 M⊕. По крайней мере, при таком значении понятно, почему исследователи не смогли вычислить массу планеты. Если мы правы, то колебания радиальной скорости родительской звезды, которые вызовет Kepler-186 f, будут иметь амплитуду, равную всего нескольким десяткам сантиметров в секунду. На сегодняшний день такая точность измерений остается для нас недостижимой. Только самые лучшие из следующего поколения телескопов, например ELT, как ожидается, смогут справиться со столь малыми значениями радиальных скоростей.
На этом более или менее достоверные факты заканчиваются. Дальнейшие рассуждения представляют собой некую спекуляцию, игру ума. С большой вероятностью за время, прошедшее с момента образования планеты, внутренние слои Kepler-186 f, подогреваемые радиоактивным распадом, еще не успели остыть, поэтому будущие исследователи могут обнаружить на планете тектонику плит, вызванную движением магмы, и магнитное поле. Давайте предположим, что это магнитное поле достаточно сильное, чтобы на столь близкой орбите защитить атмосферу Kepler-186 f от интенсивных потоков звездного ветра. Мы ожидаем, что атмосфера сформирована таким же образом, как и у других каменистых планет, – за счет геохимических процессов вследствие тектонической активности, а не за счет захвата газа из протопланетного диска. Поэтому такая атмосфера содержит большое количество углекислого газа, азота и воды. А это значит, что на планете должен быть значительный парниковый эффект. Мы не знаем точный состав атмосферы, ее массу, но простые климатические модели говорят, что нет никаких принципиальных препятствий, чтобы парниковый эффект поддерживал температуру поверхности Kepler-186 f выше 0 °C. Если состав планеты схож с земным, то на планете так же мало воды, в процентном соотношении, как и на Земле.
На способность планеты собирать на своей поверхности воду в устойчивые водоемы и поддерживать температурный баланс оказывает влияние огромное число факторов и процессов. К ним относятся свойства планеты, планетной системы и звезды (такие как особенности звездного спектра, активность звезды и интенсивность звездных ветров, возраст, интенсивность рентгеновского и ультрафиолетового излучения и наличие звезд-компаньонов) и то, какое влияние друг на друга они оказывают с течением времени. Некоторые из этих факторов, скажем наличие звезды-компаньона, могут создавать весьма причудливые природные условия на планете. Другие, такие как спектр и светимость звезды, меняются с увеличением ее возраста. На одной и той же планете на протяжении миллиардов лет могут складываться совершенно разные климатические условия. Земля в начале своей геологической истории имела непрозрачную плотную горячую атмосферу, но были и периоды, когда она полностью покрывалась льдом[72].
Давайте подумаем, какие из этих факторов имеют ключевое значение для жизни на планетах, находящихся у красных карликов? Если вы вспомните о Проксиме Центавра b, то наверняка назовете звездную активность. Но тут стоит иметь в виду, что Kepler-186 – спокойная звезда. За все время наблюдений не было зафиксировано ни одной вспышки, сопоставимой по мощности со вспышкой 2017 года на Проксиме Центавра. Даже если мощные вспышки на Kepler-186 иногда случаются, толстая атмосфера и магнитное поле, предположительно, могут защитить биосферу (если она, конечно, там есть).
Еще одно потенциальное препятствие для жизни – приливный захват планеты. Такое явление должно быть распространено на экзопланетах, находящихся на близких орбитах вокруг своих звезд. Многие из экзопланет, расположенных в зоне обитаемости красных карликов, могут быть приливно заблокированы. На одной половине планеты в этом случае будет вечный день, на другой – вечная ночь. Одно время считалось, что на таких экзопланетах бушует постоянный ураган, на дневной стороне идет непрекращающийся дождь, а на ночной – царит вечная зима108. Такой климат делает сложную жизнь маловероятной. Дальнейшие же исследования показали, что это всего лишь эффект одномерных климатических моделей. Более сложные, трехмерные, модели демонстрируют, что на таких планетах возможен эффективный теплообмен в атмосфере, уменьшающий разницу между температурами ночной и дневной сторон и в целом делающий этот мир не таким уж ужасным местом109.
Разобравшись с тем, что способно помешать существованию жизни, подумаем и о том, что может поддерживать потенциальную биосферу на Kepler-186 f и похожих на него мирах. Время жизни родительских звезд? Безусловно. В этом состоит еще одна причина особого внимания ученых к планетам у карликов M-типа. Kepler-186 f находится не просто в зоне обитаемости своей звезды, а в зоне постоянной обитаемости. Это означает, что планета должна не только поддерживать условия для существования водоемов на ее поверхности, но и поддерживать их на протяжении миллиардов лет. Например, еще задолго до того как Солнце станет красным гигантом, океаны Земли испарятся и вся сложная жизнь на ней исчезнет. Земля будет постепенно вытесняться из зоны обитаемости. Это произойдет примерно через миллиард лет из-за повышения температуры и яркости нашего светила. Однако красные карлики эволюционируют очень медленно, в сотни раз медленнее Солнца. Планета, которая образовалась у звезды такого типа в зоне обитаемости, будет оставаться там сотни миллиардов или даже триллионы лет, причем практически при одних и тех же температурных условиях!
Первые живые организмы на Земле появились около 4 миллиардов лет назад. На протяжении долгого времени нашу планету населяли лишь бактерии. Жизнь больше напоминала зеленую слизь из фильмов про пришельцев, чем привычных нам животных и растений. Где-то между 2,1 и 1,8 миллиарда лет назад произошло событие, которое все изменило: появилась первая клетка с ядром (первый эукариот). Это стало революцией в мире микроорганизмов. И с этих пор жизнь начала усложняться. Все многоклеточные организмы, которых мы знаем, являются эукариотами – потомками той первой клетки. Не факт, что будь у нас возможность отмотать пленку на 2 миллиарда лет назад и запустить все с самого начала, то снова появились бы эукариоты. По прошествии 4 миллиардов лет жизнь все так же могла бы представлять собой зеленую слизь[73]. Земле повезло, но везет ли так другим мирам? Красные карлики предоставляют экзопланетам сотни миллиардов лет на эксперименты с жизнью.
Пусть на дворе стоит осень 2100 года, вы залюбовались плакатом туристического агентства NASA и вот уже сами не понимаете, как оказались в звездолете, который с минуты на минуту высадит вас на Kepler-186 f. Что вы увидите в иллюминатор, совершая последний перед посадкой облет планеты? Ни лесов, ни лугов на планете нет. Эволюция их еще «не придумала». Поверхность покрывают лишь примитивные лишайники. Но какую поверхность! С высоты звездолета вы видите, что на планете нет хребтов, гор – да и вообще, вам кажется, что она невероятно плоская. Повсюду то ли ветвящиеся и расползающиеся по поверхности океана острова, то ли гигантские и многочисленные озера, разбросанные в беспорядке, зажатые «пальцами» суши. Ничего хоть чем-то напоминающего материки Земли. Мир-архипелаг. Конечно, этому есть объяснение, говорите вы себе. Плотная атмосфера усилила разрушительное действие ветров, эрозия оказалась более быстрой, чем на Земле, все горы превратились в песок еще до того, как успели вырасти, и океаны вышли за пределы своих бассейнов и затопили экзопланету.