Нил Тайсон - Добро пожаловать во Вселенную

268

Решения

Юпитеры 51 Pegasi, HD 209458 или 55 Cancri b и с вряд ли опустятся ниже точки кипения воды. Планета 55 Cancri d находится от материнской звезды в

6 а. е., и там очень холодно, так что вся вода там наверняка в виде льда, даже при экстремальном парниковом эффекте. Разумеется, можно представить себе, что у этой планеты есть спутник, который греется под воздействием приливных сил, наподобие Европы, а тогда на нем может быть жидкая вода. Или, скажем, на дне океанов, как и на Земле, есть геотермальные источники, которые передают тепло из недр планеты, так что лед тает хотя бы локально. Наконец, HD 142415 имеет большую полуось примерно как у

Земли, поэтому равновесная температура на ней допускает существование жидкой воды. Однако эксцентриситет орбиты у нее очень велик, поэтому вода за годичный цикл то промерзает, то вскипает. Поэтому, если на подобной планете и возникла жизнь, она должна выдерживать огромные перепады температуры. А биология земной жизни учит нас, в частности, что жизнь приспосабливается к условиям, которые мы привыкли считать совершенно не подходящими для нее. Так что нельзя утверждать, что живые существа в принципе не могут выжить даже в такой экстремальной обстановке.

Наконец, последняя оговорка. Как уже утверждалось, все эти планеты обладают массой в несколько раз больше Юпитера и, подобно Юпитеру, относятся к газовым гигантам (то есть лишены твердой поверхности, а толстый слой их атмосферы состоит в основном из водорода и гелия). Если мы хотим найти поверхность, похожую на земную, с жидкими океанами, в которых возможна жизнь, стоит, пожалуй, рассмотреть каменные или ледяные спутники таких планет.

Недавно космический аппарат «Кеплер» пронаблюдал явление транзита у многих планет: планета проходит по орбите перед своей звездой, отчего яркость звезды ненадолго падает. Наблюдения такого эффекта позволили

«Кеплеру» открыть тысячи планет, в том числе и таких, у которых размеры и массы сопоставимы с земными. Подобная планета, скорее всего, каменная, а некоторые из них находятся от материнских звезд на расстояниях, 269

Решения где возможно существование воды в жидком состоянии. Мы говорим, что такие планеты находятся в «обитаемой зоне» или в «поясе Златовласки»

(не слишком жарко, не слишком холодно, в самый раз!). Нашли и планету на орбите вокруг Проксимы Центавра (ближайшей к Земле звезды, до которой

4,2 световых года): вывод о ее существовании сделан из колебаний скорости материнской звезды вдоль луча зрения. Масса этой планеты предположительно чуть больше земной. Альбедо и парниковый эффект неизвестны, но не исключено, что они таковы, что равновесная температура на поверхности допускает наличие жидкой воды. Однако эта планета так близка к материнской звезде класса М, что находится у нее в приливном захвате, как Луна у

Земли. Если это так, то она всегда повернута к звезде одним полушарием, отчего солнечная сторона так нагревается, а обратная так холодна, что вода в жидком состоянии не может существовать ни на одной из них*.

66. Океаны в Cолнечной системе

66. аМасса m — это плотность, помноженная на объем V , а плотность воды нам известна. Так что из заданной плотности мы можем вывести объем.

Будем работать с точностью до двух значащих цифр:

3 m = V

ρ = 4 R

π h ρ = 3π(6371 км×10 м/км)2

2

3

×

4

3

3

3

21

×3,5×10 м×1,0×10 кг / м = 1,3×10 кг.

Мы воспользовались калькулятором, а потом округлили результат до двух значащих цифр. Но затем мы произвели приблизительный расчет, чтобы проверить, что мы случайно не ввели в калькулятор что-то не то.

Вышеприведенное число можно очень приблизительно записать как

3 3 6,42 3 1018 кг.

* Теоретически жидкая вода на такой планете может существовать в очень узком поясе около экватора — Прим. ред.

270

Решения

Мы знаем, что 6,42 40, а 3 3 10, поэтому получим

3 40 10 1018 кг = 1200 1018 кг = 1,2 1021 кг.

Подобная грубая арифметика дала нам очень похожий ответ, не то чтобы идеальный, если нам и в самом деле нужна точность до двух значащих цифр, однако проделывать приблизительные вычисления для проверки никогда не лишнее. Даже если вы делаете точные вычисления на калькуляторе, и полученные результаты сильно разнятся от ручной оценки, вполне может оказаться, что ошиблись вы именно в точных вычислениях.

66. bМожно было бы вычислить массу океанов, а затем взять отношение найденной величины к массе, которую мы вычислили раньше. Но давайте подойдем к задаче с другой стороны — из педагогических соображений (и еще потому, что арифметика будет проще). Понимая, что глубина гипотетического марсианского океана известна плохо, мы спокойно можем работать с точностью до одной значащей цифры.