Элизабет Таскер - Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли

«Ситуация с лунами сейчас такая же, как с планетами в 1990-е гг., — объясняет немецкий астрофизик Рене Геллер, беря за точку отсчета эпоху накануне открытия первых экзопланет. — Мы стоим на пороге».

Геллер одержим естественными спутниками. В сферу его научных интересов входят вопросы образования и обнаружения лун вокруг внесолнечных планет. Как раз на этих экзолунах Геллер надеется найти жизнь.

С учетом огромных расстояний, исключающих возможность отправки космических зондов, обнаружить жизнь на экзоспутниках можно только по следам в атмосфере. Поэтому искать жизнь в экосистемах, скрытых под ледовой оболочкой, не имеет смысла — она должна быть на поверхности спутника. Если оставить в стороне тела вроде Титана, наиболее вероятное место, где может встретиться населенный бактериями или эвоками ландшафт, — это зона умеренных температур. Этому критерию не соответствуют покрытые льдом спутники планет Солнечной системы, но что, если бы Юпитер мигрировал во внутреннюю область на место Земли? Привело бы это к таянию ледяных панцирей Европы, Ганимеда и Каллисто? Появилось бы в результате в Солнечной системе три новых объекта с потенциально пригодными для жизни условиями на поверхности?

Для живых форм условия на таких землеподобных спутниках могут оказаться даже лучше, чем на планетах. Серьезная проблема планет, орбиты которых проходят вблизи не столь горячих красных карликовых звезд, — приливный захват. Когда планета все время повернута к звезде одной и той же стороной, на двух ее сторонах формируются два принципиально разных температурных режима — испепеляющая жара на одной и ледяная тьма на другой. В случае спутника приливный захват возможен скорее с планетой, чем со звездой. Поэтому даже при нахождении в зоне умеренных температур системы с красным карликом на спутнике может сохраниться обычный цикл смены дня и ночи.

К настоящему моменту в зонах умеренных температур астрономы открыли в пять раз больше газовых гигантов, чем землеподобных миров. Если аналоги Юпитера окружены таким же количеством лун, как наши планеты-гиганты, то экзолуны являются основными объектами с твердой поверхностью в этой зоне. Казалось бы, наши шансы на успех в поисках пригодных для жизни миров повышаются, но существует ли похожий на Землю спутник вроде Эндора, космического дома эвоков?

Чтобы на Эндоре могли существовать густые леса и мохнатые мишки, этот спутник должен иметь атмосферу. Глядя на толщину газовой оболочки Титана, можно подумать, что любой спутник может запросто удержать необходимый объем воздуха. Однако у Титана есть одно существенное преимущество перед спутником, находящимся в пределах зоны умеренных температур: температура пространства вокруг него очень низкая.

Молекулы газа покидают верхние слои атмосферы, если они могут разогнаться настолько, чтобы преодолеть силу притяжения планеты (или спутника). Поскольку плотность газа уменьшается по мере приближения к верхней границе атмосферы, при достижении достаточной скорости его молекулы вряд ли встретят какие-либо препятствия на своем пути в окружающее планету пространство. Чтобы атмосфера планеты сохранялась в течение длительного времени, газ из нее должен утекать очень медленно. Для этого либо планета должна быть очень массивной, чтобы создавать мощную силу притяжения, либо молекулы атмосферы должны двигаться с очень низкой скоростью. Спутники во внешней части нашей Солнечной системы не очень большие, но верхние слои их атмосфер очень холодные. Благодаря этому молекулам газа трудно набрать достаточную скорость, чтобы покинуть спутник.

Но стоит переместить такой спутник поближе к Солнцу, и в результате нагрева атмосферы газ из него начнет улетучиваться. Температура в верхней части атмосферы Земли в сто раз выше, чем на Титане. Если поместить на место нашей планеты Титан, его гравитации не хватит для удержания атмосферы.

Если бы на экзоспутнике была такая же атмосфера, как на Земле, потерю кислорода мог бы компенсировать фотосинтез, а потерю углекислого газа — эрозия силикатов. Впрочем, улетучивание азота из атмосферы мира, потенциально пригодного для жизни, будет иметь самые печальные последствия: азот — элемент, который плохо вступает в химические реакции, благодаря этому молекулы азота выступают в качестве буфера, снижающего риск возникновения лесных пожаров. Кроме того, азот является ключевым компонентов белков и ДНК, используемых всеми формами жизни на Земле. При отсутствии азота лес на Эндоре обречен на гибель. Поэтому условием пригодности спутника для жизни должна быть его достаточно большая масса и гравитация, обеспечивающая удержание более теплой атмосферы на протяжении миллиардов лет.