Планета-кандидат на появление жизни без сомнения испытывает катастрофические события и периодические вымирания. Если жизни суждено выжить и развиться, на планете должны быть определённые условия для её существования
В нашей Галактике есть сотни миллиардов звёзд, у многих из которых есть планеты размером с Землю, находящиеся на нужном расстоянии от своей звезды для того, чтобы на их поверхности могла быть жидкая вода, поэтому у жизни есть шансы появиться по всему Млечному Пути. По крайней мере, мы так считаем. Но разве не может быть так, что наши условия на нашей планете как-то выделяют нас и ту жизнь, которая появилась и развилась на Земле? Именно об этом спрашивает нас читатель:
Что произошло бы, если бы наша Солнечная система сформировалась чуть дальше по рукаву Галактики? Если бы мы были на самом его конце? А что, если бы вместо огромной чёрной дыры в центре, там оказалась бы наша Солнечная система? Поменялся бы от этого наш климат? Смогли бы мы выжить?
Давайте посмотрим, что в таком случае поменялось бы.
Иллюстрация протопланетного диска, в котором планеты и планетезимали создают «борозды» в процессе формирования. Внешний диск обеспечивает материал, который в итоге оказывается в мантиях, коре, атмосферах и океанах таких планет, как наша
Мы достаточно хорошо осведомлены о том, как и что развивалось в нашей Солнечной системе за последние 4,5 млрд лет. Молекулярное облако газа с определёнными обогатившими его веществами – порядка 2% тяжёлых элементов по массе, 28% гелия и 70% водорода – сжалось и породило новые звёзды. Одной из них суждено было стать нашим Солнцем, сформировавшимся вместе с окружающим его протопланетным диском, как происходит практически у всех звёзд.
За десятки миллионов лет горячее Солнце выпарило материал внутренней части диска, а внешняя, более холодная часть, упала внутрь и собралась вокруг народившихся ядер. Наиболее массивные гигантские миры удержали большое количество легчайших элементов (водорода и гелия), а мелким скалистым мирам этого не удалось. Всё остальное сделали гравитационные взаимодействия, что и определило сегодняшний облик Солнечной системы.
Многие свойства Земли и Солнечной системы кажутся особенными, но могут и не быть необходимыми для возникновения жизни. В отличие от других скалистых планет Солнечной системы, только у Земли есть Луна, вызывающая приливы с отливами, и поддерживающая в стабильном состоянии наклон оси. В отличие от многих других звёздных систем, в нашей есть гигант – Юпитер – находящийся совсем немного дальше пояса астероидов. И, в отличие от большинства звёзд в Галактике, мы расположены на краю завитка спирального рукава, в 25 000 световых годах от галактического центра.
Структура нашего Млечного Пути достаточно неплохо размечена, включая и положение нашего Солнца. На сегодняшний день неизвестно, какие звёзды и регионы Галактики способны поддерживать жизнь
4,5 млрд лет жизнь на Земле продолжала выживать и эволюционировать, вырабатывая всё больше сложности, разнообразия, и кодируя в ДНК всё больше информации. Мы пережили множество массовых вымираний, причины большей части которых нам точно неизвестны. Хотя от 30% до 70% всех видов живых существ исчезли в то или иное время, за последний промежуток, с момента падения гигантского астероида 65 млн лет назад, жизнь на Земле не прерывалась. Шло время и продолжалась биологическая активность.
Процент вымерших видов в различных временных интервалах. Крупнейшее из известных — массовое пермское вымирание, произошедшее 250 млн лет назад, причины которого до сих пор неизвестны.
Но из всех имеющихся у Земли свойств, какие совершенно необходимы для жизни? Какие могут привести к появлению планеты, история жизни на которой будет отличаться от нашей, но при этом жизнь на ней будет возможна?
Пока мы не найдём жизнь за пределами Земли, на планетах за пределами Солнечной системы, ответы на подобные вопросы неизбежно будут чисто умозрительными. Но это не пустые догадки; это теоретические заявления, выдаваемые при помощи наилучших достижений науки на сегодняшний день. На основе всего, что нам известно, мы считаем, что условия, позволяющие жизни существовать, гораздо разнообразнее и гибче, чем могло бы представить себе большинство людей.
Когда северный полюс Земли максимально отклонён от Солнца, он максимально наклонён в сторону полной Луны, находящейся на другой стороне Земли. Луна стабилизирует нашу орбиту, и замедляет наше вращение. Неизвестно, обязательно ли наличие такой луны, чтобы на планете развилась и поддерживалась жизнь.
Возьмём, к примеру, крупный спутник Земли. Гравитационное взаимодействие с ним поддерживает стабильность оси вращения нашей планеты. Текущий наклон оси составляет 23,5°, но на очень длинных промежутках он варьируется от 22,1° до 24,5°. У такого мира, как Марс, наклон оси сейчас почти такой же, как у Земли: около 25°. Но на промежутках в десятки миллионов лет он меняется в десять раз сильнее нашего – от 13° до 40°.
Это приводит к значительным изменениям климата на разных широтах Марса, превосходящих любые ледниковые периоды на Земле. Но пока жизнь сможет пережить долгосрочные изменения температуры или мигрировать в более приемлемые температурные зоны, это не должно быть таким уж критичным фактором. Что интересно, приливные силы Луны также увеличивают длительность нашего дня – от ≈ 8 часов до 24 часов за последние четыре миллиарда лет. И это, судя по всему, никак не повлияло на жизнь.
Движение астероидов основного пояса и троянских астероидов вокруг Юпитера может подчиняться влиянию гигантской планеты, но до сих пор неизвестно, увеличивает или уменьшает наличие Юпитера количество астероидов, пересекающих траекторию Земли относительно такой же звёздной системы, но без подобного газового гиганта.
Это очень похоже на вопрос присутствия в нашей Солнечной системе Юпитера. Да, общепринятое мнение состоит в том, что Юпитер «вычищает» пояс астероидов, и уменьшает вероятность столкновения астероида с Землёй. Но на самом деле по этому вопросу идёт множество споров. К примеру, подумайте над таким вопросом: наличие Юпитера увеличивает или уменьшает вероятность того, что в нашу сторону прилетит астероид? Юпитер выступает в роле возмущающей силы, случайным образом придавая дополнительную скорость всему, что проходит мимо него. Многие астероиды будут вышвырнуты, но многие стабильные могут стать потенциально опасными. Мы всё ещё не до конца уверены в том, делает ли это положительный или отрицательный вклад в космическое уравнение жизни.
Карта плотности звёзд в Млечном Пути и окружающем небе, на которой хорошо видно Млечный Путь, большое и малое Магеллановы облака, а если приглядеться – то и NGC 104 слева от Малого Магелланова облака, NGC 6205 немного выше и левее галактического центра, и NGC 7078 немного ниже. В целом, Млечный Путь содержит от 200 до 400 миллиардов звёзд, а Солнце расположено примерно в 25 000 световых лет от его центра.
Кроме того, идут споры и по поводу того, какие звёзды способны поддерживать жизнь. Им не просто нужно быть не слишком массивными и короткоживущими, но и, возможно, им надо иметь достаточно большую массу, превышающую некий порог. Большая часть звёзд – порядка 80% — это красные карлики. Они неяркие, быстро осуществляют приливный захват планет, и часто испускают крупные вспышки. Возможна ли жизнь рядом с ними, или для неё необходима более массивная, солнцеподобная звезда?
Что насчёт нашего расположения в Галактике? По поводу некоторых вещей мы можем рассуждать вполне осмысленно, например, о присутствии достаточного количества тяжёлых элементов. Чтобы получить скалистые планеты с ингредиентами, способствующими жизни, по нашему мнению, необходимо наличие достаточного количества тяжёлых элементов. Без них могут появиться только газовые гиганты, на которых невозможно разнообразие углеродных соединений, без которых не создать жизнь.
Фотография галактического центра в нескольких длинах волн показывает звёзды, газ, излучение и чёрные дыры, а также другие источники. Там собрано огромное количество материала, включая тяжёлые элементы и органические соединения, необходимые предшественники жизни. Но их должно существовать достаточно много, или же жизнь окажется невозможной.
Но каков этот порог? Необходимо ли наличие очень большого количества тяжёлых элементов, чтобы всё получилось? А если их будет в два раза меньше, чем у нас? А в 10 раз? А в сто? Мы можем разметить количество тяжёлых элементов – то, что астрономы называют металличностью – относительно местоположения звезды в галактике. И мы обнаружим, возможно, неожиданно, что если звёзды находятся близко к плоскости диска Млечного Пути, и не слишком близко, и не слишком далеко от его центра, то они будут более-менее похожими на нашу. Нужный баланс тяжёлых элементов, если предположить, что для жизни необходимо преодоление некоторого порога, на самом деле существует на большей части звёзд Млечного Пути, появляющихся сегодня.
Взаимоотношение между расположением звёзд в Млечном Пути и их металличностью, то есть наличием тяжёлых элементов. Звёзды в промежутке от 3000 световых лет от центра Млечного пути до нескольких десятков световых лет демонстрируют изобилие тяжёлых элементов, очень похожее на то, что есть в Солнечной системе.
Конечно, должны существовать такие места, условия в которых слишком жёсткие для жизни. Слишком массивная звезда, на 50% больше Солнца, не проживёт достаточно долго для того, чтобы жизнь успела достичь такой сложности, как на Земле. Обитаемая планета, слишком близко оказавшаяся от жестокого катаклизма – например, от сверхновой или вспышки гамма-лучей – может лишиться жизни на ней, хотя по этому поводу и идут споры, поскольку жизнь может и пережить это явление. Там, где плотность звёзд слишком велика, планету может просто вышвырнуть из её домашней звёздной системы или как-то ещё критично нарушить её орбиту. Там, где мы находимся, шансы такого события весьма малы, но ближе к центру галактики они возросли бы невероятно.
В центрах галактик есть звёзды, газ, пыль, и чёрные дыры – и всё это вращается вокруг центральной сверхмассивной чёрной дыры и взаимодействует с ней. Эти массы не только реагируют на искривлённое пространство, но и сами искривляют пространство, в результате чего взаимные гравитационные взаимодействия, выливающиеся в сходах с орбит звёзд и планет, оказываются весьма частыми.
Чтобы жизнь успешно развивалась миллиарды лет, по нашему мнению нужны три основных ингредиента: жизнь должна зародиться, условия на планете должны быть достаточно стабильными для того, чтобы жизнь продолжалась, и планета должна избегать событий, способных на 100% истребить всю жизнь. Очень легко представить себе такую планету, как Марс, на которой началась жизнь. Но если условия планеты меняются и превращаются в неприемлемые для жизни, или если случается катастрофа, из-за которой все живые существа погибают, то мира земного типа не получится.
События-катаклизмы происходят по всей Галактике и по всей Вселенной, от сверхновых и активных чёрных дыр до слияния нейтронных звёзд и прочего. Из-за этого участки космоса с плотным расположением звёзд могут быть слишком жёсткими для появления жизни, но чтобы полностью исключить эту возможность, нам потребуется больше доказательств, чем у нас есть сейчас.
И всё же мало шансов на возникновение жизни есть только в наиболее плотных и наиболее разреженных участках Галактики. Галактический центр населён молодыми, массивными звёздами, рядом с которыми жизнь находится в наибольшей опасности; на наиболее разреженных окраинах Галактики жизнь просто вряд ли возникла бы. Насколько нам известно, как только жизнь появляется на планете и начинает её заселять, её очень сложно искоренить.
Мы совершенно уверены в том, что условия, существовавшие на Земле после её появления, привели к появлению процветающей биосферы, но нам кажется, что и совершенно другие условия также могли привести к сходному результату. В великом космическом уравнении не стоит отбрасывать шансы на то, что жизнь будет выживать и процветать в огромном количестве разнообразных условий. Ведь и джунгли, и гидротермальные источники, и снега Антарктики – все они полнятся жизнью. Другая планета может оказаться неподходящей для людей, но она может оказаться как раз подходящей для инопланетян, выросших на ней.
Итан Сигель – астрофизик, популяризатор науки, автор блога Starts With A Bang! Написал книги «За пределами галактики» [Beyond The Galaxy], и «Трекнология: наука Звёздного пути» [Treknology].
