Между льдом и пламенем. Смогут ли люди жить на экзопланете без закатов и рассветов

Астрономы полагают, что большинство планет, имеющих сходную с Землей температуру, в нашей галактике, вероятно, синхронно обращаются вкруг своего светила. Поскольку орбитальный период у них совпадает с периодом вращения, они всегда подставляют своей звезде одну и ту же сторону. В этих мирах одна половина всегда освещена, а вторая постоянно находится в тени. И хотя такие условия могут показаться нам дикими, эти планеты являются неплохими кандидатами на то, чтобы стать новым домом человечества, если мы, конечно, всерьез задумаемся о переезде за пределы Солнечной системы.

Причина обилия миров с синхронным вращением довольно проста. До трех четвертей звезд в нашей галактике – красные карлики, меньше и холоднее нашего Солнца. Чтобы поддерживать человеческую жизнь, планета, вращающаяся вокруг одного из них, должна находиться очень близко к своей звезде. Примерно так же близко, как Меркурий к нашему светилу. На таком расстоянии притяжение звезды обеспечивает ей синхронное вращение.

Например, сравнительно недавно астрономы обнаружили семь планет размером с Землю в обитаемой зоне системы TRAPPIST-1, и каждая из них, вероятно, совершает один оборот вокруг своей оси одновременно с оборотом вокруг звезды.

Звезда и планеты системы TRAPPIST-1 – NASA/JPL-Caltech

Пока что разговоры об этих мирах – скорее праздные размышления и прекрасная тема для писателей-фантастов. Но мы знаем о них достаточно, чтобы строить предположения относительно того, как они функционируют, и какую цивилизацию можно было бы там построить.

Жарко до дрожи

Первый вопрос: где бы могли поселиться люди? Ответ, который напрашивается сам собой, – в районе терминатора (линия светораздела между освещенной и темной частями). По словам астрофизика из Центра космоса и условий обитаемости в Бернском университете Даниэля Ангерхаузена, это может быть "не слишком холодная и не слишком жаркая" зона обитаемости, "застрявшая между вечными сумерками и вечным рассветом". Он предполагает, что в зоне терминатора люди могли бы получать "в неком термальном реакторе" геотермальную энергию, используя холодную воду с ночной стороны и горячую с дневной.

• ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: Пойти по мирам. 6 самых интересных экзопланет, открытых за последние 2 года

Однако не все так просто. По словам Людмилы Кароне из Института астрономии общества Макса Планка, чтобы получить в таком мире жидкую воду, там должна существовать система для охлаждения дневной стороны и обогрева ночной. В противном случае вся жидкость в темном полушарии может превратиться в лед, или, что еще хуже, может замерзнуть сама атмосфера.

"Обитаемость подобных миров очень сильно зависит от того, насколько хорошо передается тепло", – говорит Кароне. Ее компьютерные модели показывают, что на планете с синхронным вращением может существовать два сильных потока ветра (по одному в каждом полушарии), напоминающих струйные течения на Земле. Но если она находится слишком близко к звезде, на ней может быть только одно течение, непосредственно над ближайшим к светилу регионом. В этом случае тепло будет сконцентрировано в дневной части.

Даже относительно небольшой перепад температур между двумя сторонами способен затруднить жизнь на подобной планете. По словам Лоры Крейдберг, младшего научного сотрудника Гарвардского университета, которая изучает атмосферу экзопланет, даже при комфортном мягком климате на дневном полушарии, ночное все равно может быть достаточно холодным для замерзания воды. Хотя с уверенностью говорить об этом пока рано. "Может ли вся вода такого мира замерзнуть на ночной стороне? Мы пока не знаем", – говорит она.

Переносу тепла могут способствовать океанские течения, но это зависит от того, сколько на планете воды и где находятся континенты.

Один из возможных сценариев для планет, синхронно обращающихся вокруг своей звезды, – так называемая модель "глазного яблока". Это означает, что изначально мир полностью покрыт льдом, который отступает на обращенной к светилу стороне. При наблюдении из космоса это может напоминать глазное яблоко, объясняет Ангерхаузен.

Существуют и более экстремальные сценарии, в которых жара на освещенной стороне становится слишком сильной для существования воды в жидкой форме. Однако при достаточной разнице она может восстанавливать ее в темном полушарии.

• ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: Домик у Моря Спокойствия. Когда человечество поселится на Луне

Это то, что происходит на планете WASP-103b типа "горячий Юпитер". По словам Вивьена Парментье из Университета Экс-Марсель, проводившего исследования данного мира, там молекулы воды разрушаются на дневной стороне, затем дрейфуют на ночную и восстанавливаются, образуя облака, а затем процесс повторяется снова и снова.

Облачно, местами радиация

По словам Кароне, поиск жидкой воды и комфортной температуры – не единственные проблемы, с которыми столкнуться потенциальные колонисты наполовину темного мира. Красные карлики "известны своей нестабильностью", у них часто бывают длинные фазы, во время которых они вспыхивают и выбрасывают материю в космос.

Это может приводить к сильному нагреву атмосферы в обитаемой зоне и даже ее уничтожению. Так произошло на Земле на ранних стадиях существования. Изначальная атмосфера была сорвана, но затем наша планета "выпотела" новую из углекислого газа. Однако в мире вечного дня и ночи может быть разрушена и вторая атмосфера.

Впрочем, по словам Парментье, даже атмосфера не обязательно станет спасением от смертельной радиации в освещенной части. Без достаточного количества ультрафиолетовых волн, необходимых для образования озона, там, в отличие от Земли, может не оказаться озонового слоя.

Кроме того, людям на планете нужно есть и дышать. Физики Джозеф Гейл и Амри Вандель из Еврейского университета в Иерусалиме пытались найти ответ на вопрос, смогут ли местные растения пережить вспышки и радиационное воздействие. Предполагается, что сначала они могут эволюционировать в океане, используя слой воды как защиту. Со временем, если звезда станет менее жесткой, у планеты может появиться достаточно толстая атмосфера, чтобы они росли на суше. Более того, согласно расчетам Гейла и Ванделя, высока вероятность, что там будет достаточно света для нормального фотосинтеза.

В атмосфере, способной поддерживать жизнь, будут и достаточно сильные воздушные потоки, чтобы охлаждать дневную сторону. Так что температура на ней может оказаться примерно такой же, как в тропических регионах Земли. Кроме того, не исключена вероятность появления слоя облаков, который послужит защитой от солнца.

Разрабатывая все новые компьютерные модели синхронизировано обращающихся миров, ученые вроде Кароне все больше убеждаются, что люди даже смогут обитать за пределами области терминатора. По мнению аспиранта в астрономии и астрофизике из Университета Торонто Адива Парадайза, это возможно. Жителям дневного полушария для этого нужно будет наладить поставки льда с ночного, и многое будет зависеть от уровня радиации, но шансы на это есть. Более того, он не исключает возможности жизни и на темной стороне.

• ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: Луны обетованные. Может ли существовать жизнь на спутниках экзопланет

Однако Парадайз видит иную проблему. Жителям мира вечного дня придется смотреть совсем не в такое небо, как на Земле. Они никогда не будут видеть звезд, из-за чего даже рискуют "потерять все знания о вселенной". А кроме того, это может изменить их восприятие времени, ведь на небе над их головами ничего не будет меняться.

По материалам The Atlantic.