Вважається, що якою б не була зоря, навколо неї існує зона, в якій планета, схожа за масою на Землю, буде землеподібною. Але подивимось, якими можуть бути світи, що обертаються навколо червоних карликів і блакитних надгігантів.
Зона життя
Часто, коли йдеться про можливість життя біля інших зір, можна почути, що якась із них занадто тьмяна для цього, а якась — занадто гаряча. Насправді ж від світності зорі змінюється лише відстань, на якій має перебувати планета, щоб на ній могло існувати життя.
Насправді це навіть цілий діапазон відстаней, між якими вода може існувати в рідкому стані. Його ще називають зоною Золотоволоски. І просто потрапляння у певну її частину ще не визначає клімат на планеті. Важливими факторами, які на нього впливають, є також маса цього небесного тіла, ексцентриситет орбіти, нахил осі обертання, товщина атмосфери тощо.
То що ж, зоря — це лише джерело світла, від характеристики якого залежить тільки тривалість року на планеті, де можливе життя? Загалом відповідь на це запитання «ні», але її варто розглянути конкретно для кожного окремого випадку.
Зорі, легші за Сонце
Сонце вважається зорею середнього діаметра, маси та світимості. Якщо подивитися на діаграму Герцшпрунга — Рассела, то із цим важко не погодитися. Наше світило розташоване прямо в центрі головної послідовності. Але це тільки у тому випадку, якщо не враховувати кількість зір певного розміру в Галактиці. Адже насправді понад 90 % їх менша за Сонце. Світила, більші за нього, значно рідкісніші.
Якщо не рахувати коричневих карликів, які займають проміжне положення між зорями та планетами, то найменшими зорями є червоні карлики, такі як Проксима Центавра, Вольф 359, Росс 154 та інших близьких до Землі, але невидимих неозброєним оком. Докладно про проблему землеподібності світів на їхніх орбітах можна прочитати ось у цій статті.
Коротко варто зазначити, що існування на них внаслідок припливного захоплення «денної» та «нічної» півкуль — не основна особливість таких світів. Річ у тім, що її може і не бути, якщо ексцентриситет орбіти планети достатньо великий. А ось довгих діб, які триватимуть 2–3 земних дні, не уникнути.
Також не обов’язковою є постійна загроза потужних спалахів. Більша частина планет у системах червоних карликів справді мають їх зазнавати, але серед цих зір чимало таких, у яких подібної активності не спостерігається. Особливо це стосується тих із них, що мають значний вік.
А ось одна спільна риса, яка обов’язково притаманна всім більш-менш подібним до Землі планетам, що обертаються навколо червоних карликів, — це надзвичайно короткий рік, який може тривати всього 10–20 діб. Як наслідок, зміна пір року на таких планетах майже відсутня.
Існує два механізми зміни освітленості певної ділянки на планеті протягом оберту навколо зорі: зміна відстані від зорі через великий ексцентриситет орбіти, та нахил осі обертання. Можлива навіть комбінація цих двох факторів. Але яким би він не був на конкретному червоному карлику, значні довготривалі коливання погоди не виникнуть.
Для цього вода та повітря мають занадто велику температурну інерцію. У поєднанні з дуже довгим або відсутнім циклом зміни дня і ночі це призведе до рівного клімату. Що таке зима та літо, мешканці такої планети можуть не знати.
Між червоними карликами та жовтими, подібними до нашого Сонця, є помаранчеві. Світимість цих зір складає десятки відсотків від сонячної, і в Галактиці їх також дуже багато. Як приклади можна назвати Епсилон Ерідана, Епсилон Індіанця, 61 Лебедя та 70 Змієносця.
Помаранчеві карлики, як і жовті, завершують своє існування перетворенням спочатку на червоний гігант, а потім — на білий карлик.
Ось тільки жоден помаранчевий карлик у Чумацькому Шляху до цієї стадії свого існування не дістався, через те, що необхідний для цього час складає від 15 до 30 млрд років. Саме через поєднання довгого стабільного існування зон Золотоволоски з поширеністю у Всесвіті планети біля цих зір розглядають як найкращих кандидатів на пошук позаземного життя.
Припливні сили їхніх світил все ще здійснюють великий вплив на них, спричиняючи гальмування добового обертання. Однак для того, аби спричинити припливне захоплення, треба, щоб доба «розтягнулася» до десятків земних, що може бути досягнуто лише за багато мільярдів років.
Також помаранчеві карлики мають підвищену у порівнянні із сонячною спалахову активність. Однак планети у «зоні життя» у їхньому випадку все ж перебувають значно далі від зорі, ніж у випадку червоних карликів. Та й вибухи на їхній поверхні не такі масштабні та часті, як в останніх. Тож ймовірність серйозних втрат атмосфери та гідросфери достатньо невелика.
Головною особливістю клімату цих планет також є короткий рік. За тривалості 40–200 діб коливання освітленості, викликані ексцентриситетом орбіти та нахилом осі, стають вже помітнішими. Однак все одно, якщо між днями мінімальної та максимальної інсоляції, минає лише 30–50 земних діб, то різниця між літом та зимою є відносно невеликою. Скоріш за все, за мільярди років еволюції, життя на цих світах в першу чергу адаптувалося до добової зміни температури, а не до річної.
Зорі, важчі за Сонце
Щодо зір, розміри, маса та світимість яких переважають сонячну, то тут ситуація геть інша. Перше, що треба усвідомити, таких світил справді небагато. В радіусі 50 світлових років від Сонця їх налічується ледве два десятки проти кількох сотень червоних та помаранчевих карликів.
Проблем із припливним гальмуванням та спалахами у планет в зоні Золотоволоски цих світил немає. Значно більша, ніж у Сонця, світимість означає, що перебувати вони мають набагато далі, ніж Земля від Сонця. Відповідно, рік на них має тривати від кількох десятків відсотків до кількох разів довше, ніж на нашій рідній планеті.
Однак планет із розвиненою біосферою, рік на яких у 10 разів довший за земний, у космосі, скоріш за все, немає. Річ у тім, що навіть жовтуваті зорі спектрального класу F, маса яких на 30–60 % більша, ніж у Сонця, проходять весь шлях еволюції до червоного гіганта лише за 3–5 млрд років.
Життю на Землі знадобилося чимало часу, щоб еволюційним шляхом сформувати не лише людину, а й наземних багатоклітинних істот, і цей період цілком можна порівняти з віком планетних систем. Звісно, ми не знаємо, наскільки темпи біологічної еволюції на Землі є типовими для Чумацького Шляху, проте найімовірніше припустити, що цей час не надто відрізняється від певного середнього значення.
При цьому зоря не миттєво перетворюється на червоний гігант. Її світимість зростає поступово. Наприклад, наше Сонце вже за мільярд років може зробити Землю непридатною до життя. У більших же зір ці процеси мають іти набагато швидше.
Тобто, скоріш за все, незалежно від того, наскільки великими є нахил осі та ексцентриситет орбіти світів, що обертаються навколо зір, яскравіших за Сонце — це планети з великими перепадами температури впродовж року. Багатоклітинного життя або життя на суходолі на них із великою ймовірністю немає. Та й атмосфера не придатна для дихання, попри наявність цілком земних океанів і прийнятних для існування людей температур.
Взагалі, судячи з усього, наша зоря близька до верхньої межі маси, за якою складне життя просто не встигає розвинутися. Бо, наприклад, великі гарячі зорі типу Сіріуса, Веги чи Ахернара старіють лише за кілька сотень мільйонів років. Якщо там і є планети, то на них встигло виникнути хіба що дуже примітивне життя.
Планети біля старших зір
Але всі вищеперелічені випадки — це планети, що обертаються навколо зір головної послідовності, тобто переживають відносно стабільний період своєї еволюції. Однак можливий випадок, коли ми знайдемо планету, що обертається навколо гіганта чи червоного гіганта на відстані, яку можна вважати зоною Золотоволоски. Вони матимуть досить велику тривалість року й загалом можуть характеризуватися температурним режимом, сприятливим для існування життя. Водночас слід пам’ятати, що минулого року ці планети були подібні до Марса або супутників Юпітера.
Тобто впродовж мільярдів років життя на них якщо й існувало, то ледь жевріло десь під поверхнею. А потім протягом достатньо невеликого періоду часу приток тепла сильно збільшився, й умови на них стали цілком сприятливими.
Чи побачимо ми в цьому випадку світ із лісами, луками й, можливо, з містами, що живуть під великим червоним сонцем? Дуже цікаве запитання, загальної відповіді на яке ми не знаємо. Вона залежить від двох факторів: наскільки складні організми можуть виникнути в умовах нестачі сонячного світла і, можливо, рідкої води? Поки що ми не можемо виключити ані того варіанту, що в таких умовах можуть розвинутися навіть примітивні багатоклітинні істоти, ані того, що далі найпримітивніших бактерій справа не зайде.
З іншого боку, все сильно залежить від того, на якій стадії зоряної еволюції планета потрапила до зони Золотоволоски. Якщо це перетворення на субгігант, то у випадку світил, порівнюваних із нашим Сонцем, цей процес може зайняти сотні мільйонів років, протягом яких температура на поверхні зростатиме достатньо повільно.
Якщо до того часу еволюція життя вже досягла певного прогресу, то цього часу цілком достатньо, щоб життя встигло породити розвинену наземну біосферу. Наприклад, на Землі шлях від примітивних морських безхребетних до мавпи, що живе у лісі, зайняв лише пів мільярда років.
У випадку, коли планета стала достатньо теплою для життя, відколи її сонце перетворилося на червоний гігант, все набагато гірше. Хоча зміни відбуватимуться впродовж мільйонів років, перехід від крижаного до розпеченого світу може статися надзвичайно швидко. І часу на розвиток життя та еволюцію практично не залишиться.
У білих карликів також може існувати зона Золотоволоски. Однак треба пам’ятати, що вона розташовується там, де раніше були зовнішні шари зорі на стадії червоного гіганта чи навіть субгіганта. Чи може планета пережити це? Чи може навколо білого карлика сформуватися новий світ?
Остаточних висновків наука поки не дає, але ймовірніше, що відповідь на перше запитання — радше «ні», ніж «так», а на друге — навпаки, скоріше «так», ніж «ні». Інакше кажучи, планету в зоні Золотоволоски білого карлика ми, ймовірно, зможемо виявити, а от воду — навряд чи. Хоча виключати нічого не можна. Наявність життя на таких планетах видається зовсім малоймовірною. Що ж до чорних дір і нейтронних зір, то планети на їхніх орбітах справді можуть існувати. Проте, найімовірніше, надвисокі рівні радіації роблять життя на них практично неможливим.
Здається, що справді землеподібні планети можуть існувати на орбітах тільки невеликої кількості зір і розмаїття їх невелике. Але насправді це не так. Навіть описане означає, що в Галактиці існують мільйони планет, деякі з яких можуть здатися нам неймовірними.
