Считается, что какой бы ни была звезда, вокруг нее существует зона, в которой планета, похожая по массе на Землю, будет землеподобной. Но посмотрим, как будут выглядеть миры, вращающиеся вокруг красных карликов и голубых сверхгигантов.
Зона жизни
Часто, когда речь заходит о возможности жизни около других звезд, можно услышать, что какая-то из них слишком тусклая для этого, а какая-то слишком горячая. На самом же деле от светимости звезды меняется только расстояние, на котором должна находиться планета для того, чтобы жизнь на ней могла существовать.
На самом деле, это даже целый диапазон расстояний, между которыми вода может существовать в жидком состоянии. Его еще называют зоной Златовласки. И просто попадание в определенную ее часть еще не определяет климат на планете. Важными факторами, которые на него влияют, также масса этого небесного тела, эксцентриситет орбиты, наклон оси вращения, толщина атмосферы и многое другое.
Так что же, звезда — это только источник света, от характеристики которого зависит только продолжительность рока на планете, где возможна жизнь? В общем, ответ на этот вопрос «нет», но его следует рассмотреть конкретно для каждого частного случая.
Звезды легче Солнца
Солнце считается звездой среднего диаметра, массы и светимости. Если посмотреть на диаграмму Герцшпрунга — Рассела, то с этим трудно не согласиться. Наше светило расположено прямо в центре главной последовательности. Но это только в том случае, если не учитывать количество звезд определенного размера в Галактике. Ведь на самом деле более 90 % из них меньше Солнца. Светила, больше его, встречаются значительно реже.
Если не считать коричневых карликов, которые занимают промежуточное положение между звездами и планетами, то самыми маленькими звездами являются красные карлики, такие как Проксима Центавра, Вольф 359, Росс 154 и другие близкие к Земле, но невидимые невооруженным глазом. Подробно о проблеме землеподобности миров на их орбитах можно прочесть вот в этой статье.
Кратко стоит отметить, что существование на них в результате приливного увлечения «дневного» и «ночного» полушарий — не основная особенность таких миров. Дело в том, что ее может и не быть, если эксцентриситет орбиты планеты достаточно велик. А вот длинных суток, которые продлятся 2–3 земных дня, не избежать.
Также не обязательна постоянная угроза мощных вспышек. Большая часть планет в системах красных карликов действительно должны их испытывать, но среди этих звезд немало таких, у которых подобной активности не наблюдается. Особенно это касается старших светил.
А вот одна общая черта, которая обязательно присуща всем более или менее похожим на Землю планетам, вращающимся вокруг красных карликов, — это чрезвычайно короткий год, продолжительностью всего 10–20 суток. Как следствие, смена времен года на таких планетах практически отсутствует.
Существует два механизма изменения освещенности определенного участка на планете в течение оборота вокруг звезды: изменение расстояния от звезды через большой эксцентриситет орбиты и наклон оси вращения. Возможна даже комбинация этих двух факторов. Но каким бы он ни был на конкретном красном карлике, значительные продолжительные колебания погоды не возникнут.
Для этого вода и воздух обладают слишком большой температурной инерцией. В сочетании с очень длинным или отсутствующим циклом смены для и ночи это приведет к очень ровному климату. Что такое зима и лето, жители такой планеты могут не знать.
Между красными карликами и желтыми, подобными нашему Солнцу, находятся оранжевые. Светимость этих звезд составляет десятки процентов от солнечной, и в Галактике их тоже очень много. В качестве примеров можно назвать Эпсилон Эридана, Эпсилон Индейца, 61 Лебедя и 70 Змееносца.
Оранжевые карлики, как и желтые, заканчивают свое существование превращением сначала в красный гигант, а затем в белый карлик.
Вот только ни один оранжевый карлик во Млечном Пути до этой стадии своего существования не добрался, из-за того, что необходимое для этого время составляет от 15 до 30 млрд лет. Именно из-за сочетания долгого стабильного существования зон Златовласки с распространенностью во Вселенной планеты возле этих звезд рассматривают в качестве лучших кандидатов на поиск внеземной жизни.
Приливные силы их светил все еще оказывают большое влияние на них, вызывая торможение суточного вращения. Однако для того, чтобы вызвать приливное восхищение, нужно, чтобы сутки «растянулись» до десятков земных, что может быть достигнуто лишь за многие миллиарды лет.
Также оранжевые карлики обладают повышенной по сравнению с солнечной взрывной активностью. Однако планеты в «зоне жизни» в их случае все же находятся гораздо дальше звезды, чем в случае красных карликов. Да и взрывы на их поверхности не столь масштабны и часты, как у последних. Так что вероятность серьезных потерь атмосферы и гидросферы достаточно невелика.
Главной особенностью климата этих планет также краткий год. При продолжительности 40–200 суток колебания освещенности, вызванные эксцентриситетом орбиты и наклоном оси, становятся заметнее. Однако все равно, если между днями минимальной и максимальной инсоляции, проходит только 30–50 земных суток, то разница между летом и зимой относительно невелика. Скорее всего, за миллиарды лет эволюции жизнь на этих мирах в первую очередь адаптировалась к суточному изменению температуры, а не к годовой.
Звезды, тяжелее Солнца
Что касается звезд, размеры, масса и светимость которых преобладают солнечную, то здесь ситуация совсем другая. Первое, что нужно понять, таких светил действительно немного. В радиусе 50 световых лет от Солнца их насчитывается едва два десятка против нескольких сот красных и оранжевых карликов.
Проблем с приливным торможением и вспышками у планет в зоне Златовласки этих светил нет. Значительно большая, чем у Солнца, светимость означает, что находиться они гораздо дальше, чем Земля от Солнца. Соответственно год на них должен длиться от нескольких десятков процентов до нескольких раз дольше, чем на нашей родной планете.
Однако планет с развитой биосферой, год на которых в 10 раз дольше земного, в космосе, скорее всего, нет. Дело в том, что даже желтые звезды спектрального класса F, масса которых на 30–60 % больше, чем у Солнца, проходят весь путь эволюции к красному гиганту всего за 3–5 млрд лет.
Жизни на Земле понадобилось немало времени, чтобы эволюционным путем сформировать не только человека, но и наземных многоклеточных существ, и этот период вполне можно сравнить с возрастом планетных систем. Конечно, мы не знаем, насколько темпы биологической эволюции на Земле типичны для Млечного Пути, однако наиболее вероятно предположить, что это время не слишком отличается от определенного среднего значения.
При этом звезда не мгновенно превращается в красный гигант. Ее светимость растет постепенно. К примеру, наше Солнце уже через миллиард лет может сделать Землю непригодной к жизни. В более крупных же зрение эти процессы должны идти гораздо быстрее.
То есть, скорее всего, независимо от того, насколько велик наклон оси и эксцентриситет орбиты миров, вращающихся вокруг звезд, ярче Солнца — это планеты с большими перепадами температуры в течение года. Многоклеточной жизни или жизни на суше на них с большой вероятностью нет. Да и атмосфера не пригодна для дыхания, несмотря на наличие вполне земных океанов и приемлемых для существования людей температур.
Вообще, судя по всему, наша звезда близка к верхнему пределу массы, за которой сложная жизнь просто не успевает развиться. Ибо, например, большие горячие звезды типа Сириуса, Веги или Ахернара стареют всего за несколько сотен миллионов лет. Если там и есть планеты, то на них успела возникнуть разве что очень примитивная жизнь.
Планеты у старших звезд
Но все вышеперечисленные случаи — это планеты, которые вращаются вокруг звезд главной последовательности, то есть переживают относительно стабильный период своей эволюции. Однако возможен случай, когда мы найдем планету, вращающуюся вокруг гиганта или красного гиганта на расстоянии, которое можно считать зоной Златовласки. Они будут иметь достаточно большую продолжительность года и в целом могут характеризоваться температурным режимом, благоприятным для существования жизни. В то же время следует помнить, что в прошлом эти планеты были похожи на Марс или спутники Юпитера.
То есть в течение миллиардов лет жизни на них если и существовало, то едва теплилось где-то под поверхностью. А затем в течение достаточно небольшого периода времени приток тепла сильно увеличился и условия на них стали вполне благоприятными.
Увидим ли мы в этом случае мир с лесами, лугами и, возможно, с городами, живущими под большим красным солнцем? Очень интересный вопрос, общий ответ на который мы не знаем. Она зависит от двух факторов: насколько сложные организмы могут возникнуть в условиях нехватки солнечного света и, возможно, жидкой воды? Пока мы не можем исключить ни того варианта, что в таких условиях могут развиться даже примитивные многоклеточные существа, ни того, что дальше примитивных бактерий дело не зайдет.
С другой стороны, все сильно зависит от того, на какой стадии звездной эволюции планета попала в зону Златовласки. Если это превращение в субгигант, то в случае светил, сравниваемых с нашим Солнцем, этот процесс может занять сотни миллионов лет, в течение которых температура на поверхности будет расти достаточно медленно.
Если к тому времени эволюция жизни уже достигла определенного прогресса, то этого вполне достаточно для того, чтобы жизнь успела породить развитую наземную биосферу. Например, на Земле путь от примитивных морских беспозвоночных до обезьяны, живущей в лесу, занял всего полмиллиарда лет.
В случае, когда планета стала достаточно теплой для жизни, после того как ее солнце превратилось в красный гигант, все гораздо хуже. Хотя изменения будут происходить в течение миллионов лет, переход от ледяного к раскаленному миру может произойти чрезвычайно быстро. И времени на развитие жизни и эволюцию практически не останется.
У белых карликов также может существовать зона Златовласки. Однако следует помнить, что она располагается там, где раньше были внешние слои звезды на стадии красного гиганта или даже субгиганта. Может ли планета пережить это? Может ли вокруг белого карлика сформироваться новый мир?
Окончательных выводов наука пока не дает, но вероятнее всего, что ответ на первый вопрос — скорее «нет», чем «да», а на второй — наоборот, скорее «да», чем «нет». Иными словами, планету в зоне Златовласки белого карлика мы, вероятно, сможем обнаружить, а вот воду — вряд ли. Хотя исключать ничего нельзя. Наличие жизни на таких планетах кажется совсем маловероятным. Что касается черных дыр и нейтронных звезд, то планеты на их орбитах действительно могут существовать. Однако, скорее всего, сверхвысокие уровни радиации делают жизнь на них практически невозможной.
Кажется, что действительно землеподобные планеты могут существовать на орбитах только небольшого количества звезд, и их разнообразие невелико. Но на самом деле это не так. Даже описанное означает, что в Галактике существуют миллионы планет, некоторые из которых могут показаться нам невероятными.
