Книга Когда у Земли было две Луны. Планеты-каннибалы, ледяные гиганты, грязевые кометы и другие светила ночного неба - Эрик Асфог

Данные, собранные по системе TRAPPIST-1, представляют собой просто набор точек, так что позвольте мне объяснить, что они означают. Мы не можем напрямую наблюдать эти планеты даже в самые мощные телескопы, но их планетная система обращена к нам ребром, так что каждая из планет проходит для нас перед своим солнцем один раз за свой год. Для самой дальней планеты такой год составляет всего 12 земных дней, а для самой ближней к звезде – полтора земных дня, потому что их орбиты расположены очень близко к маленькому светилу. Когда они проходят перед звездой, ее свет на несколько часов тускнеет на несколько процентов. По мере того как эти годы длиной около недели сменяют друг друга, астрономы получают все больше и больше информации, улучшая свои модели благодаря очищению сигнала (того, что реально) от шума, сопровождающего любое наблюдение[322].

Прохождения – самый мощный исследовательский прием для определения характеристик далеких планет, но мы можем их наблюдать, только если находимся в орбитальной плоскости той планетной системы. В ином случае тень ускользает от нас так же, как в случае с Луной, которая отбрасывает тень постоянно, но лишь изредка – на Землю. Обратное тоже верно: инопланетным астрономам необходимо находиться в одной плоскости с орбитой Земли (в плоскости эклиптики), если они хотят узнать какие-то подробности о нашей планете. Подавляющее большинство инопланетных астрономов, проживающих на планетах, обращающихся вокруг своих звезд к северу и к югу от нашей эклиптики, едва ли знают о существовании Земли. Но для астрономов, находящихся на плоскости эклиптики, особенно для тех, кого от нас отделяет не более нескольких сотен световых лет, Земля регулярно проходит перед сияющим сквозь космос Солнцем, и это может дать им достаточно информации, чтобы установить: наша атмосфера на одну пятую состоит из кислорода. Из этого они могут сделать вывод о наличии тут жизни.

Масса звезды системы TRAPPIST-1 выводится из закона Кеплера, примененного к движению ее планет; она в 84 раза тяжелее Юпитера и в восемь раз легче Солнца. По длительностям прохождений мы узнали, что звезда на 50 % больше Юпитера – то есть она сжата до средней плотности, в десять раз превышающей плотность железа. Ее плотность так велика, потому что внутренний жар в ней относительно слаб, в результате чего она не раздувается от тепловой энергии, как это происходит с крупными активными звездами. Размеры планет TRAPPIST-1 также известны из данных о прохождениях; а их массы, в свою очередь, можно оценить при точной аппроксимации орбит, поскольку звезда и планеты воздействуют друг на друга. Отсюда астрономы могут вычислить их плотность и сделать обоснованные предположения об их составе.

Погрешность этих измерений со временем будет уменьшаться. При некоторой доле удачи когда-нибудь мы узнаем, есть ли на этих планетах океаны. С появлением гигантских космических телескопов мы попробуем вычесть фоновый свет звезды, чтобы выделить только тот свет, который отражается от поверхности планет, и определить их цвет и состав. Это позволит нам кое-что выяснить об их атмосфере, а также узнать, есть ли там облака, континенты и спутники. Я предполагаю, что это случится через 30 лет, и эта оценка кажется разумной: 30 лет назад мы еще не имели данных об экзопланетах, так что, если начистоту, кто знает, что ждет нас впереди?

Система TRAPPIST-1 имеет геометрическое сходство с галилеевыми спутниками Юпитера. И как и в том случае, похоже, что орбитальный резонанс держит эти планеты в вечном общем порядке, навсегда увязав их судьбы. Двигаясь изнутри наружу, орбитальные периоды планет системы TRAPPIST-1 подчиняются примерно целочисленным соотношениям 8/5, 5/3, 3/2, 3/2, 4/3 и 3/2. Как и у галилеевых спутников, при сдвиге одного тела должна прийти в движение вся цепочка, что придает этой группе огромную динамическую стабильность. Это похоже на связь Плутона с Нептуном, если не учитывать, что именно она стала причиной, по которой Международный астрономический союз больше не считает Плутон планетой. Может, и напоминающие Землю планеты системы TRAPPIST-1 – тоже не планеты?

Ультрахолодный красный карлик горит медленно, как слой тлеющих углей из твердой древесины. Атомная физика предсказывает, что он не потухнет триллионы лет, в сто раз дольше, чем на сегодняшний день существует Вселенная. Динамическая стабильность его планет гарантирована на сотни миллиардов лет; главный риск для них – это появление какого-то чужака извне (бродячей планеты), который прилетит и столкнется с одной из них. Если что-то разбивает состоящую из множества резонансов цепочку Лапласа, то вся система может быстро развалиться, так что такое событие станет катастрофой библейского размаха, но оно вероятно только на временных промежутках в триллионы лет.

Если на одном из этих миров существует жизнь, у нее, судя по всему, есть шанс пройти в тысячу раз больше этапов развития, чем у жизни на Земле. Если она все еще не зародилась, ей некуда торопиться. Может, к моменту гибели Вселенной она достигнет там в некотором роде совершенства. Пять миллиардов лет спустя, подняв головы к своему ночному небу, жители этого мира увидят, как наше Солнце превращается в красный гигант, а потом выбрасывает красивую туманность; позже про него забудут, и оно станет еще одной потерянной звездой в их исчезающих созвездиях. Система TRAPPIST-1 и другие системы, обращающиеся вокруг красных карликов, продолжат жить, пока более яркие звезды, такие как Солнце, будут одна за другой вспыхивать ослепительным светом и гаснуть навсегда. Через 100 млрд лет в состарившейся и опустевшей Вселенной, возможно, все еще будет биться пульс жизни – чрезвычайно развитой жизни, обитающей около этих выносливых маленьких звезд.

Цепочка резонансов планет системы TRAPPIST-1 может наделить ее обитателей очень интересным календарем и подарить им немало впечатляющих и никогда не повторяющихся зрелищ. Расстояние между соседними планетами там в несколько раз больше расстояния между Землей и Луной, а сами планеты в несколько раз больше Луны, так что при максимальном сближении они будут видны на небе как полные луны, имеющие разные цвета и отметины. Иногда они будут гоняться по небу друг за другом, иногда – отставать, закладывая повороты на реальных и кажущихся траекториях, пока пары планет движутся вокруг своей звезды. Соединения соседних планет – то есть полных лун – будут происходить каждый планетный год, иначе говоря, каждые несколько земных недель. И конечно, у самих планет тоже будут спутники, а у некоторых могут быть и кольца. Думаю, вполне можно признать, что каким бы впечатляющим ни было ночное небо на Земле, эту красоту нам просто нечем крыть.

Но в условиях около ультрахолодных красных карликов есть один существенный недостаток. Более внимательно проанализировав данные прохождений в системе TRAPPIST-1, мы видим у этой звезды не только минимумы яркости, когда планета загораживает ее свет. Есть тут и пики, соответствующие ее мощным вспышкам. Мы фиксируем только видимый свет, но с каждой такой вспышкой, возникающей из-за нестабильности термоядерных реакций внутри еле горящих звезд, будут связаны все виды ионизирующего излучения. Жизнь вокруг звезды TRAPPIST-1 и в других подобных системах, если она существует, могла быть вынуждена укрыться под поверхностью планеты или в океане, чтобы справиться с разрушительным воздействием радиации на живую материю. Жить под землей не так уж плохо, если ты бактерия; считается, что на Марсе, Европе, Титане и даже на Меркурии[323] есть подповерхностные районы, потенциально пригодные для земных организмов. А уж жить в океане совсем нетрудно. В любом случае эти вспышки также могут обеспечить искру, необходимую для зарождения жизни, – потоки ионизирующего излучения, которое может запустить как раз нужные протобиохимические реакции.