"Суперземли": в поисках лучшей Земли и решения парадокса Ферми

"Суперземли" названы так из-за своего размера, поскольку их масса в 2-10 раз больше массы нашей планеты, и эти космические тела могут иметь лучшие условия для развития жизни. Они также способны дать ответ на так называемый парадокс Ферми: почему Землю до сих пор не посетили представители инопланетных миров?

Астрономы открыли сотни подобных Юпитеру планет в галактике Млечный путь. Тем не менее, есть и несколько близких по размерам к Земле. Это даёт надежду астробиологам, которые предполагают более вероятной жизнь на планетах с твёрдыми каменистым породами и водой в жидком виде. Известные на сегодня объекты с подобной плотностью состава существенно массивнее Земли. По словам профессора астрономии Димитера Сасселова (Dimitar Sasselov) из Гарвардского университета (Harvard University), термин "суперземли" ("Super Earths") отражает скорее массу, чем любые другие характеристики, но способствующие формированию жизненных форм факторы на них могут превосходить земные условия. Сасселов утверждает, что 99% всех когда-либо живших видов организмов более не существуют, поэтому Землю сложно назвать идеальным домом. Она прошла через ледниковый период и потепления, "обстреливается" кометами и астероидами (один из которых, как принято считать, погубил динозавров), испытывает значительные колебания уровня кислорода в атмосфере. Другими словами, находится в состоянии непрерывных изменений, к которым жизнь должна либо приспосабливаться, либо исчезнуть.

Движение тектонических плит – это очередной пример беспокойной природы Земли. Континенты сталкиваются, формируя горы, а затем снова отделяются. Острова поднимаются из-за действия подводных вулканов. Хотя вся эта геологическая активность заставляет в буквальном смысле стоять на зыбкой почве, учёные склонны верить, что тектоника – это одна из ключевых особенностей планеты, которая делает возможным существование на ней жизни. Если бы не этот фактор, необходимый организмам углерод был бы "заперт" в камнях, высвобождающих элемент при плавлении под земной корой. Опасения сегодня вызывает рост уровня углекислого газа в воздухе, что ведёт к глобальному потеплению, но низкое его содержание будет означать значительное падение температуры, а зависящие от фотосинтеза и CO₂ растения погибнут. В свою очередь, недостаток подобной флоры, побочным продуктом жизнедеятельности которой является кислород, заставит человечество страдать от невозможности полноценного дыхания.

Как считает Сасселов, масса Земли помогает сохранить тектонические процессы действующими. Чем массивнее планета, тем более горячая и неустойчивая её внутренняя структура. Тектонические плиты скользят по слою расплавленного вещества – мантии; конвективные течения в ней заставляют плиты смещаться. Внутри таких относительно маленьких планет, как Марс, ничего подобного не происходит. "Суперземли" должны характеризоваться более тонкой корой, находящейся под большим давлением. Результат – частые землетрясения, вулканическая активность и другие явления. На немного меньшей по массе в сравнении с Землёй Венере наблюдается действие вулканов, хотя тектонические процессы там не происходят. Предполагается, что такие планеты нуждаются в воде в качестве "смазки" для плит, а Венера давным-давно потеряла вещество вследствие испарения. Земля же имеет достаточные запасы этой жидкости. Тектоника на "суперземлях" может быть столь эффективной, что вода совсем не нужна.

С другой стороны, есть вероятность, что "суперземли" полностью покрыты водой. Такой "мировой океан" скорее всего будет находиться в экзотическом состоянии, известном как лёд-7 (iceVII) – очень плотный, тяжёлый лёд с точкой плавления около 100 °С. Идёт ли речь о каменистом составе или льде, "суперземля" не должна быть крупнее нашей планеты более чем в 2 раза, поскольку её плотность также выше. Гравитация по оценкам Сасселова максимум втрое больше, чем на Земле. Тесты влияния вертикальных перегрузок на человека, когда кровь приливает к ногам, показали приблизительный предел, который может выдержать обычный человек перед потерей сознания – 5 G. Поэтому дополнительная гравитация "суперземли" не выходит за пределы возможностей живых организмов, умеющих к тому же адаптироваться к окружающим условиям. Повышенная гравитация означает также способность планеты удерживать атмосферу, однако её роль не всегда оптимальна для жизни. На Венере температура поверхности достигает 480 °С из-за толстого слоя атмосферы с газами, не дающими выхода теплу.

Другой важный фактор влияния на климат – это звезда, вокруг которой вращается планета. Земле очень повезло, поскольку расстояние в 150 млн км от являющегося жёлтым карликом Солнца обеспечивает приемлемые для сохранения воды в жидком состоянии условия. Небольшой "сдвиг" привёл бы или к замерзанию океанов, или к испарению.

"Суперземли" открыты вокруг многих звёзд. Первая обнаруженная экзопланета земной группы находится на орбите вокруг пульсара – нейтронной звезды с высокоэнергетическим излучением. Другие светила меньше и холоднее Солнца, и расстояние до них от большинства известных "суперземель" очень невелико – настолько, что космические тела схожи с раскалёнными углями. Одно из них – CoRoT 7-b (название дано в честь сделавшего открытие телескопа CoRoT). Эта экзопланета совершает полный оборот вокруг оранжевого карлика TYC 4799-1733-1 каждые 20 часов. Она в 5 раз тяжелее Земли, но всего вдвое меньше. Для астробиологов и поиска жизни ценность могут представлять две планеты вокруг красного карлика Gliese 581. На Gliese 581-c и Gliese 581-d условия должны быть близкими к дающим жизни шанс, хотя первая более схожа с Венерой. Ещё одним имеющим значение для развития жизни фактором является луна. Земной спутник способствует сохранению баланса оси планеты. В то же время, по словам Сасселова, сама масса "суперземли" справится с той же задачей не хуже.

Согласно оценкам учёных, только в Млечном пути могут существовать сотни миллионов планет земной группы, и в течение следующих пяти лет будут обнаружены от 50 до 100 из них. Такое количество может объяснить парадокс Ферми. Если Земля с относительно небольшой массой имеет неоптимальные условия для жизни, пришельцы с меньшей вероятностью обратят на неё внимание, выбирая среди других "суперземель". "Земля – это пограничная планета, когда речь заходит об условиях для развития сложных форм жизни, - поясняет Сасселов. – В семействе планет земного типа приемлемые факторы для комплексных биохимических процессов характерны для более массивных тел". Если инопланетяне когда-либо решат изучить Землю или другие миры, им необходимо будет создать достаточно мощные ракеты, которые смогли бы преодолеть большую по сравнению с земной гравитацию. Возможно, химическое топливо или реактивная тяга в таком случае вовсе не подходят. Данный фактор, по мнению профессора, также стоит учитывать, но не как неразрешимую проблему.

Личное предположение Сасселова относительно парадокса основано на возрасте и эволюции планет во Вселенной. Когда она была молода, её просторы заполняли лишь водород и гелий. Потребовались поколения в развитии звёзд, чтобы появились тяжёлые элементы вроде кварца и железа, входящие в состав планет с твёрдыми породами. Возраст Вселенной 14 млрд лет, однако Солнечная система сформировалась только 4,6 млрд лет назад. Если иные подобные Земле миры эволюционировали столько же, возможно достаточно развитых для космических путешествий или общения цивилизаций просто нет.