Может ли жизнь существовать в темноте

В темных углах нашей галактике миллиарды бродячих планет блуждают, лишенные звезд. Может ли существовать жизнь на таких планетах? Перенесемся на десять тысяч лет в будущее. Вы — исследователь космоса, и собираетесь сесть на поверхность только что открытого мира, на котором может существовать жизнь.

Планета темная, настолько темная, что вы не в состоянии рассмотреть, какова ее поверхность. Все, что вы видите — это черный диск, заслоняющий звезды. Вы входите в атмосферу и пролетаете через тонкий слой облаков, которые могут заметить и определить только сенсоры вашего космического корабля. Никакого света нет, солнце не светит. Звезд тоже не видно. Вы с недоуменным видом поворачиваетесь к командиру и спрашиваете: «Погодите-ка, но ведь тут нет солнца? Какого черта мы тут делаем?»

Солнцу сделали доброе имя. Почти всем нравятся солнечные деньки и радуга. Панели солнечных батарей — это благо. Солнце запускает процесс фотосинтеза, который создает кислород, и мы дышим им. Благодаря солнечному свету наше тело вырабатывает разные вещества для улучшения настроения, например, витамин Д. Солнцу поклонялись, солнечные боги хорошо известны в истории человечества. Мы любим наше солнце.

Но оправдана ли вся эта шумиха? Действительно ли нам нужно Солнце? Да, нужно. Если Солнце внезапно исчезнет, то Земля превратится в ледяной шар. Наш геотермостат, карбонатно-силикатный геохимический цикл, бесполезен без Солнца. Озера, реки и пруды замерзнут первыми. Для замерзания океана потребуются десятилетия, но это тоже неизбежно произойдет. Незначительное количество тепла из глубины планеты будет поступать из вулканов. В общем, Земля будет похожа на Хос, ледяную планету из фильма «Империя наносит ответный удар». Большинство жизненных форм сгинет.

Но Земля родилась и выросла в лучах Солнца. Нечестно, если оно возьмет и исчезнет. Давайте представим себе планету, никогда не имевшую Солнца, Землю, которая «блуждает» или «свободно плавает». Такие планеты не вращаются по орбите вокруг звезды. Они странствуют между звезд. Они — свободные граждане Галактики. На первый взгляд, похоже на научную фантастику, но несколько свободно плавающих газовых гигантов было обнаружено в последнее время. Наши газовые гиганты, Юпитер и Сатурн, привязаны к Солнцу, но, возможно, для галактики это вовсе не норма. Исследование, опубликованное в журнале Nature в 2011 году, предположило, что в галактике Млечный путь на каждую звезду приходится по два странствующих газовых гиганта. Эта статья считается противоречивой, но в целом астрономы считают, что планет-бродяг в нашей галактике немало. И на каждого странствующего газового гиганта приходится несколько каменных планет размером с Землю. Похоже, их количество исчисляется сотнями миллиардов.

Свободно плавающая Земля будет лишена многих радостей, к которым мы тут привыкли. Никаких времен года, никаких закатов. И, раз по небу не ходит Солнце, то нет и дней рождения. Но может ли такая планета в целом поддерживать жизнь, пусть не такую бурную, как на нашей Земле?

Чтобы на планете появилась жизнь, хотя бы отдалено напоминающая нашу, нужна жидкая вода. Чтобы вода оставалась жидкой, планета должна сохранять тепло. Но в космосе чертовски холодно, всего на несколько градусов выше абсолютного нуля. Как же планета-бродяга может сохранить тепло, не имея Солнца? Все планеты внутри себя вырабатывают тепло. Большая часть тепла Земли образовалась в результате гигантских столкновений, сформировавших нашу планету. В основном, тепло заперто внутри под корой Земли. Оно медленно просачивается наружу, представляя собой источник энергии, существующий со времен формирования планеты. Этот внутренний жар просуществует миллиарды лет. Но в сравнении с порцией тепла, изливаемого на Землю нашим Солнцем, внутреннее тепло кажется незначительным. Звезда каждый день обдает нас потоком тепла, которое в 3.000 раз сильнее внутреннего. Планета, лишенная звезды, не может позволить себе терять внутреннее тепло. Как и человеку, столкнувшемуся с переохлаждением, ей нужно теплое одеяло.

Слой льда на поверхности планеты может послужить таким изолятором. Если лед толстый, то планета может поддерживать океан жидкой воды под ним. Но чтобы этот океан не замерз за миллиарды лет, слой льда должен быть не тоньше десяти километров. Два больших спутника Юпитера — Европа и Ганимед — имеют такие океаны под толщей льда, и их можно сравнить с ледяными планетами-странниками. Может ли Земля в случае замерзания океана тоже сохранить такой водяной слой и жизнь? К сожалению, нет. Наша Земля слишком сухая, и слой льда окажется тонким. В лучшем случае могут существовать небольшие локальные участки воды в районе источников тепла, например, вулканов.

Плотная атмосфера тоже может удерживать планетарное тепло и позволить планете, лишенной ледового слоя, поддерживать воду в жидком состоянии. Лучше всех с этой работой может справиться водород. Водород служит превосходным изолятором, и он не конденсируется, то есть, сохраняет газообразное состояние при очень низких температурах. Планета-бродяга с плотной водородной атмосферой теоретически может поддерживать на поверхности температуру выше точки замерзания воды, иметь озера и океаны, а также жизнь. Но такая атмосфера должна быть плотнее земной в десять или в сто раз.

Свободно плавающие планеты — это зерна попкорна, сбежавшие из горшка

Освещаемые только светом далеких звезд, планеты-бродяги невидны человеческому глазу. Подобно Урану или Нептуну, их атмосфера может состоять из нескольких разных слоев облаков. Их поверхности не достигает никакой свет. Атмосфера настолько густая, что, стоя на поверхности и глядя в небо, вы увидите только темноту.

Планеты-бродяги формируются на орбите вокруг звезд. Планета вырастает из колец пыли и газа, существующих вокруг молодой звезды. Начинается все с песчинок, и постепенно серия столкновений образует все большие и большие тела. Некоторые захватывают газ и превращаются в газовые гиганты, как Юпитер. Другие похожи на Землю, они меньше, и состоят из камней. Миллионы лет проходят прежде, чем они сформируются окончательно и создадут упорядоченную планетарную систему. До того момента звездная система нестабильна. Газовые гиганты настолько массивны, что могут выбить меньшие планеты в межзвездные пространства.

Свободно плавающие планеты — это зерна попкорна, сбежавшие из горшка. Многие покрыты льдом, другие окружены плотным одеялом из водорода. Их может сопровождать приятель, если они удерживают своих спутников. Волны жара от взаимодействий планеты-бродяги земного типа с лунообразным спутником или с компаньоном в виде газового гиганта могут служить дополнительным источником тепла.

Но даже если на планете-страннике есть жидкая вода, может ли жизнь существовать без солнца? Организмы на Земле зависят от Солнца не в равной степени. Некоторые формы жизни, например, растения и простейшие микроорганизмы, прямо зависят от солнечной энергии. Эти существа занимают нишу первичных производителей. Они напрямую перерабатывают солнечный свет в химическую энергию. Все прочие формы жизни зависят от солнца косвенно, питаясь первичными производителями. Но ученые нашли на Земле некоторых существ, которым не нужно Солнце. Они живут на океанском дне и называются хемоавтотрофы. Они вырабатывают свой углерод с помощью энергии, просачивающейся через земную кору. Эти организмы могут быть основой для процветающей экосистемы вокруг глубоководных гидротермических разломов.

Организмы, использующие фотосинтез, перерабатывают солнечный свет в химическую энергию. Хемоавтотрофы, напротив, используют для этого условия, существовавшие в далеком прошлом, в том числе, резкие перепады температур, как в гидротермических разломах. Фотосинтез намного эффективнее. Переработка солнечной энергии в биомассу эффективнее того, что делают хемоавтотрофы в тысячу раз. Но это на Земле. На планете-бродяге жизнь, лишенная мощного источника энергии в виде Солнца, будет иметь достаточный стимул для разработки более эффективных методов использования внутреннего жара.

Свободно плавающая планета должна иметь биосферу, опирающуюся на хемоавтотрофы. Только они могут произвести углерод, необходимый для более сложных организмов. Так как у хемоавтотрофов эффективность низкая, то в такой биосфере должна быть очень значительная биомасса для продуктивности. Если для выращивания тысячи яблок достаточно одного фотосинтетического дерева, то потребуется тысяча хемоавтотрофных деревьев для выращивания одного яблока.

Может ли жизнь самостоятельно зародиться на планете-бродяге или она должна быть занесена извне? На данный момент мы не можем знать этого наверняка. В конце концов, мы до сих пор не знаем точно, как именно появилась органическая жизнь на Земле. Но некоторые теории предполагают, что колыбелью жизни на Земле стали гидротермы на дне океана, и на планетах-бродягах таких гидротермических скважин должно быть полно. Так ч жизнь может зародиться непосредственно на такой планете.

Какой же может быть темная биосфера? Представим себе похожее биологическое сообщество на Земле. Выход внутреннего тепла не однороден на поверхности планеты. Некоторые районы более горячие, чем другие. В районе гидротерма концентрируется довольно разнообразная экосистема. Там можно встретить экзотические растения и причудливых животных, например, двухметровых кольчатых червей и безглазых креветок. Хемоавтотрофы служат первичными производителями и генерируют бактериальный мат, первое звено сложной пищевой цепочки. Свободно плавающая планета может быть усеяна биосферами, сконцентрированными вокруг источников тепла. Они могут содержать большие растения. В каждом изолированном оазисе на начальном этапе будут уникальные формы жизни. Хотя на некоторых планетах-бродягах они могут соединиться в глобальные биосферы.

Мы можем превратить бродячую планету в трамплин, в дорожный полустанок на пути к расселению в космосе

Вряд ли мы захотим колонизировать странствующую планету, особенно покрытую льдом. Пробиться через такую толщу льда очень нелегко, а жить под ней еще труднее. Более привлекательно выглядят планеты с плотной водородной атмосферой. До их озер и океанов добраться относительно легко. К сожалению, там наверняка нечем дышать, потому что кислород и водород не могут сосуществовать мирно. Перед отправкой экспедиции нам нужно будет узнать размер биомассы — покрывает ли она всю планету, или существуют только отдельные очаги на дне океанов. Но даже в самом лучшем случае производство продовольствия будет очень трудным без света, а мы понятия не имеем, пригодны ли нам пищу местные животные и растения. И радуги нет. Так что блуждающие планеты не будут приоритетными целями для колонизации, когда и если человечество начнет заселять космос.

Но свободно плавающие планеты могут иметь другое достоинство. В Солнечной системе не так много хороших объектов. Если бродячие планеты окажутся нашими ближайшими соседями по галактике, то усилия по колонизации будут оправданными. Мы можем превратить их в трамплины, в дорожные полустанки на пути к расселению в космосе.

Представьте себе, что вам выпала честь одним из первых ступить на поверхность странствующей планеты с атмосферой. Фотоны, изливаемые прожекторами вашего космического корабля, станут первыми частицами света, коснувшимися поверхности за миллиарды лет. Ваше поселение будет полностью изолировано, особенно от ядовитой атмосферы. Ваши дети будут расти, не видя звезд и не имея возможности поиграть на открытом воздухе, разве только в скафандрах. Но в утешение вы будете сознавать, что это необходимый первый шаг на пути к покорению галактики.