Почему Земля — не самое лучшее место для жизни: идеальный мир

«Суперобитаемые» планеты подходят для жизни намного лучше, чем наша родная Земля. Мы даже знаем, как должны выглядеть такие цветущие миры: большие, теплые, покрытые пурпурными и черными растениями.

Спросите кого угодно: какая планета самая классная во Вселенной? Большинство, конечно, назовут Землю. В самом деле, из всех известных нам миров этот – единственный комфортный для жизни и для людей. Солнце находится на приемлемом удалении, обеспечивая постоянный умеренный приток энергии. Плотная атмосфера сохраняет тепло и влагу, а магнитосфера защищает поверхность от радиации.

Тектоника плит медленно перемешивает и обновляет литосферу новыми минералами. Обширные океаны успокаивают климат, наклон оси вращения планеты создает сезоны, а массивная Луна стабилизирует это движение. Перечислять можно долго, добравшись вплоть до Юпитера, который, как предполагается, защищает Землю от частых ударов метеоритов, «улавливая» их в огромном числе своей могучей гравитацией. Казалось бы, что может быть лучше такого идеального набора?

Но все зависит от того, что считать лучшим. Если рассматривать обитаемость планеты с точки зрения человечества, адаптированного к своей родной Земле, то другой кандидатуры, возможно, и не будет. Но давайте взглянем на вещи шире и подумаем, так ли уж она идеальна? Ведь с точки зрения обитаемости, как таковой, наша планета – во многом пограничный, крайний случай, а подходящие планеты возле далеких звезд могут поддерживать куда более богатую и разнообразную биосферу, чем наша.

Ключевые условия для жизни (по крайней мере, понятных нам форм жизни) – это тепло и влага. Поэтому область вокруг звезды, где температура достаточно умеренна и позволяет сохранять на поверхности планеты растопленную жидкую воду, называется зоной обитаемости. Ее границы зависят от размеров и яркости звезды, и проведенные в 2013 г. расчеты показали, что для Солнца эта область находится между 0,99 и 1,7 астрономических единиц. Напомним, что 1 а.е. соответствует среднему радиусу земной орбиты, и получается, что наша планета находится у самого внутреннего края зоны обитаемости, далеко от ее оптимального центра.

Земля на краю обитаемой зоны Солнца

Более того, яркость Солнца постепенно увеличивается. Четыре миллиарда лет назад, когда на Земле зародилась жизнь, оно светило почти на треть слабее. Планета находилась вне обитаемой зоны: излучения было недостаточно, чтобы растопить ее океаны. Предполагается, что дополнительное тепло Земля тогда получала от вулканических и парниковых процессов. Лишь со временем звезда «разогналась» и «разгорелась», сделав планету действительно комфортной. Возможно, что именно поэтому жизнь так долго задержалась на простейших формах, и первые многоклеточные организмы появились лишь около миллиарда лет назад.

Сложные животные возникли и вовсе «недавно», в ходе Кембрийского взрыва. За прошедшие с тех 540 млн лет биосфера стала исключительно разнообразной, освоила сушу и прошла путь от примитивных моллюсков до умных попугаев и бюрократии. Возможно, что более удачное расположение в пределах обитаемой зоны дало бы земной жизни еще несколько дополнительных миллиардов лет. Или даже несколько десятков.

Больше да лучше

Ну или возьмем размеры. Земля – самая крупная из каменистых планет Солнечной системы, и именно величина позволила ей долго сохранять внутреннее тепло, чтобы со временем литосфера зашевелилась, и запустилась тектоника плит. Ни на Венере, ни на Марсе или Меркурии ее нет. Между тем, и тут Земля едва «пролезла» в подходящие границы: модели предсказывают, что тектоника плит должна легче возникать на более крупных каменистых планетах, массой примерно до двух масс Земли.

Среди известных нам экзопланет массивных – радиусом более 1,2 радиусов Земли – больше, чем планет земного типа

На нашей планете тектонике способствовал избыток воды, которая смешалась с силикатными минералами литосферы, изменив температуру их плавления. Будь Земля массивнее, этого бы не понадобилось, да и жизнь получила бы куда больше пространства и различных условий для развития. Пожалуй, то же можно сказать и о климате: палеонтологические летописи показывают, что биосфера становилась особенно разнообразной в периоды, когда планета делалась теплее обычного. Возможно, что и оптимальная для биосферы температура должна быть чуть выше, чем здесь. Точно так же и идеальное содержание кислорода должно составлять 30-35% вместо нынешних 21%.

Примерно так рассуждали астрофизики Рене Хеллер (Rene Heller) и Джон Армстронг (John Armstrong), которые в 2014 г. в статье, вышедшей в журнале Astrobiology, подвергли нашу планету всесторонней критике и выдвинули концепцию «суперобитаемых» миров. Впрочем, начали они еще с самого Солнца, предположив, что оптимальные условия жизнь может найти у более тусклой и спокойной звезды.

Звезды мелководья

Такая звезда должна относиться к спектральному классу К – оранжевым, а не желтым карликам, как наше Солнце (оно относится к классу G, зато соседняя Альфа Центравра В – как раз оранжевый карлик). К-звезды существуют в несколько раз дольше, чем G, – почти как еще более тусклые красные карлики, но, в отличие от них не проявляют таких частых, непредсказуемых и мощных вспышек, как они. Все это создает основу для исключительно долгих и стабильных условий на орбите у такой звезды.

Конечно, класс К не так велик и ярок: эти звезды имеют массу от 0,5 до 0,8 солнечных масс и светимость не более 0,6 солнечной. Поэтому обитаемая зона находится существенно ближе к ним, и для суперобитаемости планета должна двигаться по более короткой орбите, ближе к центру этой области. Желательно, чтобы таких миров в системе было несколько, что обеспечит им постоянный обмен «зародышами жизни» – как это, возможно, случалось уже между Землей и Марсом, пока (и если) тот был обитаем.

Kepler-442b – почти идеальная для жизни планета

Итак, лучше взять тело побольше, оптимально – две земных массы и 1,2-1,3 ее радиуса. Увеличенные размеры не только обеспечат тектонику плит и большее жизненное пространство. Мощная гравитация позволит удерживать больше воды и более плотную атмосферу, облегчая сохранение стабильно высокой температуры (желательно около 25 °C, примерно на 10 градусов выше нашей). Рельеф массивной планеты также сделается более ровным и сглаженным. В нем будет меньше бедных светом и пищей глубин, но больше теплых и живых мелководий. По замечанию одного обозревателя, идеальный мир представит меньше разнообразных экосистем, зато каждая из них раскроет свой полный потенциал биоразнообразия.

Погоня за идеалом

Хеллер и Армстронг отмечают, что практически все нужные для «суперобитаемости» характеристики вытекают из одной главной – увеличенных в сравнении с Землей размеров. Теоретически, такие миры должны быть даже более многочисленны на пространствах Галактики, чем наш. Да и оранжевых карликов больше, чем желтых звезд солнечного типа – по некоторым оценкам, на них приходится до 9% всего звездного населения. Тем более, что как минимум один подходящий мир уже известен.

Почти идеально условиям «суперобитаемости» удовлетворяет экзопланета Kepler-442b, расположенная в созвездии Лира в 1200 световых годах от Солнца. Она вращается вокруг звезды К-класса, ее радиус составляет 1,3 земного, масса – 2,3 земной. К сожалению, средняя температура на Kepler-442b далеко не оптимальна: примерно -2,5 °C. Однако, по-видимому, это лишь первый пример, и в будущем мы найдем немало по-настоящему идеальных планет.

Спектр действия фотосинтеза на Земле

Возможно, что опознать такой мир поможет растительность – конечно, буйная и совсем не зеленая. Спектр К-звезд отличается от солнечного, и небо суперобитаемой планеты будет не столь синим, как наше. Области, в которых поглощают свет пигменты земных растений, находятся в красной, но более всего – в сине-фиолетовой области (зеленый свет отражается). Однако класс К активнее излучает в красном и инфракрасном диапазонах, но в синем и фиолетовом – слабее.

Поэтому предполагается, что под таким светом растения будут отражать больше синего, так что листья их окажутся темнее земных, ближе к пурпурному цвету. Звучат даже гипотезы о том, что за долгое время эволюции в идеальном мире растения должны научиться эффективно поглощать весь падающий на них свет и станут вовсе черными. Когда-нибудь по такому мрачному и густому готическому лесу смогут пройтись люди. Насколько известно, при должной тренировке наш организм вполне позволяет двигаться при силе тяжести вплоть до 4 земных. Идеальный мир и тут почти идеален.