В поисках нового дома: есть ли во Вселенной планеты, на которые может переселиться человечество

Однако планеты такого типа, включая саму Землю, могут быть далеко не лучшими колыбелями жизни. Наши представления сплошь и рядом искажаются антропоцентризмом и геоцентризмом, которые не позволяют взглянуть на вещи шире. А между тем, многие специалисты уверены, что многие планеты предлагают куда более подходящие условия для появления и развития цветущей биосферы. Такие миры называют «суперобитаемыми», и на сегодня уже зарегистрировано больше 20 планет-кандидатов на это высокое звание.

Впервые представления о суперобитаемых экзопланетах появилось в статье Рене Хеллера (René Heller) и Джона Армстронга (John Armstrong), которая вышла в журнале Astrobiology в 2014 г. и представила первые выкладки о том, как должен выглядеть подобный идеальный мир. Согласно их формулировке, суперобитаемым можно назвать мир, который способен поддерживать значительно более разнообразную биосферу, флору и фауну, чем на Земле. И присматриваясь к подходящим для этого планетам, начать стоит с их звезд.

Самые массивные и крупные светила можно отбросить сразу. Они слишком яростны, непредсказуемы, и подолгу не живут. Вообще, бурные потоки частиц, исходящие от таких звезд, препятствуют образованию планет. Но даже если такое случится, и даже если на такой планете умудрится появиться жизнь, то срок ее будет короток. Не пройдет и миллиарда лет, как планету и все на ней уничтожит взрыв сверхновой.

На противоположном конце — самые мелкие и тусклые звезды, прежде всего — красные карлики. Тут тоже хорошего мало. Чтобы слабый свет мог достаточно подогревать планету, ей придется находиться очень близко к своей звезде. На таком расстоянии ее ультрафиолетовое излучение становится уже экстремально опасным, а любая вспышка активности грозит полностью стерилизовать поверхность.

Наше Солнце относится к середнячкам, звездам спектрального класса G, желтым карликам — умеренно горячим, не слишком ярким, и с довольно предсказуемым поведением. Все это замечательно для жизни, однако лучшим вариантом можно назвать оранжевые карлики класса К. Они в 1,5-2 раза меньше нашей звезды и в несколько раз более тусклые. Но именно это делает их характер намного более спокойным. Активность оранжевых карликов заметно ниже, они экономичнее расходуют «внутреннее топливо» для поддержания термоядерных реакций.

В результате и срок существования таких звезд намного больше. Продолжительность стабильной жизни Солнца оценивается примерно в 10 миллиардов лет, большая часть из которых уже пройдена. А вот оранжевые карлики могут сохраняться и 20, и 50 миллиардов лет — по крайней мере, в теории. Этот срок больше времени, прошедшего с начала Вселенной, и до сих пор неизвестен ни один пример дестабилизации такой звезды с переходом в красного гиганта. Так что оранжевый карлик способен дать жизни на миллиарды больше лет для спокойной эволюции.

Чтобы биосфера была богатой и разнообразной, ей нужно побольше места. Чем больше планета, тем дольше она сохранит «внутреннее тепло» своих недр, а с ним – и токи, которые возникают в жидком ядре и создают глобальное магнитное поле, защищающее поверхность от потоков смертоносных частиц, непрерывно прилетающих из космоса. Эта же тепловая энергия обеспечивает перемешивание мантии, а значит и геологическую активность, включая тектонику плит. Такие процессы наполняют атмосферу углекислым газом, который служит основным источником углерода для биосферы на Земле.

С другой стороны, расчеты показывают, что если планета будет слишком велика и массивна, то ее гравитация окажется чересчур сильной. Она стиснет литосферу так сильно, что никакая тектоника плит будет невозможна. Вдобавок, вся влага может оказаться выдавленной на поверхность, окружив планету бескрайним океаном. Полезные вещества окажутся слишком разбавлены, а условия — слишком однородны для возникновения жизни, а тем более для развития самых сложных ее форм.

Расчеты показывают, что оптимальные геологические условия для суперобитаемости обеспечивают планеты не более чем впятеро тяжелее нашей, оптимально — около двух масс Земли, радиусом примерно 1,2-1,3 земного. Такие размеры позволят очень долго сохранять сильную магнитосферу, а также высокую геологическую активность, которая выносит на поверхность ценные минералы и наполняет атмосферу углекислым газом. Помимо прочих преимуществ, дополнительный вес позволит планете удерживать более плотную атмосферу, а значит — более теплый и стабильный климат.

Экзопланеты такой величины называются суперземлями, и они достаточно широко распространены. По некоторым оценкам, почти треть планет Млечного Пути относятся к этому типу, а ближайшая (GJ 699 b) находится всего в шести световых годах от Солнца, у звезды Барнарда. К сожалению, суперобитаемой ее не назовешь: звезда слишком холодна, и температура на GJ 699 b остается намного ниже -100 °С.

Для того, чтобы на планете стабильно сохранялась комфортная температура, она должна находиться не слишком близко, но и не слишком далеко от своей звезды (как мы уже убедились, жизнь вообще не любит экстремумов). Эта область называется зоной обитаемости. Земля расположена в пределах этой области Солнца, но, опять же, далеко не идеально. Орбита нашей планеты проходит недалеко от ее внутренней границы, и со временем это может стать проблемой. Дело в том, что звезды со временем излучают все сильнее, и со временем на Земле станет чересчур жарко. Так что настоящая суперобитаемая планета должна находиться ближе к середине этой зоны своего солнца.

При этом желательно, чтобы климат на ней был потеплее. На Земле жизнь освоила практически все экологические ниши, добравшись до самых полюсов. Но очевидно, что ледяные пустоши — не лучшее место для процветания, а максимальной численности и разнообразия достигают экосистемы, обитающие во влажных и теплых тропиках. Текущая средняя глобальная температура поверхности Земли — около 15 °C, но для суперобитаемости лучше иметь чуть выше 20 °C. Такую температуру вполне можно поддерживать, даже находясь на большей дистанции от звезды.

Добиться этого позволяет более густая и плотная атмосфера, с повышенной концентрацией углекислого газа: она способна подогревать планету за счет парникового эффекта. В идеале, в воздухе должно быть и больше кислорода. Трудно представить, чтоб какой-нибудь другой газ был достаточно распространен и мог бы служить более удобным окислителем для поддержания энергетических процессов в живых организмов. Недаром, именно в позднем каменноугольном периоде Земли, когда концентрация этого газа достигала 35 процентов, биосфера отличалась еще большим разнообразием, чем сегодня.

Дополнительно смягчить климат позволяют достаточно обширные океаны. Разумное сочетание морей и континентов полезно для эволюции, и в этом Земля тоже почти — и только почти — идеальна. Проведенные в 2022 г. расчеты показали, что вода и суша на поверхности нашей планеты представлены в очень хорошей пропорции. Возникающие между ними цепочки обратной связи позволяют поддерживать и тектонику плит, и глобальный круговорот минеральных веществ. С другой стороны, более мелкие океаны с большей протяженностью береговых линий дали бы жизни куда больше возможностей для развития.

На настоящий момент не подтверждено существование ни одной экзопланеты, которая полностью удовлетворяла бы всем этим признакам. Расположенная в 1200 световых годах Kepler-442b находится в системе оранжевого карлика и имеет массу 2,36 земной, — однако вращается слишком далеко от своей звезды, и средняя температура на ней составляет лишь 4 °C. Планета KOI-4878.01 чуть теплее Земли, однако размеры ее, скорее всего, те же, что и у нашей. Идеал не найден — но это не значит, что где-то на просторах Галактики не дожидается своего открытия этот лучший из миров.