Жизнь как она есть: её зарождение и сущность - Крик Фрэнсис - Страница 19

Когда подробнее знакомишься с проблемой планетарной атмосферы, то оказывается, что она довольно сложна и зависит не только от количества и вида энергии, излучаемой родительной звездой и расстояния до этой звезды, но также и от других факторов, таких как. количество энергии, отражаемой поверхностью планеты (которая отражается намного интенсивнее от снега или льда, чем от полей или лесов), и количества, отражаемого облаками. Она также зависит от молекулярного состава атмосферы. Слишком большой объем С02 может поглощать тепло, которое, в свою очередь, излучается планетой, вызывая таким образом «парниковый» эффект. Но, оставляя все это в стороне, мы можем увидеть, что минимальное требование заключается в том, что величина планеты должна быть больше определенного минимального размера (размера, одинакового с нашей Землей) и на таком расстоянии от своей родительской звезды, чтобы она была не слишком накалена (как Меркурий) и не слишком холодна, что имело бы место, находись она на таком же расстоянии, что и Юпитер, при отсутствии дополнительного источника тепла.

Существует также ограничение и на тип звезды. Скорость, с которой звезда расходует свое ядерное топливо, во многом зависит от ее массы. Массивная звезда поглощает свое топливо очень быстро. Поэтому она очень раскалена и излучает при этом много энергии в окружающее ее пространство. Любая планета, имеющая на поверхности очень много жидкой воды, должна находится от такой звезды дальше, чем мы от Солнца. Само по себе это не вызывает проблем. Трудность заключается в относительно коротком промежутке времени, в течение которого звезда испускает свет и тепло. Достаточно массивная звезда может жить всего лишь десять миллионов лет. Вряд ли этот срок представляется достаточно долгим для развития жизни в каком-либо значительном объеме. С другой стороны, Солнце излучает энергию достаточно устойчиво в течение четырех миллиардов лет и, вероятно, будет светить еще столько же.

Звезды, масса которых намного меньше Солнца, накладывают другое ограничение. Они могут устойчиво светиться в течение более длительного периода времени, поэтому у нас нет необходимости беспокоиться относительно времени, имеющегося для развития жизни. Поскольку такая звезда выделяет меньше энергии, то любая подходящая планета должна будет находится к ней ближе, чем мы к Солнцу. По этой причине здесь есть лишь довольно небольшие пределы расстояний, если планета должна иметь необходимые нам условия. Немного ближе, и планета раскалится настолько, что вода закипит. Немного дальше, и вся вода обратится в лед. Таким образом, мы можем надеяться найти несколько небольших звезд с подходящими планетами, но их будет очень немного, потому что строгие условия намного труднее выполнить. Даже для звезд, размером с Солнце, диапазон может быть так мал, что лишь в редкой планетарной системе планета окажется как раз в нужном месте; именно это, по-видимому, и произошло в нашей Солнечной системе.

Итак, нам нужна звезда, которая не слишком велика, иначе время ее жизни окажется слишком коротким, и которая не слишком мала, иначе вероятность, что она имеет подходящую планету, будет слишком незначительной. К счастью, Солнце — звезда довольно средней величины. Оказывается, что многие звезды имеют вполне приемлемые размеры. Что нам сейчас нужно узнать, так это есть ли обыкновенно у этих звезд планеты, которые вращаются вокруг них.

Несмотря на все те новые экспериментальные данные, которые были накоплены за последние десять и более лет при исследовании космоса, общепринятой теории возникновения Солнечной системы, к сожалению, не существует. В самом начале нашего века было высказано предположение, что Солнечная система образовалась из длинной узкой полосы материи, вытянутой из Солнца при сближении с другой звездой. По существу, это должно было быть очень необычным событием, и, следовательно, лишь немногие звезды, вероятно, имеют планетарную систему. Более тщательная теоретическая проработка показала, что такое событие вряд ли приведет к возникновению таких планет, какие мы знаем сегодня. Более поздние идеи связаны с возникновением самого Солнца. Считается, что оно сгустилось под действием силы тяжести из медленно вращающегося облака пыли и газа, вращение которого ускорялось по мере уменьшения диаметров системы, вследствие сохранения углового момента. Это вращение создало сплющенный диск материи, из которого, как считается, возникли планеты путем дальнейшего сгущения, вновь вызванного гравитационным притяжением. Как именно это произошло, например: необходим ли был поблизости взрыв сверхновой звезды для того, чтобы привести в движение систему, не вполне ясно. Поэтому невозможно сказать с полной уверенностью, лишь на основании теоретических положений, что планетарные системы могут быть распространенными, хотя можно предполагать, что дело обстоит именно так. Поэтому мы должны изучить экспериментальные данные.

Оказывается, что они очень скудные. Планеты слишком малы, и свет, который они отражают от своей родительской звезды слишком тусклый, чтобы мы могли обнаружить с помощью непосредственного наблюдения даже те из них, которые вращаются вокруг ближайших звезд. Крупная планета слегка повлияет на орбиту звезды, вокруг которой она вращается; они обе будут вращаться вокруг точки, которая является их общим центром тяжести. При очень благоприятных условиях обнаружить смещение такой звезды можно, и, действительно, в одном случае возникло предположение, что такое колебание смогли обнаружить. Однако сейчас все сильнее становится уверенность, что наблюдаемые эффекты возникли из-за ошибки в эксперименте, потому что ожидаемое смещение слишком мало.

Тогда, на первый взгляд, задача выглядит безнадежной. Если дело обстоит именно так, то мы только можем ничего не делать и ждать появления новых или значительно усовершенствованных методов обнаружения. Но есть одно явление, которое можно наблюдать достаточно легко и которое может дать своего рода ключ. Распределение углового момента (грубо говоря, количества вращения, сумма которого в закрытой системе должна оставаться постоянной) в нашей Солнечной системе довольно странное. Большая часть определенного таким способом вращения приходится на планеты, и довольно небольшое количество — на само Солнце. Кажется вполне вероятным, что протосолнце первоначально вращалось намного быстрее, при этом облако пыли, которое вращалось вокруг Солнца, перемещалось, соответственно, медленнее. С помощью некоего механизма (и высказаны глубокие предположения, как это могло случиться), вращение передалось от Солнца к облаку пыли, замедляя таким образом первое и ускоряя последнее.

По счастливой случайности, часто можно определить скорость вращения звезды с помощью тщательного исследования света, который она излучает, поскольку на одной из ее кромок вещество вращающейся звезды может двигаться по направлению к нам, а на другой — удаляться от нас. Эти смещения, из-за эффекта Доплера, изменяют частоты света, который доходит до нас. Экспериментально установлено, что звезды, размером примерно с Солнце, делятся приблизительно на два класса. Некоторые из них вращаются очень быстро, что, как можно предположить, обусловлено способом их первоначального формирования, тогда как другие, по-видимому, вращаются намного медленнее. Считать, что последний тип звезд замедлился, потому что он имеет планетарную систему, весьма заманчиво. Если этот ход рассуждений верен, тогда планеты окажутся вполне распространенным явлением.

К сожалению, это действительно единственное доказательство существования планет, которым мы располагаем. В науке всегда чувствуешь себя комфортнее, если два или более различных направления рассуждений приводят к одному и тому же выводу. Здесь мы располагаем только одним. Опыт доказал, что такое заключение можно принимать с оговоркой. Сказав это, необходимо признать, что прямое доказательство вращения звезд действительно очень убедительно, вывод о существовании планет, двигающихся по орбите вокруг медленно вращающихся звезд, довольно достоверен и совместим с нашими общими теориями о том, как могли возникнуть звезды и планеты. С учетом всего вышесказанного, по-видимому, более вероятно, что планеты скорее являются достаточно распространенным явлением, нежели очень редким.