Что делает планету пригодной для жизни: уроки от научной фантастики

ЛОНДОН — Представьте, что вы потерпели крушение на чужой планете. Корабль уничтожен, запасы кислорода опасно малы, а окружающий ландшафт совершенно неизвестен. С чего начать поиск подсказок для выживания? Как ни странно, лучше всего начать со звезды над головой .

Именно в такой ситуации оказываются трое членов экипажа «Дикого синего простора» в новом научно-фантастическом триллере Audible «Экзопланета». Автор — известный сценарист комиксов Бенджамин Перси, исполнительный продюсер — Энди Вейр («Проект „Хейл Мэри“», «Марсианин»), а в звёздном актёрском составе — Энтони Маки, Ариана Дебозе и Джон Легуизамо. Оказавшись на незнакомой планете, они сталкиваются с вулканическими пустошами, незнакомыми небесами и средой, которая, кажется, бросает вызов здравому смыслу. Но за необычными событиями этой аудиодрамы стоит вполне реальный научный вопрос: что делает планету пригодной для жизни? .

Учиться у звёзд

В «Экзопланете» экипаж видит небеса, которые не только незнакомы, но и словно бы отличаются друг от друга. Один персонаж видит солнце настолько тусклым, что может смотреть на него прямо, тогда как другой страдает от палящей жары в окружении выжженных красных скал. Для астрономов свет, излучаемый звездой, — один из важнейших инструментов для понимания планет, вращающихся вокруг неё .

Используя метод, называемый спектроскопией, астрономы разлагают звёздный свет на составляющие длины волн, получая спектр, очень похожий на радугу. Изучая этот спектр, они могут исследовать температуру, состав и другие физические свойства звезды. Однако температура звезды — лишь часть картины. Количество энергии, которое получает планета, зависит как от светимости звезды, так и от расстояния до неё по орбите. Астрономы используют эти измерения, чтобы определить, находится ли мир в обитаемой зоне звезды, где температуры могли бы позволить существование жидкой воды на поверхности при наличии подходящей атмосферы. Планете, вращающейся вокруг холодного красного карлика, нужно быть гораздо ближе к своей звезде, чем Земле к Солнцу, чтобы попасть в эту обитаемую зону. К сожалению, нахождение в этой зоне вовсе не гарантирует райских условий .

Враждебные звёзды

Планета, комфортно расположившаяся в обитаемой зоне, в конечном счёте всё равно находится во власти своей звезды. Звёзды излучают не только видимый свет. Ультрафиолетовое излучение и рентгеновские лучи могут взаимодействовать с планетными атмосферами, изменяя химию и даже способствуя потере атмосферы. Мощные звёздные вспышки могут производить выбросы высокоэнергетического излучения. Планета может предлагать чудесно мягкую температуру — и при этом подвергаться бомбардировке излучением от родительской звезды. Возраст звезды тоже имеет значение. Молодые звёзды, как правило, более активны, и их излучение со временем может разрушать атмосферу планеты. Тем временем, по мере старения и эволюции звёзд, изменение их светимости может кардинально менять условия, которые испытывает планета. Для stranded экипажа в «Экзопланете» понимание звезды над головой может поэтому быть столь же важным, как и знание ландшафта под ногами .

Можно ли дышать воздухом?

Даже если планета пережила все сложности, которые мы только что перечислили, остаётся довольно важный вопрос: смогли бы мы вообще дышать тамошним воздухом? В «Экзопланете» один член экипажа обнаруживает, что атмосфера планеты содержит достаточно кислорода, чтобы он мог дышать без скафандра. На Земле кислород составляет около 21% атмосферы. Однако обнаружение аналогичного процента на другой планете автоматически не означало бы, что воздух безопасен для дыхания. Атмосферное давление значит не меньше. На больших высотах на Земле процент кислорода остаётся тем же, но более низкое давление означает, что в лёгкие поступает меньше кислорода. Кислород — не единственная забота. Вулканический ландшафт вымышленной планеты выделяет такие газы, как диоксид серы и сероводород, оба опасны в высоких концентрациях. Даже атмосфера, богатая кислородом, всё равно может быть смертельной .

Поиск жизни

Но что, если вам нужно не просто узнать, пригодна ли планета для жизни? Что, если вам нужно узнать, живёт ли там уже что-то? До того как «Дикий синий простор» прибыл на планету, зонды обнаружили диметилсульфид — молекулу, которую мы связываем с биологической активностью на Земле. Это удивительно своевременная деталь, поскольку именно эта молекула оказалась в центре научных дебатов об одной из самых интригующих экзопланет, обнаруженных на сегодняшний день. Астрономы исследовали возможные признаки диметилсульфида в атмосфере K2-18 b — экзопланеты, вращающейся вокруг красного карлика. Однако и само обнаружение, и биологическая интерпретация остаются предметом серьёзных споров .

Проблема в том, что обнаружение одной молекулы не является однозначным доказательством жизни. На её присутствие могут влиять факторы, не связанные с биологией, — например, атмосферная химия и звёздное излучение. Понять, может ли такая молекула действительно указывать на жизнь, означает изучать не только атмосферу планеты, но и излучение, которое она получает от своей звезды .

Больше, чем Земля 2.0

Астрономы обнаружили тысячи экзопланет. Однако понять, может ли какая-либо из них поддерживать жизнь, — чрезвычайно сложная задача. Расстояние между планетой и звездой может дать хорошую подсказку, но её атмосфера, геология и звёздное окружение взаимосвязаны в определении того, могла бы там выжить жизнь. Для незадачливого экипажа «Дикого синего простора» эти различия могут означать разницу между выживанием и полной катастрофой. Мы могли бы однажды обнаружить планету с земными температурами, жидкой водой и изобилием кислорода. Но даже тогда останется огромная пропасть между потенциально обитаемой планетой и той, где мы могли бы безопасно снять шлемы. «Экзопланета» уже доступна эксклюзивно на Audible: бесплатно для подписчиков соответствующих тарифов или для покупки отдельно .

Продолжение. Научная основа «Экзопланеты» важна не только как фон для драмы, но и как напоминание о том, насколько сложным оказался путь от «планета в обитаемой зоне» до «планета, где можно снять шлем». За последние десятилетия астрономы научились находить миры у других звёзд тысячами, но критерии обитаемости по-прежнему остаются предметом дискуссии: одни исследователи делают ставку на жидкую воду и умеренные температуры, другие указывают на роль магнитного поля, тектоники плит и состава атмосферы, без которых даже «идеальная» орбита не гарантирует защиты от звёздной радиации. Особый интерес вызывают красные карлики — самые распространённые звёзды в Галактике, вокруг которых легче всего обнаружить небольшие планеты. Однако их активность, вспышки и приливная привязка планет создают дополнительные риски, которые ставят под сомнение обитаемость даже тех миров, что находятся в «зоне Златовласки». История K2-18 b показывает, как трудно интерпретировать даже намёки на биосигнатуры: одна и та же молекула может быть как признаком жизни, так и результатом небиологических процессов. Для будущих миссий — от телескопа «Джеймс Уэбб» до проектов прямого наблюдения экзопланет — ключевой задачей станет не просто обнаружение воды или кислорода, а понимание всей системы «звезда — планета — атмосфера» в целом. Именно об этом и напоминает фантастика: прежде чем искать жизнь, нужно понять, как устроен мир, на который вы приземлились, — и звезда над головой расскажет об этом не меньше, чем земля под ногами.

Источники: Audible, NASA/JPL-Caltech, ESA, Scientific Reports, Wikimedia Commons.