Экзопланеты: суперземли и жизнь на них
В настоящий момент значительная часть открытых экзопланет относится к категории суперземель. Тогда как число найденных миров земной или меньшей массы – очень незначительно. Объясняется это, конечно, методами регистрации, лишь в редких случаях позволяющими «увидеть» легкую планету. Тем не менее суперземли есть, их много, и с ними что-то нужно делать. А что можно сделать с экзопланетой на данном этапе развития технологий? Только придумать для нее биосферу.
Суперземли
...Следовательно, о суперземлях. Так теперь именуются каменистые планеты массой от 3 до 10 земных. То есть не просто «более, чем Земля, массивные». Если планета превосходит Землю лишь вдвое, разница становится непринципиальной. Если же тело массивнее Земли более чем в 10 раз, планета, прежде всего, уже не будет землеподобной. Гравитация позволит ей на этапе формирования собрать и удержать столько газов, что она перейдет в разряд мини-нептунов, превратившись в мир с совершенно иными условиями. Не просто с более высокой силой тяжести, но и лишенный твердой поверхности.
Впрочем, и у суперземель с газами и поверхностью все непросто. Планета относительно высокой массы, формирующаяся в зоне обитаемости, не сможет удержать водород, но будет усиленно, эффективнее, чем это делала молодая Земля, копить более тяжелые газы. Это могут быть гелий, метан, углекислый газ, аммиак и водяной пар. В процессе эволюции атмосферы гелий, скорее всего, покинет ее на раннем этапе – пока планета не остыла. Метан и углекислота перейдут в минеральную форму, как это произошло на Земле, аммиак превратится в азот, но вода – останется. То есть тяжелые миры должны быть влажными – с вероятностью превращения в планеты-океаны – и жаркими ввиду высокой плотности атмосферы.
Добавить можно, что тяжелые планеты изначально более горячи, чем «земли», так как количество ударного тепла, выделяющегося при формировании, растет пропорционально квадрату скорости столкновений с поглощаемыми меньшими телами – второй космической скорости для планеты. Обладая же меньшей удельной поверхностью, суперземля медленнее остывает.
Таким образом, активность недр тяжелой планеты очень велика и практически не убывает. Извержения же поставляют в атмосферу дополнительные газы и пар… Что вкупе с высоким парниковым эффектом и делает суперземли склонными к перегреву. Пригодные для жизни условия на таких телах парадоксальным образом могут сложиться, только если каменистый гигант не попадает в «зону Златовласки», а находится, если оперировать стандартами Солнечной системы, на орбите Марса или за ней.
И это вовсе не странно, если вспомнить, что на самом Марсе плескались моря 3–4 млрд лет назад, когда светимость Солнца на 25–30% уступала современному уровню. Ну и что с того, пока планета способна согреваться теплом собственных недр?.. Но Марс остывал быстро, Земля остывала медленно. А суперземля за время, которое звезда солнечной массы живет, может быть, не остынет вообще.
Но предположим, что радиус орбиты, светимость звезды и масса планеты слились в дивной гармонии. В таком случае суперземля – мир с морями, сушей, плотной (от этого не уйти) атмосферой, низкой – иначе перегрев неизбежен – освещенностью. И с высокой силой тяжести. С не очень высокой. Потолок, выше которого превращение в газовый гигант неизбежно, находится на уровне 2, с большими допущениями 2.5 g. Почти же наверняка обитаемая суперземля будет иметь силу тяжести не выше 1.8 g.
Добавить можно, что, с высокой вероятностью, такой мир отличать будет быстрая смена дня и ночи. Планеты сразу после формирования имеют высокую скорость вращения. Так и Земля в катархее делала один оборот за 7.5 часов. Затем энергия вращения постепенно растрачивается, переходя в тепло в результате приливных взаимодействий со спутником и другими телами системы. И в этом плане у суперземли все так же, как с жаром недр. Изначально энергии слишком много, чтобы убыль существенным образом сказалась.
Условия для жизни
Несмотря на упомянутую выше склонность к перегреву, в настоящий момент суперземли считаются наиболее перспективными для поиска внеземной жизни телами. Ибо условия на них в наименьшей мере зависят от массы (а значит, и светимости) звезды и радиуса орбиты. Солнце суперземлям нужно, но более для порядка. Чтоб было. А так-то планета сама способна согреть свою атмосферу. То же касается и луны. Земле массивный спутник помогает поддерживать активность недр, а значит, и восполнять убыль газов в атмосфере. Суперземле спутник тоже положен – по статусу. У всех планет на этапе формирования образуются спутники. Потом они могут их потерять под воздействием других тел системы… Что суперземле вряд ли грозит. У тяжелой планеты и зона гравитационного доминирования будет обширной. То есть спутник будет, а может, и не один, но только для красоты. Помощи в поддержании вулканизма такой планете не требуется.