Воображаемая жизнь

Трефил Джеймс

А вот и нет. Эта точка зрения начала меняться в 2005 году, когда астрономы разработали так называемую модель Ниццы (она названа в честь города во Франции, где была впервые сформулирована). Эта модель, построенная с использованием компьютерного моделирования, предполагает, что формирование Солнечной системы было далеко не величественным процессом. По мере того, как на протяжении многих лет модели такого рода совершенствовались, наше видение ранней Солнечной системы претерпело серьёзные изменения. Теперь мы знаем, что образовалось гораздо больше планет, чем их существует сегодня, и что начало больше напоминало титаническую игру в космический бильярд, чем медленное приращение. Объекты размером с планету формировались и разрушались при столкновениях,

но лишь затем, чтобы чуть позже сформироваться вновь. Некоторые из этих объектов упали на Солнце. Другие были выброшены из солнечной системы. Гравитационные силы перемешали внешние планеты, вызвав дождь из комет, который принёс воду в океаны Земли. В общем, это было дикое и хаотичное время.

Важным доказательством, подтверждающим эту картину, является следующее: в настоящее время мы можем видеть, как подобный процесс происходит в других планетных системах в процессе их формирования. Например, космический телескоп «Хаббл» видел в системах, где формируются планеты, обломки от столкновений объектов размером с планету. Учитывая этот факт и принимая всерьёз идею о том, что 4,5 миллиарда лет назад объекты размером с планету были выброшены из нашей зарождающейся Солнечной системы, разумно задать простой вопрос: где же сейчас находятся эти миры?

Они не могут просто исчезнуть — значит, они должны быть где-то поблизости. Маловероятно, что многие из них будут обладать достаточно высокой скоростью, чтобы вырваться из Млечного Пути. Следовательно, они всё ещё должны быть где-то там, вращаясь вокруг центра галактики вместе с Солнцем и другими звёздами. На самом деле, если задуматься, между звёздами должно находиться много так называемых планет-сирот. В конце концов, звёзды и планетные системы формировались с тех пор, как Вселенной исполнилось несколько сотен миллионов лет, и сменилось уже много поколений звёзд. Если бы каждая из этих систем внесла несколько объектов в общий запас планет-сирот, количество сирот легко превысило бы количество планет, вращающихся вокруг звёзд. Теоретики даже предположили, что число сирот может превышать число обычных планет где-то минимум вдвое, а максимум — в тысячи раз. Межзвёздное пространство должно быть усеяно ими!

Если это так, то почему мы обнаружили так мало планет-сирот? Чтобы ответить на этот вопрос, спросите себя, как бы вы нашли хоть одну. Как и все экзопланеты, сироты не излучают собственного видимого света, и, конечно же, от их поверхностей не отражается свет от ближайшей звезды. Это означает, что для проведения наших поисков мы не можем пользоваться обычными оптическими телескопами. Сироты испускают излучение в инфракрасном диапазоне, о чём мы скажем ниже, но наша способность осуществлять систематический поиск в инфракрасном диапазоне очень ограничена. По сути, планета-сирота должна была бы случайно оказаться в той точке, на которую мы случайно направили инфракрасные детекторы с какой-то другой целью.

Другой метод обнаружения планет-сирот опирается на данные общей теории относительности. В 1919 году британский астроном Артур (позже сэр Артур) Эддингтон (1882-1944) поразил мир, подтвердив предсказание Альберта Эйнштейна о том, что световые лучи, исходящие от далёких звёзд, искривляются, когда проходят вблизи Солнца. Современные астрономы превратили это свойство света в инструмент, пригодный для обнаружения материи, которую трудно найти иными способами. Эффект, на котором он основан, носит название гравитационное линзирование.

Чтобы понять, как он работает и как его можно использовать для обнаружения экзопланет-сирот, представьте себе планету-сироту, движущуюся в поле зрения между далёкой звездой и наблюдателем на Земле. Луч света, который покинул звезду и прошёл бы мимо Земли в отсутствие планеты-сироты, теперь будет изгибаться, минуя планету-сироту и тем самым будет виден земному наблюдателю. Взглянув в противоположную сторону вдоль этого луча, обнаруженного прибором, этот наблюдатель увидит свет, исходящий от видимого источника, слегка смещённый

относительно фактического положения звезды. Поскольку то же самое будет справедливо для лучей, испускаемых звездой в любом направлении, конечным проявлением прохождения экзопланеты-изгоя перед звездой будет изменение изображения звезды с точки на кольцо. Самый простой способ представить себе это — вообразить конус световых лучей, испускаемых звездой, причём все лучи изогнуты планетой-изгоем и фокусируются в местоположении наблюдателя с Земли. Мы называем этот процесс гравитационным линзированием. В честь человека, чья работа позволяет нам понять это явление, астрономы назвали результат этого изгибания кольцом Эйнштейна. Также следует отметить, что если траектория планеты-изгоя несколько отклонена от линии прямой видимости между звездой и Землёй, то мы увидим дуги вместо колец.

Астрономы, наблюдающие за галактиками, уже давно используют гравитационное линзирование для обнаружения галактик, которые недостаточно ярки, чтобы их можно было увидеть обычными средствами. В таких случаях удалённым источником света является другая, но ещё более удалённая галактика, однако эффект здесь тот же. Масса, находящаяся между наблюдателем и источником света, действует как линза, изгибающая световые лучи от далёкой галактики и превращающая её маленькое изображение в кольцо или дугу. Хотя в настоящее время всестороннего поиска экзопланет-сирот с помощью этой техники не проводилось, несколько сирот были обнаружены более или менее случайным образом при помощи гравитационного линзирования.

Таким образом, организация поиска планеты-сироты будет включать поиск ситуаций, в которых точка света, идентифицирующая звезду, превратилась в кольцо или дугу, а затем вновь превратилась в точку. В некотором смысле это было бы похоже на то, как космический телескоп «Кеплер» ищет обычные экзопланеты. Телескоп «Кеплер» непрерывно наблюдает за светом примерно 150 000 звёзд, отслеживая временные затемнения, вызванные планетой, проходящей перед одной из них. Нетрудно представить себе подобный спутник, отслеживающий огромное количество звёзд, чтобы увидеть, какие из них образуют временное кольцо Эйнштейна. Если число планет-сирот так велико, как мы того ожидаем, такой поиск, несомненно, выявит многие из них.

Полуденная тьма

Условия на планете-сироте будут зависеть от многих факторов. Наши компьютерные модели предполагают, например, что когда-то во внутренней части Солнечной системы вращалось более дюжины объектов размером с Марс. Фактически, столкновение одного из них с Протоземлёй привело к образованию нашей Луны. Из-за своей небольшой массы планета-сирота размером с Марс быстро потеряет своё тепло и превратится в холодный мёртвый мир, а её атмосфера либо исчезнет, преодолев силу тяготения, либо превратится в замёрзший слой на грунте.

С другой стороны, суперземлю вроде той, которую в следующей главе мы назовем Здоровяком, может постигнуть совершенно иная судьба. Он не обязательно потеряет свою атмосферу, и у него будет, как минимум, два важных источника энергии: остаточное тепло, полученное при формировании, и радиоактивность. Первый из них относится к тому времени, когда «сирота» ещё вращался вокруг своей звезды, собирая материал из протопланетной туманности и нагреваясь в результате каждого столкновения. После накопления такого тепла для его рассеивания может потребоваться много времени. Земля, например, во время своего формирования расплавилась фактически полностью, и даже сегодня половина тепла, исходящего из её недр, является результатом охлаждения со времён того горячего начала. Другая половина внутреннего тепла Земли образуется в результате радиоактивного распада долгоживущих материалов вроде урана. Ключевым моментом является то, что, когда планета сформировалась, оба этих источника продолжат работать вне зависимости от того, продолжает ли эта планета вращаться вокруг своей звезды или будет выброшена в глубокий космос.