О далеких планетах

Планеты для людей (окончание)
Доул С.
(«ХиЖ», 1974, №7)

Начало


Варианты пригодных для жизни планет


Если развиваемые мною идеи правильны, то самым распространенным типом планет, пригодных для жизни, должны быть планеты, подобные Земле. У такой типичной планеты масса немного меньше, чему Земли, и очень похожая на земную атмосфера, аналогичная смена дня и ночи, солнце близких размеров, а также умеренный наклон плоскости орбиты к экватору планеты и небольшой средний эксцентриситет орбиты. Обычными явлениями должны быть смена времен года, радуга, пляж, голубое небо, звездные ночи, дожди, молнии, облака, а также снег и лед в холодных областях. Короче говоря, большинство физических и метеорологических явлений, к которым мы привыкли, будут и на многих пригодных для жизни планетах.

s19740764 planet1.jpgМожно надеяться, что на планетах найдутся и фотосинтетические организмы, и формы животных, способные к выживанию в любой экологической нише: морские и сухопутные создания, воздушные формы жизни и т. д. Несмотря па различие в деталях, вероятно, у основных типов организмов будут общие характерные признаки, например, быстро плавающие морские виды обзаведутся обтекаемой формой, сухопутные животные — конечностями, а виды, летающие в воздухе, — крыльями.

Конечно, не стоит надеяться на то, что па других планетах мы найдем все классы, порядки, семейства или виды растений и животных, к которым мы привыкли на Земле. Наоборот, любая планета, на которой шла эволюция организмов, непременно должна иметь свою собственную оригинальную классификацию (таксономию). И тем не менее там обязательно должны быть автотрофы (виды, использующие для питания только неорганические вещества). Можно рассчитывать найти и гетеротрофов (формы жизни, которые используют для питания автотрофов или других гетеротрофов).

Среди полумиллиарда пригодных для жизни планет, которые есть в нашей Галактике, встретятся и необычные, редкие. Так, планета может оказаться пригодной для жизни, если она движется по орбите вокруг другой массивной гигантской планеты вроде Юпитера. На такой планете необычная смена света и тьмы. На стороне, обращенной к громадному компаньону, затмения солнца происходят ежедневно, а на ночном небе сияет огромная и яркая «луна».

Могут быть и планеты-близнецы: они обращаются вокруг общего центра масс, но их вращение относительно друг друга остановлено. Возможна и планета с двумя солнцами, бегущая по орбите вокруг двух звезд, очень близких друг к другу. Эти звезды, отстоящие друг от друга, скажем, на несколько миллионов километров, создают усложненный порядок восходов и заходов солнц и необычные изменения интенсивности света, когда звезды затмевают друг друга. Пригодная для жизни планета может летать и вокруг одной из звезд в двойной звездной системе. На этой планете очень светлые ночи, когда она пролетает между звездами.

На планете с наклоном экватора 75° для жизни пригодна лишь узкая полоска между 14° с. ш. и 14° ю. ш. На других широтах зимой там очень холодно. Планету с двумя пригодными для жизни поясами нужно искать среди тех планет, у которых наклон экватора к плоскости орбиты очень мал и которые движутся близко от своего Солнца. На таких планетах возле экватора очень жарко, и, следовательно, жить на них можно только в средних или высоких широтах. На планете, ось которой наклонена так же, как у Земли, но которая получает на 30% больше тепла, пригодны для жизни только два узких пояса между широтами 51 и 66. Морские животные и некоторые обитатели воздуха, вероятно, могут мигрировать между этими двумя поясами, но сухопутные миграции остановит невыносимо жаркий тепловой барьер экватора.

И наконец, еще один вариант пригодной для жизни планеты — планета, окруженная кольцами. Немаловажная особенность красивой кольцевой системы Сатурна то, что кольца расположились внутри предела Роша (на расстоянии 2,45 радиуса планеты от ее центра). Конечно, у массивных сплюснутых планет больше шансов обзавестись кольцом, чем у планет, подходящих для жизни человека. Но все же у некоторых из подходящих планет тоже могут быть плоские экваториальные кольца внутри их предела Роша. Правда, эти кольца не должны быть так плотно заполнены частицами, как кольца Сатурна.

s19740764 planet2.jpgПолагают, что океаны порождает вулканическая деятельность, которая в свою очередь зависит от массы планеты. Следовательно, планеты с большой силой тяжести можно считать планетами океаническими, а с малой — сухопутными. На планете, где 90% поверхности занято водой, континенты, вероятно, удалены друг от друга и не связаны перешейками. При такой изоляции развитие сухопутной жизни на ее континентах могло идти почти независимыми эволюционными путями. И наоборот, планеты с океанами, меньшими, чем на Земле, с океанами, со всех сторон окруженными сушей, дадут разнообразие морской фауны, специфичной для каждого океана-озера. На подобных планетах из-за отсутствия глобальной океанической циркуляции перепады температуры более резкие. Большая часть суши, вероятно, занята пустыней, а пригодные для жизни области протянулись каймой по побережью...

Наше Солнце обосновалось в бедном звездами секторе Галактики. Поэтому на нашем ночном небе светит немного звезд. В ясную ночь из какой-либо точки Земли невооруженным глазом видно двадцать пять сотен звезд. Гораздо более впечатляюще ночное небо на планете в шаровых скоплениях или вблизи центра Галактики. А: Азимов подсчитал, что вблизи галактического центра над горизонтом пригодной для жизни планеты видно около 2 млн. звезд. Они дают столько же света, сколько Луна в полнолуние. Оценка Азимова нуждается в поправке — он не учел, что рассеянный свет помешает нам видеть неяркие звезды. Однако и таких ярких звезд все равно насчитывалось бы тысяч тридцать, примерно в 10 раз больше, чем можно увидеть в самую темную ночь с Земли.

А вот на ночном небе планет в темных туманностях Галактики может вообще не быть звезд — их свет задержит пыль. А у планет на самой периферии, на самом краю Галактики, на одной половине небесной сферы звезды будут, а на другой — нет. Для человека, смотрящего «от Галактики», ночное небо освещали бы только шаровые скопления, которые как бы окаймляют Галактику, или же далекие островные вселенные, среди которых лишь очень немногие едва различимы невооруженным глазом.


Перемены в организме людей.


Человек хорошо приспособлен к тем условиям, которые мы привыкли называть нормальными. И хотя нормальные условия для эскимосов, аборигенов Австралии, африканских пигмеев или индейцев в высоких Андах, казалось бы, совсем разные, все они с астрономической точки зрения относятся к одному и тому же узкому диапазону.

В будущем, когда межзвездные полеты станут реальностью, может возникнуть такая ситуация, когда экспедиция найдет пригодную для жизни планету, а затем в силу случайного стечения обстоятельств или в соответствии с планом на несколько сот лет прервет связь с человечеством.

s19740764 planet3.jpgПредставим себе колонию, высадившуюся на планету, где ускорение силы тяжести 1,5 g. Если колония сможет выжить и будет приумножаться, то у людей непременно возрастет сила мускулов, сократится время реакций на внешние воздействия и увеличится точность оценки движения окружающих предметов. На такой планете из-за большей силы тяжести даже простое падение более опасно, чем на Земле, так как чаще были бы смертельные исходы или увечья. Вывихи, растяжения, геморрои, выпадения внутренних органов, болезни спины, стопы и ног, варикозные вены и дополнительные тяготы, связанные с беременностью, были бы ощутимее, чем на Земле. Поэтому с неумолимым постоянством отбор благоприятствовал бы тем индивидуумам, которые лучше приспособлены к жизни при повышенной силе тяжести.

Через несколько поколений у колонистов, вероятно, станут короче руки и ноги, тело станет более компактным, кости потяжелеют. Из-за постоянного бремени тяжести будет преобладать тенденция к развитию мускулатуры и меньшему отложению жировых тканей. Во время беременности меньший ребенок будет явным преимуществом, поэтому средний вес взрослого человека постепенно уменьшится до некоторого оптимального уровня. Если изоляция от Земли долга и непрерывна, неизбежны и генетические сдвиги в пока непредсказуемых направлениях. Если накопится фонд генетических изменений, то при  последующих контактах колонистов с населением Земли возможна генетическая несовместимость. Выходит, что в итоге межзвездного путешествия может появиться новая разновидность человеческого рода.

s19740764 planet4.jpgДругие условия на иной планете приведут к другим изменениям. Колонисты на планете, скажем, с 3/4 силы тяжести испытывали бы меньшее, чем на Земле, напряжение от тяготения. И жить они могли бы при низком парциальном давлении кислорода. Естественный отбор там будет благоприятствовать индивидуумам с более эффективной дыхательной системой, с большей емкостью грудной клетки. Люди с сильным телосложением здесь не имели бы серьезных генетических преимуществ, и вековые изменения телосложения колонистов зависели бы от других факторов.

На небольшой планете с неплотной атмосферой и слабым магнитным полем уровень фоновой радиации может оказаться выше, чем на Земле. Причин для этого две. Во-первых, из-за плохого гравитационного расслоения горных пород в период формирования планеты доля в коре тяжелых минералов, в том числе радиоактивных, может оказаться высокой. Во-вторых, при меньшей атмосферной защите от протонных вспышек, от первичных солнечных и галактических частиц и космических лучей гораздо больше энергичных частиц долетит до поверхности. Значит, следует ждать ускорения мутаций и, возможно, ускорения эволюции.


Похвальное слово Земле.


Мы живем на Земле и относимся к ней как к чему-то неотъемлемому. Мы любим сетовать на погоду, не обращаем внимания на великолепие закатов и даже перестали удивляться разнообразию живой природы. Это естественно, ведь мы сами — порождение Земли. И так как Земля — наш дом, то все, что нас окружает, кажется самым обыкновенным. Ну а насколько иным стал бы привычный мир, если бы чуть-чуть изменились его астрономические параметры?

s19740764 planet5.jpgПредположим (а может, где-то и есть такая планета), что первоначальная масса Земли была вдвое больше и, следовательно, ускорение силы тяжести в 1,38 раз выше, чем сейчас. Как быстро бы тогда вышли животные из моря на сушу? Скорее всего, эволюция морских видов не претерпела бы существенных изменений, но у сухопутных животных и растений строение тела было бы покрепче, а центр массы расположился бы пониже. Деревья были бы ниже, и стволы обзавелись бы сильной опорой. У сухопутных животных образовались бы более тяжелые кости ног, более сильные мускулы. Птицы и насекомые вынуждены были бы приспособиться к более плотному воздуху (большее аэродинамическое сопротивление) и повышенному ускорению силы тяжести (потребовалась бы большая подъемная поверхность). Горообразующая деятельность шла бы быстрее, но горы не стали бы такими же высокими при той же структурной прочности, выдерживающей их собственный вес; эрозия под действием дождей и наземных вод шла бы сильнее, а другая плотность атмосферы изменила бы картину смены погоды.

Волны в океанах были бы ниже, а траектория брызг короче, что ухудшило бы испарение. Атмосфера стала бы суше, а облака реже и ниже. Соотношение суши и моря тоже изменилось бы. Были бы другими и магнитное поле Земли, толщина ее коры и размер ядра, и распределение минералов в коре и их химический состав, и уровень радиоактивности. И конечно же, двойник человека (если он все-таки появился бы при таких условиях) выглядел бы по-другому.

А теперь предположим, что Земля имела бы половину нынешней массы. Тогда ускорение силы тяжести составляло бы 0,73 от нормального. Из-за слабого тяготения, более тонкой атмосферы, ослабления эрозии и, вероятно, увеличения фоновой радиации ход эволюции и геологическая история планеты оказались бы иными. Шла бы эволюция быстрее? Сколь быстро животные освоили бы сушу и воздух? Ответить пока нельзя. Зато несомненно, что скелеты были бы легче, а деревья, вообще говоря, были бы высокими, но хилыми; и, разумеется, аналог человека на такой планете во многих отношениях не был бы похож на нас.

А что если бы наклон земной оси был равен не 23,5, а 60°? Сезонные метеорологические изменения сохранились бы, но единственной климатической областью, подходящей для той жизни, которую мы знаем, был бы узкий пояс в пределах ±5° от экватора. На остальной части планеты царила бы испепеляющая жара или лютые морозы. А если бы экватор был в плоскости орбиты, то смены времен года нe происходило бы, зато предсказывать погоду было бы гораздо легче, да она и была бы постоянней. В пределах ±12° от экватора жить было бы невозможно из-за жары, но это сокращение полезной площади частично компенсировалось бы улучшением климата в приполярных областях.

Предположим теперь, что среднее расстояние Земли от Солнца всего на 10% меньше, чем на самом деле. Для жизни тогда подходит менее 20% поверхности (пояс между широтами 45 и 64°). Следовательно, жизнь заняла бы только две узкие полоски суши, разделенные невыносимо жарким барьером. Полярных льдов не существовало бы, что подняло бы уровень океана и сократило площадь суши.

s19740764 planet6.jpgЕсли бы замедлилась скорость вращения Земли и сутки удлинились бы, например, до 100 часов, то колебания температуры от дня к ночи стали бы очень резкими. Солнце бы еле ползло по небу, и лишь немногие формы жизни выдержали бы жару длинного дня и холод не менее длинной ночи.

Предположим теперь, что масса Солнца возросла на 20% (средний радиус орбиты Земли надо увеличить до 1,408 а. е., чтобы сохранить солнечную постоянную на нынешнем уровне). Это удлинило бы период обращения до 1,54 года. Если бы масса Солнца была меньше на 20%, то радиус орбиты Земли (его на этот раз для компенсации следует уменьшить) составлял бы 0,654 а. е. Год в этом случае длился бы всего 215 суток. Главное тело было бы спектрального класса G8 (то есть чуть желтее, чем Солнце теперь), а его продолжительность жизни возросла бы до 20 млрд лет. Океанические приливы, создаваемые главным телом, были бы примерно такие же, какие теперь порождает Луна.

В общем, Земля — прекрасная планета для жизни на ней, как раз то, что нужно человеку. Практически любое изменение ее физических свойств, положения или ориентации ухудшило бы нам жизнь. По-видимому, мы вообще не сможем найти планету, которая подходила бы нам лучше, хотя кое-кто из людей будущего, возможно, и предпочтет жить на других планетах. Однако пока Земля — наш единственный дом, и мы хорошо сделали бы, охраняя ее богатства и разумно используя ее ресурсы.

Если человек научится двигаться в космическом пространстве со скоростью, близкой к четверти или половине скорости света, то даже при длительных остановках около планет всю Галактику можно обследовать и заселить за какой-нибудь миллион лет. Правда, пройдет немало времени, прежде чем техника настолько продвинется вперед, что скорость передвижения людей в Галактике станет значительно большей, чем в настоящее время. И все же история человечества может быть написана среди звезд.


Перевод с английского И. Щербиной-Самойловой.

Еще по теме

Эта публикация подготовлена по материалам одноименной книги автора, перевод которой выпустит в свет Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука». Под планетой, пригодной для жизни, автор понимает такую планету, на которой могло бы жить много людей, не нуждаясь в сложной защите от окружающей среды и доставке материалов и продуктов с других планет. Перевод с английского И. Щербиной-Самойловой. >>
В сентябре нынешнего года исполняется 50 лет со дня смерти Константина Эдуардовича Циолковского. Его статьи и книги, ставшие первоосновой теории и практики современной космонавтики, советскому читателю хорошо знакомы. Гораздо менее известны другие труды этого многогранного мыслителя. >>
Многие великие ученые задумывались о том, какой может быть жизнь на ближних к нам планетах и в совсем уж далеких мирах. А может ли появиться жизнь, если вода на далекой от солнца планете скрыта под ледяной корой? >>
В этом году ученые сделали очень интересное астрономическое открытие - они нашли несколько планетных систем, отчасти похожих на нашу Солнечную. Начало массовой охоты за планетами связано с именами Михеля Майора и Дидье Квелоца, которые объявили о планете звезды 51 в созвездии Пегаса. Как показывают открытия новых планетных систем, наша во многом уникальна. >>
Еще полвека назад никто не знал, существуют ли планетарные системы у других звезд, кроме Солнца. Теперь открытие экзопланет — почти рутинная процедура, но она требует очень тонких измерений. Планеты обнаружили, но большинство планетарных систем не похожи на нашу и вряд ли пригодны для жизни. Очень хотелось бы дожить до открытия внеземной жизни, но, судя по темпам развития проектов, надежды на это немного. >>