Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли

К сожалению, основной формой жизни на молодой Земле были анаэробные бактерии, на которые кислород оказывает токсическое действие. Это привело к их массовой гибели. В результате огромный пласт жизни оказался стерт с лица Земли. Тем временем кислород в атмосфере начал вступать в реакцию с метаном, образуя еще больше углекислого газа и водяных паров. Хотя оба продукта реакции являются парниковыми газами, по количеству удерживаемого ими тепла они намного уступают метану. Уменьшение количества метана привело к снижению температуры, спровоцировав масштабное гуронское оледенение — древнейший из известных нам ледниковых периодов. Не исключено, что в тот момент оледенение затронуло всю поверхность нашей планеты, превратив ее в «Землю-снежок».

На первый взгляд, эта картина совсем не походит на начало формирования пригодной для жизни среды. Однако насыщение атмосферы Земли кислородом стало ключевым фактором, который сделал возможным развитие жизни. Благодаря обилию кислорода началось активное развитие аэробных организмов. В процессе их жизнедеятельности атмосфера превратилась в то, чем мы дышим сейчас. Однако для радикальной перестройки среды на планете, в результате которой она может стать пригодной для жизни, требуется очень много времени. Поэтому если мы хотим найти планету, на которой может существовать жизнь, мы должны в первую очередь обращать внимание на миры преклонного возраста. Они — главные кандидаты в планеты с сверхпригодными для жизни условиями.

С другой стороны, в случае с миром большего возраста возникает другая проблема — звезда. Приблизительно 3,5 млрд лет назад Земля находилась в центре зоны умеренных температур в Солнечной системе. По мере старения и увеличения светимости Солнца зона умеренных температур отодвигалась все дальше и дальше от него. В результате наша планета оказалась рядом с ее внутренней границей. Через 1,75 млрд лет Земля выйдет за пределы зоны умеренных температур. Подобно Венере, она превратится в безжизненную пустыню, на поверхности которой из-за высоких температур не сможет существовать вода. Поэтому можно предположить, что, если какая-то планета гораздо большего возраста, чем Земля, сейчас находится в зоне умеренных температур, значительную часть своей юности она должна была провести за ее внешней границей, а значит, на ее поверхности не могла развиться жизнь. Впрочем, и эту проблему можно было бы решить, если бы звезда была несколько иной.

В недрах менее массивных звезд процесс горения протекает не так быстро, как у их более тяжелых собратьев. Поэтому и живут они дольше. Зона умеренных температур вокруг таких медленно стареющих звезд смещается медленнее, чем в Солнечной системе. Но есть у небольших тусклых красных карликов ряд особенностей, препятствующих формированию на планетах вокруг них пригодной для жизни среды. Мы уже упоминали, что миры в окрестностях этих звезд рискуют попасть в приливный захват и захлебнуться в волнах губительной радиации, сводящей на нет любые преимущества неспешной эволюции в зоне умеренных температур. Возможен компромиссный вариант в виде оранжевого карлика — звезды крупнее красных карликов, но меньше нашего Солнца. Оранжевый карлик может светить приблизительно в два раза дольше Солнца, благодаря чему времени для достижения зрелости и формирования пригодных для жизни условий у планеты остается намного больше.

Медленное старение необходимо не только звезде. Для поддержания соответствующих условий на поверхности планеты в ее недрах должна продолжаться геологическая активность. Помимо излучения звезды, планеты согревает изнутри тепло, оставшееся со времени их формирования, а также радиоактивные элементы в мантии и коре. На Земле это тепло дает энергию вулканам и тектонической активности, которая сопровождается перемещением горных пород, обеспечивающим магнитное поле и углеродный цикл. Когда пламя в недрах нашей планеты погаснет, атмосфера перестанет получать углекислый газ в результате вулканических извержений. Количество парниковых газов уменьшится, и Земля замерзнет. Расплавленное железо в ядре нашей планеты затвердеет, после чего исчезнет защищающее нас магнитное поле, оставив атмосферу на растерзание солнечному ветру и вспышкам.