Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли

Если бы на экзоспутнике была такая же атмосфера, как на Земле, потерю кислорода мог бы компенсировать фотосинтез, а потерю углекислого газа — эрозия силикатов. Впрочем, улетучивание азота из атмосферы мира, потенциально пригодного для жизни, будет иметь самые печальные последствия: азот — элемент, который плохо вступает в химические реакции, благодаря этому молекулы азота выступают в качестве буфера, снижающего риск возникновения лесных пожаров. Кроме того, азот является ключевым компонентов белков и ДНК, используемых всеми формами жизни на Земле. При отсутствии азота лес на Эндоре обречен на гибель. Поэтому условием пригодности спутника для жизни должна быть его достаточно большая масса и гравитация, обеспечивающая удержание более теплой атмосферы на протяжении миллиардов лет.

Чтобы каменистый мир мог удерживать азот и кислород при тех же температурах верхних слоев атмосферы, что и на Земле, в течение свыше 4,6 млрд лет (возраст нашей Солнечной системы), его масса должна быть чуть больше массы Марса. Таким образом, мы сталкиваемся с очередной проблемой: масса самого крупного спутника в окрестностях нашего самого большого газового гиганта составляет лишь 23% массы Марса. Даже если бы Ганимед находился в зоне умеренных температур, у него бы не было атмосферы. А могут ли вообще быть спутники больше Ганимеда? Ответ зависит от способа их образования.

Спутники в Солнечной системы формировались разными путями, которые можно объединить в три независимые группы. Наша собственная Луна относится к не совсем обычной подгруппе естественных спутников: у нее нетипично большая масса в сравнении с массой планеты — она весит как 1,2% (или 1/81 часть) Земли. Этот показатель выше только у Плутона и его гигантского спутника Харона, масса которого составляет 12% (1/8 часть) массы Плутона. Напротив, массы спутников Марса, Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна не превышают 0,025% (1/4 000 часть) массы их планет. Откуда у небольших миров вроде Земли и Плутона такие большие спутники?

Ответ заключается в том, что и наша Луна, и Харон являются результатами мощного столкновения. Полагают, что Луна появилась на свет в тот момент, когда в молодую Землю врезался объект размером с Марс, в результате чего на орбите нашей планеты оказалось много осколков потерянных нарушителем ее спокойствия и выбитых с ее собственной поверхности. Слившись, они образовали Луну. Своим строением Луна похожа на мантию Земли, но при этом лишена более легких элементов, которые улетучились в окружающее пространство при ударе.

Еще одна аномалия среди лун Солнечной системы — спутник Нептуна Тритон. При диаметре 2700 км и массе, превышающей массу Плутона на 40%, Тритон является самым крупным из 14 известных нам спутников Нептуна и седьмым по величине в Солнечной системе. В отличие от прочих спутников большого размера, Тритон обращается вокруг Нептуна в направлении, противоположном направлению вращения планеты. Эта необычная ретроградная орбита может быть свидетельством того, что Тритон и Нептун сформировались независимо друг от друга, а затем в какой-то момент Тритон оказался вблизи планеты и был захвачен ее гравитацией. По своему строению Тритон очень похож на Плутон. Поэтому вполне возможно, что он сформировался в поясе Койпера в качестве карликовой планеты, а затем оказался во власти Нептуна в процессе миграции планеты-гиганта.

Захват такого большого спутника, как Тритон, — событие далеко не рядовое. Закрепиться на орбите Нептуна будущая луна могла лишь в том случае, если она двигалась со скоростью, обеспечивающей ее удержание гравитационным полем планеты. Однако по обычной орбите вокруг Солнца карликовая планета двигалась бы слишком быстро, чтобы ее мог захватить Нептун. Кроме того, большая масса Тритона делает невозможным столкновение с каким-то из спутников Нептуна, обеспечившего достаточную силу торможения без катастрофических последствий для его участников.

Согласно популярной гипотезе, Тритон в качестве карликовой планеты когда-то был частью двойной системы, аналогичной системе Плутона и Харона. При вращении вокруг общего центра масс в процессе движения по орбите вокруг Солнца скорость каждого компонента системы относительно Нептуна должна была меняться, становясь то больше, то меньше общей скорости системы.

При сближении Нептуна с двойной системой входящие в нее карликовые планеты должны были разойтись под воздействием его мощной гравитации[46]. Карликовая планета, которая двигалась чуть медленнее, чем двойная система, была захвачена планетой-гигантом, а ее компаньон был выброшен в окружающее пространство.

Захваченная карликовая планета впоследствии и стала Тритоном. В результате рассеивания менее крупных спутников Нептуна и столкновений с ними этот новый гигантский спутник занял доминирующее положение, в результате чего на его долю приходится 99,5% массы всего вещества на орбитах вокруг Нептуна.