Заметки о космической фантастике #1. Где жить

Этим постом я хочу начать серию коротких статей о космосе, кратко описывающих самую его суть с привлечением фантастики. Частично этот материал уже был опубликован в моей одноимённой брошюрке, сейчас я его редактирую, уточняю и очень сильно дополняю (а некоторые материалы переписываю почти с нуля).

Как правило, в мирах научной фантастики люди живут везде. А если «везде» и не люди, то всё равно в чужих землях хомо сапиенс, как правило, могут существовать без скафандра. Заселены все звёздные системы с собственными именами, а часто обитаемых планет по несколько штук в каждой системе. Для художественного произведения это в порядке вещей и вопросов не вызывает, потому что, как правило, для реализации идеи достоверность не нужна, нужна правдоподобность.

А что же в реальности?

А реальность — бессердечная сука

Начну с главного, что определяет условия в родной хате — со звезды. Все известные нам звёзды делятся на несколько спектральных классов. Вот основные:

Класс О — очень горячие (30000-60000 °K) голубые звёзды. Очень молодые (порядка десятков миллионов лет). По причине молодости никаких планет у них быть не может, а если и захватят какую планету-сироту, ничего хорошего бедняжку не ждёт.

Класс B — горячие голубовато-белые звёзды. Примеры — β Ориона, то бишь Ригель, и Плеяды. Ригель — звезда довольно известная, но, увы, безжизненная. Её светимость — в среднем примерно 130000 солнечных. Дальнейшие комментарии, полагаю, излишни, но я продолжу: Ригель, как и многие другие звёзды класса B, вдобавок ещё и переменный, а его возраст — всего 8 млн лет, что исключает наличие родных планет – они попросту не успели сформироваться. Захваченная же из космоса планета-сирота должна обращаться вокруг него на расстоянии минимум 400 а.е. (для сравнения — афелий Плутона всего каких-то жалких 50), причём из-за переменности материнской звезды на ней с периодом примерно в 20 дней будет то жара, то чудовищный холод. Год на ней будет длиться сотни лет. Бедные тамошние детишки — они не знают, что такое день рождения. Впрочем, им бы вообще выжить для начала под этим адским светилом...

Класс А — это горячие белые звёзды. Типичный пример — всем известный Сириус, крайне популярный и любимый фантастами. Увы, любителя фантастики тут тоже ждёт разочарование: своих планет у Сириуса быть не может — слишком молод. Жалкие 280 млн лет — для нормальной звезды это младенчество, а для белых — пора зрелости, потому что они всего живут около миллиарда, после чего превращаются в красных гигантов с понятным результатом для всех окружающих объектов. В случае же Сириуса имеется ещё и спутник — Сириус B, которые уже прошёл стадию гиганта и испепелил всё вокруг (Сириуса С, к сожалению, не существует, догоны насвистели). Другими словами, у Сириуса, скорее всего, планет попросту нет, а если и были, давно прогорели. Если же он всё-таки ухитрился захватить из космоса что-то блуждающее, то для приемлемой температуры расстояние от планеты до него должно составлять 4,6 а.е. — это чуть ближе, чем от Солнца до Юпитера. В принципе, нормальная орбита, но Сириус также испускает сильное ультрафиолетовое и рентгеновское излучение — даже научная база в таких условиях вряд ли будет располагаться на поверхности планеты. Печаль, в общем. Не позагорать нам под белым солнцем пустыни.

Класс F — жёлтые звёзды, чуть горячее Солнца. Типичный пример — Процион, не совсем типичный — Канопус. Светимость Проциона — 7,7 солнечных, а Канопуса — 15100, и вдобавок он, как и Сириус, очень любит рентгеновский спектр. Располагающийся там по версии Фрэнка Герберта Арракис был бы совершенно безжизненным каменным шаром, на который без экзоскелета выйти смог бы разве что Супермен.

У Проциона и большинства остальных F-звёзд шансов больше, но его потенциальные планеты слишком молоды (около 1,7 млрд лет), и вряд ли встретят экспедиторов приятными условиями. При этом на Проционе побывали и Сергей Снегов, и Ларри Нивен, и ещё немало фантастов (и я вот тоже теперь), и это первые в нашем списке места, где вообще возможно хоть какое-то существование и терраформинг.

Класс G — жёлтые звёзды, к которым относится и наше Солнце. Пока что это единственная звезда, на планете у которой обнаружена жизнь, так что другие вопросы, полагаю, излишни. Типичный пример такой звезды — это Альфа Центавра А, по которой не потоптался только ленивый. И, собственно, не зря: это действительно один из самых серьёзных кандидатов на наличие внеземной жизни. В ту же копилку идёт Тау Кита, которая тоже гиперпопулярна в фантастике. Есть за что.

Класс K — оранжевые звёзды. К таковым относится, например, Эпсилон Индейца, Эпсилон Эридана, Альфа Центавра B и ещё целый набор. Это тусклые холодные звёзды, которые, впрочем, вполне могут поддерживать жизнь. Полуоси орбит обитаемых планет у таких звёзд будут гораздо меньше, чем у Земли, а значит, и год короче. В остальном они похожи на Солнце.

Класс M — красные карлики. Собственно, весь список выше — это меньше 20% звёзд Млечного пути, а все остальные — это как раз красные карлики. Наиболее известный пример такого — Проксима Центавра.

В качестве исключения класс М имеют красные гиганты вроде Бетельгейзе. Именно вокруг Бетельгейзе вращается Сорора из оригинальной «Планеты обезьян». Увы, жизнь там вряд ли возможна: её светимость — переменная, от 40000 до 100000 солнечных, да к тому же звезда дышит на ладан и вполне может взорваться в ближайшие годы (ближайшие — это не миллион лет, а гораздо меньше).

Если же вернуться к красным карликам, то один только вопрос о том, насколько вероятна жизнь на планете у такой звезды, уже генерирует ворох идей для научной фантастики.

Во-первых, планет у таких звёзд известно немало. А буквально недавно NASA устроило целую пресс-конференцию по причине открытия в системе TRAPPIST-1 аж четырёх планет (присутствовали пять астрономов и астрофизиков, которые с нескрываемым восторгом про эти планеты рассказывали), в дополнение к трём имеющимся. Все семь планет близки по размеру к Земле, и из них три находятся в обитаемой зоне. Круто, однако.

Во-вторых, сама по себе такая планета достаточно специфична. Период её обращения в случае TRAPPIST-1 составляет от 6 до 12 дней — если несчастные дети Ригеля не празднуют день рождения никогда, то здесь ребятишки уподобляются мальчику из анекдота, который пожелал праздновать его каждый день и умер через два месяца. Планеты эти из-за близости к звезде оказываются в приливном захвате, подобно Меркурию, и всегда обращены к светилу одной стороной. Что творится на её поверхности — можете себе представить.

Есть, однако, и куча проблем. Первая – это, разумеется, приливный захват. Вечный день на одной стороне и вечная ночь на другой – жить, скорее всего, можно либо под землёй, либо в зонах вдоль колеблющегося из-за либраций терминатора. Вторая – вспышки. Красные карлики – нестабильные звёзды, они часто вспыхивают, буквально сдувая атмосферу со своих планет. С понятными последствиями.

Может ли человек существовать на такой планете без скафандра? Чёрт его знает, дебаты по этому поводу пока не утихают. Но ведь и смысл научной фантастики именно в том, чтобы пытаться ответить на такие вопросы.

Планета Шелезяка. Воды нет. Полезных ископаемых нет. Населена роботами

Ну, со звёздами вроде бы разобрались. А планеты? Тут тоже беда бедой. Даже если планета лежит в обитаемой зоне, это ещё ничего не значит.

Для начала у неё должна быть приемлемая гравитация. Приемлемая — это 1±0,05g. Разумеется, речь идёт о постоянном проживании, а не сезонном.

На планетах со слишком маленькой гравитацией, как, к примеру, у Марса, человеку придётся львиную долю времени отводить на физические упражнения, а его дети будут высокими и тонкими, и с каждым поколением всё менее приспособленными к жизни на более тяжёлых и крупных планетах. Были они смуглые и золотоглазые... В конце концов при визитах на Землю им придётся передвигаться в инвалидной коляске или надевать экзоскелет. Кроме того, у таких планет большие проблемы с удержанием плотной атмосферы: на Марсе, к примеру, давление составляет всего 1 (один) процент от земного, и «чудовищные марсианские ураганы» — выдумка, хотя в условиях низкой гравитации там есть вполне реальные пыльные бури. На что будут похожи приспособившиеся люди в условиях такой маленькой планеты — страшно даже подумать, не то что писать. 

Хотя вот Кир Булычёв, например, не парился. Второй капитан у него — марсианин, и он действительно высок и худощав. Это именно то, что можно назвать художественным допущением: да, в реальности всё выглядело бы иначе. Но и книга-то совсем про другое.

Низкая плотность атмосферы создаёт другую неприятность – радиацию. Именно атмосфера вносит основной вклад в защиту от космического излучения, магнитные поля – лишь второстепенное. Нет атмосферы или она сильно разрежена – привет, Фоллаут. Поэтому лично у меня проекты по терраформированию Марса вызывают здоровый скепсис. Превратить углекислый газ в его атмосфере в кислород ещё куда ни шло, а откуда возьмутся ещё четыре квинтиллиона килограмм воздуха? Чёрт его знает.

На планетах со слишком большой гравитацией (а подавляющее большинство открытых на сегодня экзопланет гораздо больше и тяжелее Земли) возникают другие проблемы. Помимо того, что тело стало тяжелее и требует больше энергии (а значит, дети колонистов станут меньше ростом), есть другая, куда более важная проблема: тяжелее стала и кровь, которую качает сердце. А приспособлено оно к другим, более щадящим условиям, и рано или поздно надорвётся. То есть без имплантов или биологической адаптации жизнь колонистов сильно сократится. И да, в конечном итоге они тоже будут мало похожи на людей.

Пирр в «Неукротимой планете» Гарри Гаррисона обладает двойной гравитацией, но пирряне — мускулистые громилы.

Большое влияние имеет наклон оси. Если он маленький — на планете гораздо менее выражены сезонные изменения, а температурный градиент более широк. Это означает, что если планета получает от своего солнца столько же тепла, сколько Земля, то экваториальные пояса на ней более жаркие, а полюса — более холодные, чем на Земле. В отдельных случаях перепад температур может быть таким, что жить на планете получится только в умеренных широтах.

Если же наклон оси большой, как, например, у того же Пирра — сорок градусов, то колебания климата там огромные (что, собственно, и описывает Гаррисон). Тут вопрос стоит уже о том, возможна ли вообще на такое планете высокоразвитая жизнь.

Дальше – магнитное поле. Если его у планеты нет, как, например, у Марса, то… нет, от радиации колонисты не станут икс-менами. Основную долю защиты от космического излучения вносит атмосфера. Но отсутствие магнитного поля позволит солнечному ветру выдувать из неё лёгкие газы, в том числе водяной пар, что, по-видимому, в итоге приведёт к венерианскому курорту.

Короче говоря, рамки человеческого комфорта настолько узки, что вероятность встретить две пригодные для жизни планеты в одной системе потрясающе низка. У красного карлика ещё может быть (если там вообще возможна человеческая колония), а вот у более крупных звёзд планеты должны подчиняться правилу Тициуса – Боде, то есть их орбиты подчиняются определённой закономерности. Во всяком случае, зона обитаемости довольно узкая, и влезть в неё двум планетам очень сложно. 

Зато можно утверждать наверняка, что при подходящих условиях на планете почти наверняка есть жизнь и, как следствие, биосфера. Каждое новое открытие в области абиогенеза снова и снова показывает, что зарождение жизни – процесс отнюдь не случайный, а закономерный. На каком уровне будет находиться эта жизнь – вопрос уже куда более сложный. Если встретить архей и простейших можно почти наверняка, трилобитов-динозавров - возможно, то существование хомо сапиенс занимает крошечный период истории Земли, а существование цивилизации и того меньше. Какова вероятность, что вы наткнётесь на планету, где успела развиться разумная жизнь? Очень маленькая. 

Однако в целом ничто не мешает жизни развиться и при 1,5g, например. Человеку на этой планете будет находиться неприятно, это верно, а вот местные эволюционировали и приспосабливались именно к таким условиям. Какими они будут – сложный вопрос. Но будут наверняка.

Из хороших новостей – планет в обитаемой зоне обнаружено немало. Из плохих – подобных Земле среди них мизер. Однако надо понимать, что нынешние методы обнаружения экзопланет не слишком эффективны. Единственный из них, обеспечивающий высокую достоверность – это транзитный метод, то есть наблюдение за изменением яркости звезды при прохождении планеты по её диску. Несложно догадаться, что если орбита планеты находится под большим углом и не пересекает для земного наблюдателя диск планеты, обнаружить её так не получится.

Однако и таким способом экзопланет нашли уже сотни. Если вспомнить про ошибку выжившего – почти наверняка в космосе полно планет, подобных Земле, и многие из них не менее наверняка лежат в обитаемых зонах.

При этом главные кандидаты на наличие жизнепригодных планет – звёзды классов G и K – составляют меньше 10% от общего количества. Что? Парадокс Ферми? После всего вышеописанного представляется странным, что в него вообще кто-то верит. Для тех, кто незнаком с понятием: парадокс Ферми — это, в двух словах, вопрос «а где инопланетяне, чёрт побери?». Если даже предположить, что сверхсветовое перемещение возможно, можно смело сказать, что вряд ли космос кишит цивилизациями, как в каждой уважающей себя 4Х-стратегии. Скорее всего, он попросту пустой.

Ну и на закуску вот вам имена ближайших звёзд и планет.