Спилбергу на заметку: какой была бы Солнечная система, если…
Мы живем на крошечной зеленой планетке с единственной луной, вращающейся вокруг желтой звезды с несколькими менее приветливыми камнями поблизости и еще менее приветливыми газообразными шарами чуть поодаль, которые назвали в честь всяких мифических божеств. Исследуя все более удаленные регионы космоса, мы безнадежно пытаемся найти другие звездные системы, которые могли бы вмещать приятные для жизни миры. Высоко оценивая эти попытки и понимая, как нам повезло жить в нашей системе, мы, между делом, можем исследовать прочие возможные и безумные сценарии о том, насколько другой могла бы быть наша Солнечная система. Современным режиссерам на заметку. Что...
если бы Марс не потерял свое магнитное поле
Когда-то у Марса была многообещающая атмосфера, когда была теплой, влажной и полной диоксида углерода. Она исчезла, когда Красная планета потеряла свое магнитное поле порядка 3,6 миллиарда лет назад, позволив Солнцу безнаказанно уносить солнечным ветром атмосферу. По космическим меркам, произошло это довольно быстро - большая часть атмосферы исчезла за пару сотен миллионов лет после отключения магнитного поля. Сегодня атмосфера Марса составляет примерно 1% земной атмосферы на уровне моря, и солнечные ветры продолжают пожирать ее со скоростью порядка 100 граммов в секунду.
Мы знаем, что когда-то у этой планеты было магнитное поле, поскольку на ее поверхности по-прежнему существуют намагниченные породы. Некоторые считают, что магнитное поле было потеряно вследствие тяжелой бомбардировки астероидами, которые нарушили тепловой поток внутри Марса, вырабатывающий магнитное поле. Если бы этого не случилось, Марс сохранил бы свои примитивные океаны и, возможно, был бы еще одним источником жизни в нашей Солнечной системе.
Другая теория предполагает, что старое магнитное поле могло покрывать лишь половину планеты, тем самым ставя под вопрос ее долгосрочную жизнеспособность. Понимание состава внутреннего ядра Марса поможет ответить на этот вопрос. На Земле, вокруг горячего и более твердого ядра, удерживающего наше защитное магнитное поле на месте, течет жидкое железо. Если у Марса было лишь расплавленное ядро, это могло бы объяснить потерю.
если бы у Земли не было Луны
Считается, что порядка 4,5 миллиарда лет назад планетарный эмбрион размером с Марс (под названием Тейя) врезался в Землю, выбросив из нее достаточно вещества, чтобы образовалась наша Луна. Приливные эффекты Луны могли повлиять на ранний вулканизм и увеличить число упавших метеоритов, уничтоживших раннюю жизнь. Однако некоторые считают, что жизнь впервые появилась у глубоководных гидротермальных источников в процессе, на который могли положительно повлиять именно приливные течения.
Быстрые лунные приливы, когда Луна была ближе к Земле, могли создать мелкие соленые моря, в которых фрагменты протонуклеиновых кислот связывались при слабых потоках и распадались при сильных, в конечном счете приведя к возникновению ДНК. По мнению палеобиолога Брюса Либермана, «в конечном итоге жизнь могла бы образоваться и без приливов. Но родословная, которая привела к появлению человека, уходит корнями именно в приливы».
Вполне вероятно, что приливные течения помогли в транспортировке тепла от экватора к полюсам, из чего следует, что без Луны ледниковые периоды были бы менее серьезными и уменьшили эволюционное давление на жизнь. Если бы жизнь развивалась на Земле без Луны, она бы, вероятно, проходила через меньшее число изменений со временем и пришла к меньшему разнообразию. Длина дня также отличалась бы без Луны, которая помогла замедлить вращение Земли с шести до двадцати четырех часов, а также стабилизировала наклон Земли и, следовательно, времена года. Любая жизнь, развивающаяся на безлунном мире, столкнулась бы с чрезвычайно короткими днями и ночами и, вероятно, более серьезными климатическими сдвигами.
В отсутствие Луны, жизнеформы потеряли бы лунный свет, который помогает им оставаться активными ночью, влияет на ночных хищников и поощряет развитие ночного зрения. Культурная жизнь любого разумного вида осталась бы без влияния Луны.
если бы у Земли были кольца
После столкновения с нестабильной планетой Тейя, Земля ненадолго обзавелась кольцами, которые в конечном итоге слились в Луну. Это произошло потому, что обломки лежали за пределом Роша, в котором гравитационные силы разрывают на части любой зарождающийся естественный спутник. Если бы небольшая луна или спутник оказался слишком близко к гравитационной тяге Земли, его бы разорвало с последующим образованием постоянного кольца.
У Сатурна есть кольца из льда, которые вряд ли продержались бы долго, окажись они так же близко к Солнцу, как мы, но теоретически кольца из камня могли бы сохраниться, хотя и отличались бы от колец Сатурна. Эффект был бы очевиден, поскольку тень, отбрасываемая кольцами, привела бы к холодным зимам и снижению солнечного света в обоих полушариях. Если бы в таких условиях образовалась разумная жизнь, кольца помешали бы развитию наземной оптической астрономии. Они также существенно усложнили бы космические полеты и работу спутников из-за космического мусора.
Такие кольца выглядели бы по-разному в зависимости от региона Земли, из которого на них смотрели - тонкая линия в небе над Перу, мощная дуга на полнеба в Гватемале, 180-градусные атмосферные часы в Полинезии и вездесущее свечение на горизонте в Аляске. Можно лишь догадываться о том, как древние народы мира включили бы эти поразительные виды в свои мифологии и космологии.
если бы Юпитер был звездой
Крупнейшая планета в Солнечной системе, по мнению некоторых, должна была стать звездой, коричневым карликом, но ей немного не хватило массы. (Другие считают, что для этого Юпитеру нужно было быть в тринадцать раз больше). Случись Юпитеру стать звездой, он был бы тусклым и далеким, чуть ярче Венеры. Такая звезда не вырабатывала бы достаточно света или тепла и находилась бы в пять раз дальше от Земли, чем Солнце, так что (к счастью) не повлияла бы на развитие жизни на Земле.
Превратить Юпитер в звезду не так-то и просто, сложнее, чем просто поджечь планету. Поскольку Юпитер состоит по большей части из водорода, чтобы его поджечь, придется накрыть его кислородом объемом в половину Юпитера: в результате получится вода. Но нам ведь нужна звезда, а не большая горелка. Чтобы запустить синтез, как у Солнца, нужно больше водорода. Потребуется еще 13 юпитеров для коричневого карлика, 79 - для красного карлика, и в 1000 раз больше юпитеров для звезды размером с Солнце.
Впрочем, моделирование показало, что увеличение размера Юпитера до солнечного вызовет хаос в Солнечной системе. Спутники внешних планет слетят с орбит в разных направлениях, а пояс астероидов будет полностью уничтожен. И хотя Меркурий с Венерой останутся почти нетронутыми, Земля в конечном итоге врежется в другую планету или выйдет на орбиту ближе к Солнцу.
если бы Земля вращалась в другую сторону
Самым очевидным эффектом вращения Земли в обратную сторону будет Солнце, встающее на западе и заходящее на востоке, но это еще не все. По мнению астрофизика Пенсильванского университета Кевина Люмана, «Земля вращается так, потому что была так рождена. Когда Солнце было новорожденной звездой, вокруг нее была целая куча газа и пыли, вращающаяся в крупной дискообразной структуре». Единственная планета, которая вращается в обратную сторону, это Венера, и произошло это, вероятнее всего, из-за столкновения миллиарды лет назад. Повторение такого процесса с Землей, вероятно, исключит каких-либо наблюдателей на долгие лета.
Даже если это произойдет по воле магии или инопланетян, последствия будут весьма серьезными. Полностью изменится эффект Кориолиса, определяющий, как вращение Земли передается на поведение ветра. Пассаты будут обращены в другую сторону, что приведет к изменению климата во многих регионах. Особенно это затронет Европу, когда теплые ветры, дующие через Атлантику из Мексиканского залива, сменятся сибирским холодом, веющим с востока.
В других же местах Земли изменение вращения может сказаться более благоприятно. В Северной Африке вырастет число осадков, а количество речной воды, заходящей в Средиземном море, практически превратит его в пресноводное озеро. Теплый воздух направится в северную часть Тихого океана и южную Атлантику, сделав Аляску, дальневосточную Россию и часть Антарктиды более привлекательными для жизни.
если бы мы поменялись местами с Марсом
Если переставить местами Землю и Марс, эффекты будут весьма интересны: марсианские температуры вырастут, полярные шапки расплавятся, из почвы высвободятся газы, а климат станет почти таким же теплым, как сейчас на Земле. Земля, с другой стороны, станет намного холоднее. Больше проблем приведет дестабилизация внутренней Солнечной системы вследствие эффекта, который орбиты планет оказывают друг на друга.
Физик-планетолог Рену Малхотра из Университета Аризоны провела моделирование, которое показало серьезную дестабилизацию планетарных орбит. Она попыталась проигнорировать результаты Меркурия, но все привело к тому, что Марс будет выброшен из Солнечной системы. Другое моделирование показало, что Земля и Марс обзаведутся нестабильными орбитами из-за влияния Юпитера. Это говорит о том, что орбитальная ситуация внутренней Солнечной системы скорее неустойчивая, что ставит под вопрос предложения некоторых футурологов подвинуть Марс ближе к Солнцу.
Что примечательно, если бы такая орбитальная механика работала, Земля прекрасно обменялась бы местами с Венерой. Исследование показало, что Земля или планета земного типа могла бы быть потенциально обитаемой на орбите Венеры, положение которой обычно оценивается чуть ближе к Солнцу, чем нужно для жизни. Несмотря на удвоенную радиацию Солнца, облачный покров удерживал бы температуру поверхности в пределах приемлемого.
если бы мы жили в центре или на краю галактики
Кажется, мы живем в довольно скучном секторе Млечного Пути, вдали от шума и суеты галактического центра. Если бы мы были в центре галактики, ночное небо было бы значительно ярче, с кучей ярких (как Венера) звездочек, ведь звезды в ядре разделены несколькими световыми неделями, а не годами. Плотность звезд около центра составляет 10 миллионов звезд на кубический парсек, по сравнению с 0,2 в нашем тусклом сегменте. Еще там много сверхновых и сверхмассивная черная дыра поблизости, но что поделать, городская жизнь - она такая.
Между тем, если бы мы были ближе к краю Млечного Пути, едва ли что-то изменилось бы, если бы жизнь вообще возникла. Звездные системы на краю галактик имеют более низкий уровень металличности, то есть имеют меньше элементов тяжелее водорода и гелия. Снижение уровня металлических элементов означает, что газовые гиганты вроде Юпитера, которые медленно собираются вокруг твердых ядер, будут появляться меньше. Поскольку газовые гиганты не будут принимать на себя удар, твердые миры будут более уязвимыми к ударам комет. К тому же ночное небо Земли на краю галактики будет скучноватым и пустым.
Жизнь в пригороде может иметь и положительные моменты. Некоторые считают, что условия для жизни укладываются в ряд ключевых условий, которые соблюдаются лишь в относительно узком диапазоне, известном как галактическая обитаемая зона. В 2001 году Гильермо Гонсалес заявил, что частые сверхновые и высокие уровни радиации, присущие галактическому центру, препятствуют возникновению жизни. Последние исследования говорят, что этот аргумент довольно скептичен, поскольку частые стерилизации за счет сверхновых будут уравновешены большими шансами на развитие жизни.
если бы солнца было два
В 2011 году астрономы наблюдали первую известную планету в двойной звездной системе, также известную как планета с кратной орбитой, под названием Kepler-16b. Алана Босса, астрофизики из Научного института Карнеги, спросили, как бы выглядела Земля в таких условиях. Он сказал: «Слегка холодноватой. Хотя она ближе к своим звездам, чем Земля к своей, эти звезды не так ярки, поэтому температура на планете будет всего -73 градуса по Цельсию. Если заменить наше Солнце этими звездами, у нас было бы еще холоднее, поскольку мы дальше от Солнца, чем этот Татуин».
Конечно, не все бинарные системы одинаковы, и некоторые ситуации лучше подойдут для развития жизни. Исследования, представленные на 223-м заседании Американского астрономического общества в 2014 году, показали, что некоторые бинарные звездные системы могут быть более благоприятными для развития жизни, чем унитарные звездные системы. Парные звезды, вращение которых было синхронизировано, будут уменьшать солнечную радиацию друг друга и звездные ветры, которые зачастую очищают планеты и луны от атмосфер.
Исследование астрофизика Пола Мейсона показало, что звезды, вращающиеся между собой за 10-60 земных дней, будут оказывать приливные силы, снижающие вращение и уменьшающие звездные ветры, что может потенциально расширить диапазон потенциально обитаемых зон системы благодаря сочетанию света двух звезд вместо одной. Мейсон допустил, что имея два солнца, Венера могла бы сохранить свою воду, а Земля была бы более влажным миром.
если бы Солнце исчезло
Несмотря на опасения древних, Солнце не собирается внезапно потухнуть, и такой сценарий физически невозможен, насколько нам известно. Но если бы это и произошло, Земля бы не замерзла мгновенно. Если мы останемся на орбите остывшего и мертвого окурка некогда любимой звезды, температура упадет ниже -17 градусов по Цельсию за неделю, и до -73 градусов за год. Без фотосинтеза жизнь растений быстро увянет, равно как и вся остальная жизнь по мере промерзания океанов.
Верхние слои льда изолируют глубокие воды и предотвратят замерзание океанов на сотни тысяч лет, поэтому некоторые океанические и геотермальные формы жизни могут выжить. Жутко, но деревья простоят еще несколько десятилетий, благодаря медленному метаболизму и запасам сахара. Лучшими местами для выживания людей станут атомные подлодки или, возможно, жилища, построенные в таких странах, как Исландия, богатых геотермальной энергией.
Если не считать смерти от холода, некоторые плюсы у жизни в мире без Солнца все же имеются. Будет снижен риск солнечных вспышек, улучшена спутниковая связь и условия для работы астрономов.
Но вообще, конечно, лучше было бы с Солнцем. Если даже убрать Солнце всего на секунду, без гравитации Солнца все объекты в Солнечной системы вместо круговой орбиты пойдут по прямой. Секундой спустя, когда Солнце вернется обратно, все, начиная газовыми гигантами и заканчивая космической пылью, будет на новых орбитах, некоторые из которых окажутся нестабильными. Также на секунду исчезнет гелиосфера, защищающая Солнечную систему от внесолнечной радиации. Секунда без щитов позволит проникнуть мерзкой радиации извне, что приведет к появлению полярных сияний по всему миру, нарушит работу спутников и электросетей или, возможно, стерилизует Землю.
если Земля встретится с черной дырой
Почти каждый любопытный ребенок в этой Вселенной задумывался об эффектах, которые могла бы оказать черная дыра на Землю, ну или хотя бы на людей, живущих здесь. Фрэнк Хейл из Стэнфордского университета предположил, что могло бы случиться, если бы черная дыра размером с монету, которая будет иметь приблизительно ту же массу, что и Земля, оказалась в центре планеты. Не то чтобы Землю засосало космическим пылесосом, но определенный переполох все же будет.
Вещество, падающее в черную дыру, станет чрезвычайно горячим, в результате чего излучение и давление вытолкнет внешние слои вещества и вызовет впечатляющий взрыв, выстреливший с Земли как перегретая плазма. Сохранение импульса обеспечит то, что масса Земли будет вращаться быстрее вокруг черной дыры и создавать диск аккреции, который ограничит скорость, с которой будет поглощаться земная масса. Земля превратится в быстро вращающиеся руины, но пройдет некоторое время, прежде чем ее употребят в пищу.
Черная дыра поменьше скажется не так плохо. Считается, что Вселенная изобилует первичными черными дырами с массой, эквивалентной небольшой горе. Эти черные дыры скрываются внутри газовых гигантов и приводят к рождению преждевременных сверхновых. Если такая черная дыра врежется в Землю на высокой скорости, она может просто пролететь насквозь. Такое столкновение приведет к выбросу энергии, эквивалентной взрыву тонны тротила, но вытянется по всей длине пути, так что вряд ли кто-то заметит. Впрочем, прохождение такой черной дыры через Землю оставит после себя «длинную трубу сильно поврежденного радиацией материала, который будет оставаться узнаваемым в течение геологического времени».
Все было бы мрачнее, если бы Солнечная система столкнулась со сверхмассивной черной дырой с массой, в миллион раз превышающей массу Солнца, возможно, выброшенной гравитацией двух сталкивающихся галактик. Астроном Кристофер Спрингоб считает, что мы заподозрили бы неладное, когда черная дыра подошла бы на 1000 световых лет к Солнечной системе. После этого у нас осталось бы всего несколько тысяч лет, чтобы подготовиться к ее прибытию, после которого эта черная дыра существенно нарушит орбиты планет и закусит звездной системой. Когда черная дыра будет в пределах светового года, ее гравитация разорвет мир на части, так что Земля будет хорошо пережевана перед финальным проглатыванием.
Или нет. Самир Матур из Университета штата Огайо считает, что имеет математическое доказательство того, что мы можем даже не заметить, что нас поедает черная дыра. Но об этом в другой раз.
