обширными океанами и сушей на поверхности. При тех технических возможностях, какими мы сейчас располагаем, каменная сверхземля с тонкой атмосферой, водная сверхземля с ледяным слоем или без такового и похожая на Нептун планета с толстой внешней газовой оболочкой практически неразличимы. Но, так как мы здесь интересуемся возможностью жизни на экзопланетах, мы в этой главе сосредоточим наше внимание на тех типах сверхземель, на которых могла бы существовать жизнь.

Мы начнем с того, что попытаемся ответить на прозвучавший выше вопрос: если планеты такого типа настолько распространены в других планетных системах, почему в нашей их нет вовсе?

Здесь может быть несколько разных ответов. Один из них очень прост: существуют системы, в которых нет сверхземель, и так вышло, что наша Солнечная система – одна из них. Еще один вариант ответа: возьмем компьютерные модели, описывающие образование Солнечной системы, и попробуем разыскать в них процессы, в ходе которых из системы выбрасываются все сверхземли. В некоторых моделях, например, планеты‐гиганты выталкивают сверхземли к Солнцу. В других гравитационное противостояние, происходившее в эпоху формирования планет, просто выбросило все сверхземли из Солнечной системы, превратив их в планеты‐бродяги, о которых мы рассказывали в предыдущей главе. Однако, какой бы ни была причина – образовались они и были разрушены или никогда и не возникали, – сейчас в Солнечной системе сверхземель нет.

Эта ситуация все еще не нарушает принцип Коперника. В нашей планетной системе действуют те же законы, что и повсюду, но во времена зарождения нашей системы произошло что‐то, что привело к сценарию развития, отличному от тех, которые реализовались в других системах. Возможно, распределение массы протопланетного облака нашей системы немного отличалось от других; возможно, в ходе формирования планет прошедшая мимо звезда привела в движение газ и пыль в туманности. Но так или иначе, а сверхземли, которую можно было бы изучить, поблизости не имеется.

Сверхсильная гравитация

То, что в Солнечной системе нет сверхземли, не значит, что мы не можем составить представление об условиях, которые существовали бы на такой планете. Начнем с наиболее очевидного различия между сверхземлей и нашей Землей: с силы тяжести. Согласно закону всемирного тяготения Ньютона, гравитационная сила, свойственная любому телу, пропорциональна его массе. Если удвоить массу планеты, сохранив ее размеры, сила притяжения на ее поверхности удвоится. Тот же закон говорит и о том, что сила гравитации падает соответственно квадрату расстояния – и если удвоить радиус планеты, не меняя ее массы, гравитационная сила на ее поверхности будет равна четверти прежней.

Эти две характеристики определяют силу тяготения на поверхности любой планеты. Например, сейчас со стороны Земли на вас действует сила тяжести, направленная вниз, – вот почему вы не улетаете с поверхности Земли в космическое пространство. Величина этой силы зависит от массы Земли и вашего расстояния от центра планеты (т. е., от радиуса Земли). По сути, одним из наиболее примечательных следствий ньютоновского закона всемирного тяготения стало то, что, если подставить в него значения массы и радиуса Земли, вы получите стандартную величину ускорения (9,8 м/с2), с которым любой предмет падает с высоты на земную поверхность.

Таким образом, вычислить силу тяготения на поверхности гипотетической планеты можно простым применением закона Ньютона. Рассмотрим, например, сверхземлю, в восемь раз более массивную, чем Земля, но имеющую ту же плотность. Ее радиус в этом случае будет вдвое больше, чем у Земли. Следовательно, при определении силы гравитации на поверхности планеты нам предстоит учесть два противонаправленных фактора: увеличение массы увеличивает силу притяжения планеты, в то время как увеличение радиуса ее уменьшает. В результате окажется, что вы будете весить на этой планете вдвое больше, чем весили на Земле.

На реальной сверхземле ситуация, вероятно, была бы несколько сложнее. Возросшая сила гравитации, скорее всего, сжала бы вещество, из которого состоит тело планеты, так что ее радиус превышал бы радиус Земли не вдвое, а несколько меньше. Это, в свою очередь, привело бы к возрастанию гравитации на поверхности планеты, а значит, и вашего веса.

Большая сила тяжести повлияла бы и на состав атмосферы сверхземли – например, затруднила бы гравитационную диссипацию, о которой мы говорили, когда обсуждали условия на планетах из зоны обитаемости в главе 9. А значит, атмосфера сверхземли сохранила бы легкие газы, такие как гелий и водород, которые атмосфера Земли утратила.

Вдобавок возросшая сила гравитации увеличила бы давление в атмосфере и океанах планеты. Проще всего это увидеть, если вернуться к примеру, который мы рассматривали в главе 8, когда говорили о воздушном столбе с основанием в 1 квадратный дюйм (около 6 см2), протянувшемся от вашей ладони до границы атмосферы. Давление на квадратный дюйм вашей ладони равно весу воды и воздуха в таком столбе. Значит, если на сверхземле масса воздуха и воды в атмосфере примерно такая же, как на Земле, где давление этого столба составляет 6,5 кг, то давление на 1 квадратный дюйм вашей ладони составит здесь около 14 кг. А это, в свою очередь, значит, что то, что мы в главе 8 называли «пределом льда Х», на сверхземлях будет иметь место в гораздо более мелких океанах, чем это происходило на нашей Нептунии.

Жизнь и выход на сушу

Рассмотрим для примера сверхземлю в восемь раз массивнее Земли, но с такой же, как у Земли, плотностью – вроде той планеты, о которой мы говорили в предыдущем разделе. Предположим, что она находится в зоне обитания своей звезды и что на ее поверхности есть водные океаны. Назовем эту планету Громадиной.

В целом ничто не препятствует тем же процессам, которые привели к зарождению жизни на Земле, повториться и на Громадине. Жизнь здесь могла бы возникнуть в «первичном бульоне» или вокруг океанических гидротермальных источников, а затем мигрировать на океанскую поверхность. Фотосинтезирующие организмы могли бы заполнить атмосферу кислородом, и в океанах бы расцвела буйная многоклеточная жизнь. И огромная сила тяжести на Громадине не повлияла бы серьезно ни на один из этих процессов.

Но все резко изменилось бы, как только жизнь двинулась на сушу. И чтобы понять, почему, нам придется вернуться в Древнюю Грецию. Архимед из Сиракуз (умерший в 212 году до н. э.) был, насколько нам известно, первым человеком, открывшим принцип плавучести. Представьте себе куб на поверхности океана, в котором содержится некоторый объем воды. Вода в кубе имеет определенный вес, и этот вес в точности уравновешивается направленным вверх давлением океана на нижнюю грань куба. Это давление и называется силой плавучести или архимедовой силой.

Если мы заменим куб с водой кубом, содержащим какое‐либо другое вещество, то у нас будет два возможных варианта развития событий: новый куб весит либо больше, чем старый, либо меньше. Если