Воображаемая жизнь. Путешествие в поисках разумных инопланетян, ледяных существ и супергравитационных животных

Смотрите: как и все звезды своего класса, наше Солнце на протяжении 4,5 миллиардов лет, прошедших с момента его образования, становится все ярче и ярче. Когда на Земле около 4 миллиардов лет тому назад появились океаны, Солнце было примерно на 30 процентов тусклее, чем сейчас, – поэтому, чтобы океаны не замерзли, планете необходимо было удерживать и сохранять гораздо больше поступающей на ее поверхность солнечной энергии. С течением времени Солнце становилось все горячее и нагревало Землю все сильнее. Менялся и состав земной атмосферы – на температуру планеты начал влиять парниковый эффект. (Напомним, что так называемые парниковые газы поглощают инфракрасное излучение, пытающееся достигнуть поверхности планеты, а затем излучают его повторно, а поскольку часть этой энергии направляется вниз, планета постепенно нагревается.) И все же, несмотря на все вышеперечисленное, на всем протяжении истории Земли океаны остаются всего на несколько градусов теплее точки замерзания – не слишком холодными и не слишком горячими.

Возьмем один из множества примеров изменений в атмосфере. Мы знаем, что 3,5 миллиарда лет назад океаны Земли кишели колониями цианобактерий: того, что мы сейчас называем тиной. В те времена свободного кислорода в атмосфере практически не было, но цианобактерии выделяли кислород как побочный продукт фотосинтеза (точно так же, как нынешние растения). Сначала весь или почти весь кислород расходовался в ходе химических реакций, например, окисления или образования ржавчины на поверхности земной коры, но примерно 2,5 миллиарда лет назад его количество резко выросло – ученые называют это событие Великой кислородной катастрофой. Считается, что в ту эпоху множество обитателей нашей планеты, бывших на тот момент преимущественно анаэробными, погибло, задохнувшись выделенным ими же кислородом. Однако малая часть живых организмов сумела адаптироваться – они научились использовать кислород для дыхания и таким образом стали первыми предками людей и всех остальных животных, освоившими этот навык.

Заметим, что именно в это время на Земле образовались многие из крупнейших современных месторождений железа, например хребет Месаби в Миннесоте, – в изобилии высвободившийся кислород соединялся с железом, растворенным в воде океанов, а продукты окисления оседали на океанское дно, образуя богатые железом слои осадочных пород. Таким образом, вполне возможно, что металл, из которого сделан ваш автомобиль, образовался как раз во времена Великой кислородной катастрофы.

В 1978 году астрофизик Майкл Харт, на тот момент сотрудник университета Тринити в Техасе, опубликовал результаты компьютерного моделирования истории земной атмосферы. В его модели слабый приток тепла от юного Солнца усиливался парниковым эффектом, который создавали присутствовавшие атмосфере аммиак и метан (они, наряду с хорошо известным нам углекислым газом CO₂, относятся к парниковым газам). Когда Солнце стало ярче, кислород, вырабатываемый живыми организмами, начал разрушать эти компоненты атмосферы, ослабляя парниковый эффект и тем самым компенсируя возросшую интенсивность солнечного излучения. В результате постепенно сформировалась наша сегодняшняя атмосфера, в которой парниковый эффект создает сочетание углекислого газа с водяным паром. В сущности, Земля прошла по тончайшей грани между возникновением неуправляемого парникового эффекта и окончательным оледенением.

Однако, с нашей точки зрения, наиболее интересная часть вычислений Харта – исследование того, что происходило бы с Землей, если бы она располагалась на другом расстоянии от Солнца. Согласно его модели, будь Земля на всего 1 процент дальше от Солнца или на 5 процентов ближе к нему, и хрупкое равновесие, которое позволило океанам пребывать в жидком состоянии, было бы нарушено. Таким образом, исследования развития и изменения атмосферы нашей планеты привели к пониманию того, что вокруг каждой звезды существует зона, внутри которой океаны на поверхности планеты могут пребывать в жидком состоянии на протяжении миллиардов лет. Эта полоса называется околозвездной зоной обитания (ОЗО) или обитаемой зоной. Идея о существовании обитаемой зоны стала одной из отправных точек в рассуждениях ученых о возможности жизни на экзопланетах.

Околозвездная зона обитания и собственно обитаемость