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

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 он весит больше, архимедова сила не сможет уравновесить гравитационную силу, воздействующую на это вещество, и куб утонет. Если же новое вещество весит меньше, чем вода, которую оно заместило, архимедова сила будет больше гравитационной и куб продолжит плавать по поверхности океана.

Заметим, что здесь имеет значение количество вытесненной воды – или, в нашем примере, объем куба. Вот почему стальное судно будет плавать, а стальной брусок, внутри которого нет воздуха, утонет: судно вытесняет объем воды, равный объему и корпуса судна, и воздуха внутри него, а воздух весит значительно меньше воды.

Когда живой организм, простейший или многоклеточный, находится в океане, его всегда поддерживает архимедова сила, так как физические тела всегда вытесняют определенное количество воды. Однако когда жизнь выходит на сушу, все меняется: живые существа, оставшись без поддержки архимедовой силы, вынуждены искать способы борьбы против гравитации.