Орбитальный телескоп Кеплер уже обнаружил около 3000 кандидатов в экзопланеты, и если перенести на далекие миры свойства Солнечной системы, то число спутников планет около них должно исчисляться десятками тысяч. Число лун, хотя бы отдаленно пригодных для жизни, может оказаться примерно равным общему числу планет. Фактически, за счет вклада множества факторов, в одной планетарной системе может уместиться больше потенциально обитаемых лун, нежели планет. Скорее всего, в благоприятном месте в зоне обитания уместится орбита только одной планеты. А вот спутники планет за счет наличия дополнительных источников энергии могут быть обитаемы дальше, а могут и внутри классической зоны обитания – если таких источников нет. Так, основной источник энергии луны, помимо излучения звезды – приливные силы ее планеты. Если луна обращается вокруг небольшой планеты, вклад приливных сил невелик, и луна окажется обитаемой там же, где и планеты. А около газового гиганта луне лучше находится подальше от звезды. Другие факторы, влияющие на обитаемость луны – отраженное планетой излучение, собственное тепловое излучение планеты, периодический уход в тень.
Влияние различных факторов на обитаемость далеких лун обсуждается в серии статей Рене Геллера, сотрудника Института астрофизики им. Лейбница и Рори Барнса, сотрудника Университета Вашингтона. Они предложили идею зоны обитания вокруг планеты по аналогии с зоной обитания вокруг звезды, просто на меньшем масштабе и для меньшего тела. Определение такой зоны сложнее, так как она не зависит практически исключительно от излучения центрального тела и расстояния до него. Снизу, однако, зону обитания для луны можно указать за счет довольно точного знания энергии, необходимой для глобального парникового эффекта, как на Венере (конечно, нужно знать массу планеты). Излишнее испарение воды из океанов может увеличивать количество парникового газа в атмосфере, в конце концов иссушая луну, вся вода которой испаряется и затем разрушается под действием излучения звезды. Легкие атомы водорода теряются в космос, и на луне не остается даже материала для образования новых молекул воды.
В случае луны необходимо принять во внимание излучение звезды (зачастую главный и хорошо понятный источник), затем – гравитационное поле планеты (также хорошо известное за счет изучения орбиты планеты и ее влияния на звезду), но небольшое влияние остальных факторов может оказаться последним, решающим, попади луна на границу зоны обитания. Для планет эти факторы несущественны – энергия, получаемая Землей от Луны в виде отраженного солнечного света и приливов не играет никакой роли в энергетическом балансе планеты. Однако Земля на лунном небе сияет в 50 раз ярче, чем Луна на земном. Кроме оптической составляющей, присутствует инфракрасная – переизлучение накопленной тепловой энергии. Если на место Земли поместить газовый гигант – например, Юпитер, а на место Луны очень близкий к планете спутник – например, Ио, то он будет получать от планеты в виде излучения около 7 ватт на квадратный метр. Земля же получает 240 от самого Солнца. Заметный вклад!
Обратный эффект достигается при затмении звезды планетой. Для очень близкого спутника общая потеря энергии из-за периодического захода в тень может составить более 6%. Однако большее значение имеет не общая потеря, а особенности, вызываемые периодическим потемнением. Большая часть лун захвачена приливными силами, поэтому одна их часть постоянно обращена к планете – именно она и будет подвергаться затмениям. Это может создать сложную структуру воздушных потоков, а живые организмы, кроме частых резких перепадов температуры, должны быть приспособлены к быстрым и нерегулярным сменам дня и ночи. В целом же луне придется быть немного ближе к звезде, чтобы компенсировать потери энергии. Это приведет к усилению гравитационного воздействия звезды, возмущающего орбиту спутника планеты. Возмущение, скорее всего, вызовет увеличение эксцентриситета орбиты. Двигаясь по орбите с заметно переменным расстоянием от притягивающего тела, луна подвергнется более сильному приливному воздействию. Это может либо сделать довольно близкий к планете спутник необитаемым (Ио, например, испещрена вулканами), а далекий, напротив, утеплить достаточно для зарождения и поддержания жизни.
Жонглируя расстояниями между луной и планетой и между этой парой и звездой, надо принять во внимание еще один фактор. Если система планета-луна приближается к звезде (чтобы нивелировать потери энергии при затмениях), то луне нужно приближаться к планете. В противном случае она может оказаться в сфере влияния звезды, а не планеты. Таким образом, чем ближе пара к звезде, тем меньше свобода выбора высоты обиты луны. Этот фактор особенно важен для карликов – маленьких, тусклых звезд. К ним надо быть поближе, иначе не хватит никакого тепла. Для красного карлика размер обычной зоны обитания составляет всего треть высоты орбиты Меркурия. Но масса такой звезды хоть и меньше, чем у Солнца, на в меньшее число раз, нежели получаемая планетами и лунами энергия. Из-за этого все спутники планет обращаются по очень низким орбитам и шансы найти среди них обитаемый очень малы. Если же масса звезды в пять раз меньше солнечной, то ее излучение так слабо, что внутри зоны обитания все спутники должны быть слишком близко к планетам – мощные приливные силы сделают их вулканическими мирами.
Лишние ограничения накладываются на свойства луны и ее орбиты, если мы хотим найти на ней не только простейшие формы жизни. Европа и Энцелад, например, с их подледным океаном, могут содержать такую жизнь. Однако для развития разумной жизни недостаточно подледного океана – вода должна быть на поверхности. Сама поверхность при этом должна быть защищена магнитным полем, спасающим от космического излучения, выбросов звезды и частиц, движущихся в магнитном поле планеты, если это газовый гигант. Толстая атмосфера также необходима. Для этого нужен крупный объект, чья масса способна удержать атмосферу, а жидкая мантия создать магнитное поле. В Солнечной системе крупнейшая луна Ганимед имеет лишь 2.5% земной массы, тогда как для обитаемой луны ее масса должна быть сравнима с земной. Такая крупная луна может быть обнаружена телескопом Кеплер также, как и планета.
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
