Кто вы?

Отсюда коренной вопрос нашей проблемы: «У многих ли из наблюдаемых звезд имеются планеты?»

Слабая светимость и малые размеры планет почти полностью исключают при современном уровне техники прямое их наблюдение. Речь идет, конечно, не о планетах солнечной системы. Однако имеется несколько косвенных путей обнаружения планет. Один из них связан с так называемыми двойными звездами.

Двойная звезда — это две связанные в единую систему звезды, вращающиеся вокруг общего центра масс. Если бы Земля оказалась планетой такой системы, у нас было бы два Солнца! И возможно, человек не знал бы, что такое сон и что значит видеть золотые сны…

Очень образно обрисовал двойные звезды наш известный астроном Б. А. Воронцов-Вельяминов, школьным учебником которого я так плохо (да и многие из читателей, наверное, тоже) воспользовался в свое время: «Среди них мы встречаем такие пары, которые напоминают двух близнецов, настолько составляющие их звезды похожи во всем друг на друга. Встречаются пары звезд, похожие и на карикатуру, где неразлучны между собой слон и моська. Обычно в таких случаях слон — огромная, яркая, но холодная и красная звезда, а моська — его спутник — маленькая, слабенькая, но горячая и голубоватая.

Представьте себе, что мы — жители планеты, которая обращается вокруг одной из таких звезд. Какие изумительные картины разворачиваются там на небе! Из-за горизонта встает, например, красный громадный круг солнца, в сотни раз больший видимого поперечника нашего. За ним встает маленькое голубоватое солнце и постепенно исчезает за массивной спиной своего патрона, чтобы потом снова из-за нее вынырнуть. Или же там настает день, залитый красным светом, как у нас на закате солнца, а вместо ночи затем наступает голубой день. Может быть, иногда голубое солнце проходит перед красным и сияет, как голубой бенгальский огонь на красном фоне».

Двойные звезды являются нередким явлением и составляют более половины видимых звезд.

Двигаясь по сложным орбитам, они то сближаются, то удаляются. Это позволяет, наблюдая их, измерять со сравнительно высокой точностью аномалии в их движении, которые могут быть вызваны невидимыми нам планетами этих звезд. Так была открыта, например, планета в двойной звезде 61 Лебедя с массой М = 0,01. Позднее были обнаружены планеты еще у 11 двойных звезд. Изучение двойных звезд и планет утвердило точку зрения, что нет, по-видимому, принципиального различия в происхождении двойных звезд и планетных систем. Отсюда следует, что если двойные звезды весьма распространены в природе, то и планетные системы не должны составлять редких исключений.

Далее, изучение момента количества движения для звезд главной последовательности приводит к любопытному заключению. Момент количества движения есть произведение трех параметров звезды: массы, экваториальной скорости и радиуса.

При переходе от спектрального класса А к спектральному классу F (см. рис. на стр. 22) наблюдается странно резкое уменьшение момента количества движения звезд. Согласно земным законам физики, а их справедливость для вселенной в основном доказана, изолированная система не может сама изменить свой момент количества движения. Отсюда возникает логическое предположение — по мере изменения температуры звезд и перехода их в спектральный класс F у них имеет место процесс образования планет. Породившая планеты звезда отдает заметную часть своего момента количества движения планетам. На примере солнечной системы мы видим, что, хотя суммарная масса всех планет составляет только 1/700 солнечной, 98 процентов всего момента солнечной системы связаны с движением планет и только 2 процента с вращением Солнца. Малая скорость вращения Солнца на экваторе (2 метра в секунду, то есть в 15 раз меньше, чем скорость Земли на орбите) есть следствие сравнительно большого удаления планет от Солнца и больших скоростей их движения.

Несмотря на то, что процесс образования планет, связанный с изменением моментов звезд, пока не ясен, наблюдаемый факт резкого изменения моментов звезд является весомым аргументом в пользу распространенности планетных систем во вселенной.

Таким образом, наше Солнце — рядовая звезда Галактики со своим блестящим эскортом из 9 планет — не является в этом смысле чем-то уникальным: планетные системы у звезд распространенное явление во вселенной.

Но далеко не все орбиты планет лежат в «зоне жизни» своей звезды, где есть температурные условия для зарождения и развития жизни.

Живой организм — сложная и нежная система. Он гибнет и при очень высокой и при очень низкой температуре. Жизнь может существовать только в ограниченном интервале температур. Вокруг каждой звезды можно очертить зону, где это условие выполняется. Чем больше масса звезды, тем выше ее температура (для звезд главной последовательности) и тем больше эта зона, которую называют «зоной жизни». Зона эта отстоит тем дальше от своего светила, чем больше его масса. Как у костра: чем он сильнее пылает, тем дальше мы отходим от него, но тем больше зона, где приятно греться.

Глубокие исследования зон жизни провел Су Шу Хуанг, американский ученый. По его вычислениям, звезды большой массы живут так мало на главной последовательности (хотя это миллиарды лет!), что на их планетах эволюция неживой материи в живую и ее дальнейшее развитие не успевает произойти. С другой стороны, звезды нижней ветви главной последовательности имеют столь малую массу, а следовательно, низкую температуру и узкую зону жизни, что вряд ли орбиты планет находятся в этой узкой зоне.

Если провести эту зону для солнечной системы, то в нее попадают Венера, Земля и Марс. При этом орбита Венеры лежит около внутренней границы, а орбита Марса вблизи внешней границы зоны жизни.

В итоге Хуанг выделяет из звезд главной последовательности, отбросив звезды с очень большой и очень малой массой, группу с наибольшими шансами на зарождение и развитие живой материи. Это звезды средних размеров трех спектральных классов на диаграмме «спектр — светимость» (см. рис. на стр. 22), а именно: звезды класса F, звезды класса G и звезды класса K. По счастливому совпадению все эти звезды вращаются медленно. Они, по-видимому, отдали свой момент вращения планетам при их образовании. А так как звезды этого класса имеют значительные зоны жизни, то, вероятно, часть их планет должна лежать на орбитах внутри этой зоны. Первый любопытный факт — наше Солнце, звезда спектрального класса G, лежит точно в центре этой группы. Второй любопытный факт — орбита планеты Земля лежит в средней части зоны жизни Солнца.

Определенный интервал температур является необходимым условием жизни, но далеко не единственным. Известные нам сегодня формы живой материи не могут существовать без воздуха и воды.

Наиболее вероятное место зарождения жизни — это океан (тут и «питательный бульон», и защита от жесткого излучения — см. ниже). Наличие гидросферы на планете является одним из условий зарождения жизни. Но чтобы удерживать воду на своей поверхности, планета должна быть достаточно велика.

Те же соображения относятся и к атмосфере. При очень маленькой массе планеты воздушная оболочка из кислорода не может существовать — она улетучится.

С другой стороны, очень большая масса планеты также может воспрепятствовать возникновению эволюции жизни из-за огромной величины силы тяжести. Следовательно, планеты с очень малой или очень большой массой должны быть исключены из рассмотрения. Расчеты Хуанга показывают, что с точки зрения удержания атмосферы с кислородом радиус планет должен лежать в интервале 1000–20 000 километров. Это отнюдь не значит, что все планеты с таким радиусом обитаемы. Но он указывает на возможность жизни. Кроме того, имеет значение и ряд других факторов. Один из них — химический состав планеты. Например, маловероятно возникновение жизни на планете, не содержащей таких элементов, как углерод.