Воображаемая жизнь (ЛП) - Трефил Джеймс

Если бы температура была единственной движущей силой циркуляции атмосферы Земли, то на ней существовало бы всего лишь две ячейки Хэдли, в которых тёплый воздух поднимался бы на экваторе, двигался на север в Северном полушарии и на юг в Южном полушарии и опускался бы на полюсах, а более холодный воздух возвращался бы к экватору вдоль поверхности планеты. Поверхностные ветры всегда дули бы с севера в Северном полушарии и с юга в Южном. Конечно, наша планета устроена совсем не так. В действительности на Земле существует три типа атмосферных ячеек: пассаты, дующие с востока на запад вблизи экватора; господствующие западные ветры, дующие с запада на восток в средних широтах; и полярные восточные ветры, дующие, как и пассаты, с востока на запад в Арктике и Антарктике. Эта сложная структура обусловлена вращением Земли. На самом деле, чем быстрее вращается планета, тем больше образуется подобных разграничений. Многочисленные полосы, которые мы видим, например, на Юпитере, частично объясняются тем фактом, что юпитерианский день длится всего 10 часов.

Однако приливный захват Гало означает, что её вращение будет относительно медленным — в конце концов, она делает лишь один оборот за весь свой «год». Поэтому мы ожидаем, что основной движущей силой циркуляции атмосферы будет разница температур между полушариями, обращёнными к звезде и в космос, причём, чем больше будет разница, тем быстрее станут дуть ветры. Расчёты показывают, что на планете, расположенной вблизи её звезды, эти ветры, безусловно, были бы сверхзвуковыми — возможно, достигающими скорости 15 Махов[10] — гораздо быстрее, чем любые ветры в нашей солнечной системе. Основываясь на этой общей схеме атмосферных течений, мы могли бы ожидать, что на атмосферу будут накладываться всевозможные осложнения, подобно тому, как струйные течения и ураганы на Земле накладываются на простую циркуляцию Хэдли.

Существует ещё одно важное следствие разницы температур на Гало. Мы ожидали бы, что любая вода на стороне, обращённой к звезде, быстро испарится из-за высокой температуры. Затем ветры отнесут её на сторону, обращённую в космос, где из-за низких температур она выпадет в виде снега или льда. Таким образом, сторона, обращённая в космос, будет покрыта слоем льда, толщина которого будет зависеть от количества воды на планете (см. в главе 8 обсуждение механизмов накопления планетарной воды в контексте водных миров). Если бы на Гало было много поверхностных вод, как на Земле, то её космическую сторону мог бы покрыть ледник толщиной во много миль, охватывающий всё полушарие. Если бы планета также была достаточно большой, чтобы поддерживать мантийную конвекцию, то её сторона, обращённая в космос, была бы очень похожа на планету, которую в главе 6 мы назвали Айсхейм — с горячей магмой, поднимающейся изнутри через вулканические жерла. Это создало бы под ледником пузыри жидкой воды, где в принципе могла бы возникнуть жизнь. Таким образом, все замечания, которые мы сделали о развитии жизни и цивилизации в главе 6, применимы к подповерхностной стороне Гало, обращённой в сторону космоса.

Но даже после того, как на Гало образовался ледник, горячие ветры продолжали бы дуть. Тепло, переносимое со стороны, обращённой к звезде, может растопить ближайшую к переходной зоне часть ледяной кучи. Если бы всё случилось таким образом, вы могли бы представить себе тонкий океан жидкой воды в форме бублика вдоль внешнего края ледника, растянутого на всё полушарие, который образует ещё один ореол над тем, который даёт планете её название.

Если бы вы оказались в переходной зоне, то вы смогли бы увидеть по одну сторону узкого океана замёрзшую тундру, а по другую — раскалённую пустыню. На самом же деле, открывшееся вам зрелище может оказаться ещё драматичнее, чем это. По мере своего накопления на обращенной в космос стороне планеты, лёд начал бы всё больше напоминать антарктический ледяной покров на Земле. Под действием силы тяжести лёд вытекал бы из центра обращённого в космос полушария в виде могучих ледников. Когда ледники достигали бы берегов океана, от их массива откалывались бы куски, превращаясь в айсберги, как это происходит с ледниками на Земле. Вы будете стоять спиной к пылающей пустыне, слышать плеск волн рядом и наблюдать, как на воде появляются айсберги. Вот это зрелище!

Сильные ветры могли бы оказать два прямо противоположных воздействия на воды Гало. С одной стороны, они ускорили бы испарение с поверхности океана и перенесли бы образовавшийся пар на космическую сторону планеты, как уже говорилось выше. (Вы используете то же явление, когда дуете на что-то, чтобы обсушить это.) С другой стороны, чем сильнее ветер, тем больше будет таять ледник на обращённой в космоса стороне, и тем больше воды будет поступать в переходную зону. В зависимости от того, какой из этих эффектов победит в перетягивании каната, жидкая вода Гало может представлять собой что угодно — от глубокого моря, покрывающего всю переходную зону, до случайной струйки, которая быстро испарялась бы в бесплодной пустыне. Поскольку нас интересует развитие жизни, в дальнейшем мы предположим, что на планете присутствует океан, опоясывающий её всю.

Выполнив наш обычный приём «следования за водой» и исследовав причудливую окружающую среду Гало, мы воспользуемся моментом, чтобы обсудить ещё одну особенность, которую мы можем обнаружить на планетах, находящихся в приливном захвате, — особенность, которая может быть важна для жизни, не похожей на нас.

Кремниевый цикл

Мы знаем, что на Земле Солнце испаряет воду из океанов, и что эта вода в итоге выпадает в виде дождя или снега и возвращается обратно в океан. Это то, что мы называем гидрологическим циклом или круговоротом воды. Одна из самых интересных вещей, которая может произойти на планете, находящейся в приливном захвате, заключается в том, что, по аналогии с гидрологическим циклом на Земле, здесь может сложиться цикл, в котором задействованы минералы на основе кремния.

Представьте себе, если хотите, планету в приливном захвате, у которой обращённая к звезде сторона становится настолько горячей, что камни на её поверхности плавятся. Если бы они состояли из кремниевых минералов, у нас мог бы возникнуть жидкий океан из этих материалов на, обращённой к звезде стороне планеты. (Для справки, температура плавления чистого кремния составляет 2577° F, или 1414° C, тогда как температура плавления диоксида кремния, обычного минерала, составляет 3110° F, или 1710° C.) Часть этой жидкости испарится и, попав в атмосферу, будет унесена ветром на сторону, обращённую в космос. Оказавшись там, она замёрзнет.

Иными словами, на стороне планеты, обращённой в космос, пошёл бы «снег» из твёрдых каменных «снежинок».

Мы можем представить себе процессы, которые вернули бы этот твёрдый кремний обратно в жидкий океан — вероятно, процессы, которые по своей природе являются геологическими, как тектоническая активность на нашей планете. Дело в том, что мы легко можем представить себе «кремниевый цикл». Мы обсудим возможность жизни на основе кремния в главе 15, но сейчас просто отметим, что кремниевый цикл, который мог бы существовать в мире в приливном захвате, мог бы стать местом протекания основных химических процессов, ведущих к появлению новой формы жизни — той, которую мы назвали жизнью, не похожей на нас.

Недавние теоретические расчёты показали ещё один интересный аспект приливного захвата и возможность кремниевого цикла. Под руководством одного из нас (М. С.) студент-стипендиат Джорджа Мейсона Прабал Саксена исследовал, как кремниевые «снежинки», описанные нами выше, могут повлиять на вращение планеты, если они накопятся на стороне, обращённой в космос. Если бы механизм возврата кремния на солнечную сторону отсутствовал, возник бы эффект, аналогичный тому, что происходит в несбалансированной стиральной машине во время цикла отжима. Сдвиг массы «разблокирует» вращение планеты, и планета начнёт поворачиваться таким образом, что сторона, обращённая к звезде, развернётся в космос, и наоборот.