Насколько реалистичны планеты из фантастических фильмов?

Татуин, Пандора, Солярис, Арракис… Эти планеты хорошо знакомы любителям фантастики. Они такие же участники действия в произведениях, как и главные герои. Но насколько близки к реальности эти выдуманные миры?  Вопрос может показаться странным, ведь человечеству ещё очень далеко до полёта в дальний космос. Но уже сейчас астрономы располагают неплохим запасом знаний об экзопланетах, что позволяет делать некоторые выводы. Так что по случаю выхода долгожданной «Дюны» я написал для журнала «Мир фантастики» статью, в которой рассмотрел несколько известных фантастических миров на предмет того, могут ли они существовать с точки зрения современной науки.Татуин

Начнём, пожалуй, с самой известной планеты из самой популярной фантастической саги. С того самого пустынного мира, где молодой Люк Скайуокер любовался двойными закатами и мечтал о подвигах и приключениях.
Долгое время астрономы полагали, что такие живописные картины способны жить исключительно в фантастических фильмах. Они считали, что из-за гравитационных возмущений планеты в системах двойных звёзд попросту не могут сформироваться. А если сформируются, то быстро будут уничтожены или выброшены за пределы системы.

Сейчас мы знаем, что это не так. Да, планеты у одиночных звёзд встречаются намного чаще, но их присутствие в двойных системах — тоже не уникальный случай. Астрономам уже известно о десятках таких миров. Некоторые обращаются вокруг одной из звёзд системы, некоторые — вокруг пары. Более того, астрономам удалось отыскать экзопланеты в системах с тремя и даже с четырьмя звёздами!

Пока что все найденные у двойных звёзд планеты заметно превосходят Землю по размерам. Но это скорее связано с ограничениями нынешних методов поиска и не значит, что тел поменьше там вовсе нет. Могут ли планеты в двойных системах быть пригодны для жизни? Вполне вероятно. В тех же «Звёздных войнах» и «Чёрной дыре» они показаны как иссушенные пустыни. Но это, по сути, художественное допущение. В реальности всё зависит от орбиты планеты и сочетания других факторов. При наличии подходящих условий мир у двух звёзд может вообще не иметь ни одной пустыни.

Пандора

Пандора — спутник газового гиганта Полифема, обращающегося вокруг звезды А в системе альфы Центавра. Согласно фильму «Аватар», её масса составляет 72% от массы Земли, а диаметр — 90% от диаметра нашей планеты. Сюда мы вернёмся уже в декабре 2022 года — если Джеймс Кэмерон в сто двадцатый раз не перенесёт премьеру «Аватара 2».Оставим разумных синих людей на совести канадского режиссёра и сосредоточимся на главном — самой планете. Пока что в астрономических каталогах нет ни одной подтверждённой экзолуны (при уже достаточно большом списке кандидатов). Но не потому, что у экзопланет не бывает спутников, а потому, что мощностей современных телескопов пока что недостаточно, чтобы вычленить их сигнал.

А так, можно практически не сомневаться, что экзолуны существуют, ведь вокруг газовых гигантов в Солнечной системе обращаются многочисленные семейства спутников. Те же Ганимед и Титан по размерам превосходят Меркурий, а второй ещё и обладает полноценной атмосферой.

Масса вымышленной Пандоры в 30 раз превышает массу реального Титана, но нет оснований полагать, что крупнейшие газовые гиганты не могут иметь спутники столь больших размеров. К тому же по массе некоторые кандидаты в экзолуны даже превосходят Землю. Что до потенциальной обитаемости таких миров, астрономы настроены оптимистично. На сегодняшний день именно луны газовых гигантов с подповерхностными океанами (Европа, Энцелад, Титан) считаются наилучшими целями для поиска внеземной жизни в Солнечной системе.В отличие от почти всех остальных миров из нашего списка, система альфы Центавра — это реальная звёздная система, и многим интересно, может ли там находиться аналог Пандоры. Пока что учёным не удалось подтвердить наличие экзопланет у её двух основных светил, которые напоминают наше Солнце. Но в феврале 2021 года американские астрономы опубликовали фотографию крошечной точки в окрестностях звезды А.Если это не артефакт изображения или какая-то ошибка, то им удалось заснять объект размером с Нептун, чья орбита соответствует земной по расстоянию до центра. Если у него есть спутники, они должны получать от звезды примерно столько же энергии, сколько наша планета. Так что, если существование этого гиганта будет подтверждено и луны найдутся, мы уже знаем, как их назвать.

Арракис

Согласно «Дюне» Фрэнка Герберта, планета Арракис обращается вокруг Канопуса — ярчайшей звезды южного неба, расположенной на расстоянии порядка 300 световых лет от Солнца. Это сверхгигант, чья масса в девять раз превосходит солнечную. По астрономическим меркам такие звёзды живут совсем недолго. Канопусу всего 30 миллионов лет, но он уже сжёг весь запас водорода и начал расширяться (для сравнения Солнце достигнет этой стадии примерно через 4 миллиарда лет).Пока что астрономам не удалось найти у него планет. Но, если они существуют, их судьбе не позавидуешь. По мере расширения Канопус поглотит все внутренние планеты, а затем либо превратится в сверхновую, что уничтожит оставшиеся тела системы, либо сбросит атмосферу и станет тусклым белым карликом (точный сценарий зависит от массы звезды). В последнем сценарии какие-то планеты могут уцелеть. Но, учитывая небольшой возраст системы, крайне маловероятно, что там успеет развиться сложная жизнь.Что касается самого Арракиса, то возникновение мира-пустыни, по какой-то причине лишившегося почти всей воды, — вполне реалистичный сценарий. В качестве примера можно привести Марс, который, скорее всего, был одним из источников вдохновения для Фрэнка Герберта. Сейчас мы знаем, что вскоре после своего формирования Красная планета обладала более плотной атмосферой и большими запасами воды, оставившими многочисленные следы по всей её поверхности. Но в силу ряда причин в последующие миллиарды лет Марс потерял атмосферу и почти всю воду, превратившись в привычный нам мир пыли, песка и древних кратеров.

Хот

Полная противоположность Татуину и Арракису — Хот, ледяная планета из «Звёздных войн», на некоторое время ставшая пристанищем базы повстанцев. Несмотря на экстремально холодный климат, на Хоте есть пригодная для дыхания атмосфера и не особо дружелюбные формы жизни.Для поиска аналогов Хота даже не нужно изучать звёзды — подойдёт и «обычная» машина времени. Вернись мы примерно на 700 миллионов лет назад в прошлое, то обнаружили бы, что наша планета представляет собой гигантский снежок. Речь о грандиозном оледенении, когда почти вся Земля покрылась льдом. Глобальная температура стала настолько низкой, что даже на экваторе было холодно, как в современной Антарктиде. Свободными ото льда оставались лишь участки океана вдали от континента. Скорее всего, именно эти оазисы и позволили жизни на нашей планете уцелеть во время катаклизма.

Геологи считают, что на протяжении истории Земля как минимум дважды (2400 и 700 миллионов лет назад) проходила через периоды глобального оледенения. По иронии первое из них было спровоцировано появление жизни, а точнее, фотосинтезирующих организмов, вырабатывавших кислород. Кислород соединялся с метаном и превращался в углекислый газ и воду. Поскольку метан — мощный парниковый газ, его резкое исчезновение полностью изменило тепловой баланс планеты, спровоцировав оледенение невиданных масштабов. Второе же событие было вызвано химическим выветриванием, из-за которого атмосфера постепенно лишилась почти всего диоксида углерода.В обоих случаях нашу планету спасла вулканическая активность. Благодаря постепенному накоплению в атмосфере выбрасываемого вулканами углекислого газа и метана возник парниковый эффект и лёд в тропиках начал таять.

Планета Миллер

Один из наиболее памятных эпизодов «Интерстеллара» Кристофера Нолана связан с прибытием участников миссии на планету Миллер. Её орбита расположена так близко к сверхмассивной чёрной дыре Гаргантюа, что один час на Миллере равняется семи годам на Земле. А ещё по её поверхности регулярно проносятся гигантские волны высотой в километр. Но может ли такой диковинный объект существовать в действительности?Ответ на этот вопрос сложнее, чем может показаться. Многие воспринимают чёрные дыры как гигантские пылесосы, которые засасывают всё, что к ним приблизится. Но это совсем не так. Например, расположенная в центре нашей галактики сверхмассивная чёрная дыра Стрелец А* окружена целым скоплением звёзд, многие из которых проходят по довольно близким к ней орбитам. Текущий рекордсмен — светило под обозначением S4714. В перицентре оно приближается к горизонту событий Стрельца А* на расстояние, сопоставимое с дистанцией между Солнцем и Сатурном. В такой момент звезда движется со скоростью, составляющей 8% от скорости света.

Но это звёзды, а что насчёт планет? Астрономам известно, что в космосе существует целая популяция «свободно летящих миров», выкинутых из родных систем (учёные даже допускают, что такие тела способны формироваться отдельно от звёзд). Они вполне могут быть захвачены гравитацией сверхмассивной чёрной дыры и стать её спутниками.

Более интригующий вариант — формирование планет вокруг чёрной дыры из вещества окружающего её аккреционного диска. Для обозначения подобных гипотетических объектов учёные даже придумали термин — бланеты. Проведённое в 2019 году компьютерное моделирование показало, что на стабильных орбитах вокруг сверхмассивных чёрных дыр с низкой активностью вполне могут появляться бланеты. А чёрная дыра из «Интерстеллара» как раз такая.

Что касается экстремальных характеристик планеты Миллер, тут следует обратиться к астроному Кипу Торну, соавтору первоначального сюжета фильма и научному консультанту проекта. Его расчёты показали, что столь сильное искривление времени возможно буквально на последней теоретически стабильной круговой орбите вокруг чёрной дыры. Разумеется, при этом надо принять во внимание характеристики самой Гаргантюа. Согласно Торну, её масса равна массе 100 миллионов Солнц и она вращается со скоростью, составляющей 0,9999999999999 от предельно допустимой. Если первый показатель вполне нормален (по меркам подобных объектов), то второй, наоборот, крайне-крайне-крайне маловероятен. Но всё же не невозможен.Кстати, находящаяся на таком расстоянии Гаргантюа занимала бы примерно половину неба на планете Миллер. Но тут в силу вступили законы кинодраматургии: крупный план чёрной дыры предназначался для кульминационной сцены фильма, поэтому создатели решили уменьшить её видимые размеры в 20 раз, чтобы оставить самые эффектные кадры для финала.

Что касается показанных в киноленте гигантских волн, они могут быть вызваны небольшим раскачиванием планеты относительно Гаргантюа (на столь небольшом расстоянии она всегда будет повёрнута к чёрной дыре одной и той же стороной, как Луна к Земле). В таком случае под воздействием её мощной гравитации планета будет «расплескивать» воду океанов с периодичностью примерно раз в час.Безусловно, планета Миллер — экстремальный пример, существование которого возможно в случае совпадения сразу нескольких доведённых до теоретического предела параметров. Её, скорее, нужно рассматривать как любопытный мысленный эксперимент. Но учитывая масштабы Вселенной — как знать? Возможно, вокруг одной из чёрных дыр в центре какой-нибудь далёкой-далёкой галактики действительно обращается подобный мир.

Солярис

Когда мы говорим о планете-океане, в первую очередь в голову приходит знаменитый Солярис из одноимённой повести Станислава Лема. Хотя, конечно, полностью покрытые водой миры встречались и в «Звёздных войнах», и в других фантастических вселенных.Оставим за скобками разумность океана и сосредоточимся на том, может ли в принципе существовать мир, не имеющий суши. Ответ — да, и, скорее всего, такие тела широко распространены во Вселенной. У нас под боком в Солнечной системе есть образец подобного объекта. Это Европа — спутник Юпитера, поверхность которого полностью покрыта ледяной корой. Под ней скрывается океан, содержащий больше воды, чем все моря и океаны Земли вместе взятые.

В далёком прошлом Европа была полноценным водным миром. Дело в том, что вскоре после своего формирования, Юпитер был разогрет до высокой температуры. Излучаемого им тепла хватало, чтобы удерживать поверхность Европы от замерзания много миллионов лет. Вполне вероятно, что подобное происходило и на других ледяных спутниках Юпитера.

Что касается экзопланет, астрономам известна целая коллекция миров, чьё соотношение размеров и массы свидетельствует о содержании большого количества воды. В качестве примера можно привести K2-18 b — экзопланету, расположенную в 110 световых годах от Солнца. Её орбита проходит в обитаемой зоне, и тело получает от своей звезды примерно столько же энергии, сколько наша Земля — от Солнца. В 2019 году в её атмосфере нашли много водяного пара. При этом средняя плотность планеты составляет 2,7 г/см3, что лишь немногим меньше средней плотности той же Европы. Астрономы полагают, что K2-18 b обладает плотной атмосферой, под которой скрывается гигантский океан.

Кстати, если глубина океана достигает 100 км, то вода в его нижней части будет находиться под таким огромным давлением, что начнёт формировать экзотические модификации льда (например, лёд V и лёд VII). В нашей Солнечной системе нечто подобное может происходить в недрах Ганимеда, на котором, скорее всего, тоже есть подповерхностный океан.

Крематория

Пускай «Хроники Риддика» и не стали большим хитом, но смотревшие фильм, наверно, согласятся с тем, что один из его самых запоминающихся моментов связан с планетой-тюрьмой Крематория. Сложно позабыть столь суровый мир, где температура на поверхности понижается до –180 °C ночью и превышает +300 °C днём.Сами по себе подобные температурные перепады вполне допустимы. Взять хотя бы Меркурий, он разогревается до +430°C днём и охлаждается до –190 °C ночью. Есть лишь одно важное но. У Меркурия нет атмосферы, а у Крематории — есть. Из-за неё температурные колебания значительно сглаживаются. Достаточно сравнить Землю и Луну. Они находятся на одинаковом расстоянии от Солнца, но у Луны практически нет атмосферы, поэтому ночью там –170 °C, а днём — до +120 °C.

Так что, в реальности ночная сторона Крематории попросту не успевала бы остывать, и планета, скорее всего, походила бы на Венеру. Благодаря плотной атмосфере разница в температуре между её ночной и дневной стороной составляет всего несколько десятков градусов — притом что ночь на ней длится целых 120 земных дней.

Впрочем, пускай в показанном виде Крематория и не смогла бы существовать, астрономам известны миры, где происходят схожие температурные перепады из-за вытянутых, как у комет, орбит. В качестве примера возьмём HD 20782. Это газовый гигант, который обращается вокруг солнцеподобной звезды в 117 световых годах от Земли. Во время своего 585-дневного оборота планета приближается к звезде на минимальное расстояние в 9 миллионов километров (в пять раз ближе, чем Меркурий к Солнцу), а затем удаляется на 375 миллионов километров (это дальше от Солнца, чем орбита Марса). Это сопровождается стремительным нагревом и последующим остыванием атмосферы. Температурные колебания должны измеряться сотнями градусов и провоцировать мощнейшие ураганы.Скорее всего, в Млечном пути есть и каменные планеты с атмосферами, движущиеся по столь же экстремальным орбитам. В таком случае в течение местного года они переживают вначале нагрев до температур, при которых плавятся металлы, потом заморозку, а после процесс повторяется заново.

Мустафар

В завершение вспомним Мустафар — почти полностью покрытую лавой планету, на которой состоялась легендарная дуэль Оби-Вана и Энакина и которая позже стала резиденцией Дарта Вейдера. Не считая ряда фантастических допущений (вроде пригодной для дыхания атмосферы), само по себе существование подобного мира вполне возможно. Одним из источников повышенной вулканической активности может быть приливной разогрев недр спутника под действием гравитации планеты-хозяина.В качестве примера можно привести Ио. На этой юпитерианской луне располагаются сотни вулканов; они постоянно извергают потоки серы и силикатной магмы, которые тянутся на десятки и даже сотни километров. Сама же ее поверхность покрыта многокилометровыми слоями вулканических отложений и постоянно меняется из-за извержений. Именно поэтому на Ио пока что не нашли ни одного ударного кратера. Для полноты картины стоит добавить, что на спутнике есть множество настоящих лавовых озёр, а под его поверхностью скрывается океан магмы. В общем, если вам зачем-то потребуется наглядная иллюстрация ада в его традиционном представлении — просто возьмите Ио.И это далеко не предел. Астрономы обнаружили тела, дневная сторона которых представляет собой сплошной лавовый океан. Это возможно на каменных планетах, чьи орбиты проходят на очень небольшом расстоянии от звезды. Самый известный подобный мир — CoRoT-7b. Орбита этой суперземли пролегает на расстоянии всего в 2,5 миллиона километров от звезды и всегда повёрнута к ней одной стороной. Из-за этого её дневное полушарие разогрето до значения в +2500 °C. Это выше температуры плавления железа и большинства известных минералов.Ночное же полушарие никогда не освещается, так что там должно быть значительно холоднее и, вероятно, там существует твёрдая поверхность. При желании на этой стороне даже можно построить дом. Впрочем, его обитателю явно потребовался бы очень хороший защитный костюм (хорошо бы чёрного цвета), а также крепкая крыша над головой. Или способность взывать к Силе, чтобы успевать отбивать падающие с небес камни. Дело в том, что испаряющаяся из лавового океана горная порода, скорее всего, переносится в виде паров на ночное полушарие, конденсируется и выпадает в форме дождя. Так что прогноз погоды для CoRoT-7b мог бы звучать так: «Облачно, возможны осадки в виде камней».

https://kiri2ll.livejour...