< Круги на Сатурне

Когда хаос — это хорошо

Земля — примерная планета: орбита у неё очень правильная, почти круглая, вокруг Солнца вращается, глядя на его экватор, над и под плоскость эклиптики не заглядывает — загляденье! А вот многие другие внесолнечные планеты не таковы: у них за зимой иногда может прийти не лето, а какая-нибудь Фимбулвинтер. Впрочем, астрономы считают, что ничего страшного в этом нет.

---

Со временем в планетной системе может случиться всякое. Скажем, гигант, взаимодействуя с другими планетами, может пойти «на прорыв» к звезде, попутно вышвыривая из системы тела поменьше. Напротив, планета может быть сама выброшена другими гигантами, как, возможно, случилось во времена молодости Солнечной системы. И это значит, что где-то всё совсем не так, как у нас. В иных системах может быть дикий хаос: плоскость вращения планеты может быть наклонена относительно нормальной и на 30°, и даже больше, а орбита не круглая, а эллиптическая, и ближайшая к звезде точка будет в несколько раз ближе к светилу, чем самая дальняя. 

Но самое веселое начинается, если у одной планеты орбита вытянута в одну сторону, а у соседки — в другую и если у одной плоскость вращения наклонена на десятки градусов в одну сторону, а у соседней — в противоположную. Тогда «эксцентричность» одной экзопланеты периодически усиливает «странности» орбиты другой. И начинается кавардак: за миллион лет наклон оси собственного вращения планеты и плоскости её движения вокруг звезды будут постоянно и хаотично меняться.

Жителям такой планеты не позавидуешь: неизвестно, когда придёт зима, а когда — весна. Лето, в теории, может оказаться очень жарким, а десять последующих — холоднее недавних зим. Апокалипсис? Группа учёных во главе с Викторией Мидоуз (Victoria Meadows) так не считает.

Исследователи поступили просто: взяли нашу Землю, наше Солнце, задали исходную орбиту в 1 а. е. и создали 16 «диких» модификацией такой системы. Пара–тройка соседних планет в них имели большие вариации эксцентриситета орбиты, наклона орбитальной плоскости и оси собственного вращения. Со временем все эти «диковинки» посредством гравитационного взаимодействия начинали передаваться моделируемой Земле, усиливая хаотичность её орбиты. 

Дальше началось удивительное. В качестве критерия обитаемости учёные взяли длительность периодов, когда температура на планете не ниже 273 К (замерзания воды), но не выше 373 К, а ледовое покрытие — меньше общей площади поверхности. По итогам моделирования длину таких «обитаемых» отрезков планетарной истории сравнивали с историей Земли. И оказалось, что, несмотря на адские вариации в параметрах орбиты, её показатели обитаемости улучшились. Вопреки тому, что в отдельные моменты её удаление от Солнца было чрезвычайно большим, время пребывания в благоприятном температурном диапазоне с малой площадью оледенения выросло.

Хотя авторы взяли строгую внешнюю границу зоны обитаемости в 1,4 а. е. (многие считают, что в действительности для пары Земля — Солнце этот показатель равен 1,5–1,6 а. е.), у них получилось, что по мере нарастания хаотичности орбиты моделируемой планеты внешняя граница зоны обитаемости сильно отодвигалась вдаль. Особенно расширялась зона обитаемости, если у планеты одновременно хаотично менялись и эксцентриситет орбиты, и наклонение плоскости орбиты к звездному экватору. Одновременные изменения наклона оси собственного вращения планеты также никоим образом не портили обитаемость условной моделируемой Земли. В самой хаотичном случае («Система №3») внешняя граница зоны обитаемости оказалась на 93% дальше по сравнению с базовой — нынешней земной! Как вы уже поняли, хаотичность орбит ни разу не привела к уменьшению внешней границы обитаемой зоны: несмотря на дикую вариабельность, в среднем климат нигде не ухудшился. Как обобщают исследователи, чем быстрее и сильнее были вариации в наклоне орбитальной плоскости и вытянутости орбиты планеты, тем шире оказывалась её зона обитаемости.

Но как? За счёт чего в «Системе №3» внешняя граница зоны обитаемости вместо 1,4 а. е. устремилась к 2,7 а. е.?! Авторы объясняют произошедшее довольно просто. В условиях планеты земной массы, вращающейся вокруг жёлтого карлика, одним из ключевых регуляторов климата является положительная обратная связь «лёд — альбедо». Когда на планете холодает, начинают прирастать ледяные шапки и увеличиваться доля заснеженной поверхности. Поскольку они хорошо отражают видимый свет, на который приходится основная часть излучения Солнца, постольку планета получает от звезды всё меньше энергии, всё сильнее рассеивая её в космос. Оледенение развивается прогрессивно, временами захватывая всю поверхность, как это было несколько сот миллионов лет назад на Земле.

---