Аньяли Трипатхи: Почему Земля может когда-то стать похожей на Марс?

Взглянув ночью на звезды, можно увидеть потрясающие вещи. Они прекрасны. Но еще более потрясающе то, что скрыто от нашего взора: теперь мы знаем, что вокруг почти каждой звезды вращается одна или несколько планет.

На этом изображении нельзя увидеть все те планеты в космосе, о существовании которых мы знаем. Планеты обычно вызывают мысли о чем-то далеком и сильно отличающемся от того, что есть у нас. Но мы находимся здесь, на этой планете. На Земле существует множество потрясающих вещей, подобие которых мы ищем повсюду. В процессе поисков мы сталкиваемся с потрясающими вещами. Однако я хочу рассказать о восхитительном явлении, происходящем здесь, на Земле: каждую минуту более 180 килограммов водорода и 3 килограмма гелия улетают с Земли в космос. Этот газ улетает безвозвратно. Водород, гелий и другие элементы входят в состав того, что мы называем атмосферой Земли. Атмосфера — это лишь тонкая голубая линия, сформированная из этих газов, которую фотографируют астронавты на Международной космической станции. Этот тонкий слой, окружающий нашу планету, позволяет жизни процветать. Он защищает планету от многочисленных ударов метеоритов и тому подобного. Данный феномен настолько потрясающий, что факт потери этого слоя должен хотя бы немного пугать вас.

Итак, я изучаю данный процесс, который называется «планетарный ветер». Он свойственен не только Земле. Я бы сказала, это неотъемлемая особенность планет, потому что все планеты во Вселенной, включая Землю, подвержены планетарному ветру, характер которого рассказывает о самой планете. Обычно Солнечную систему представляют в виде такого изображения. Вы бы сказали, что здесь восемь, возможно девять, планет. Для тех из вас, кого напрягает эта картинка, я добавлю кое-что.

Благодаря станции New Horizons добавляем Плутон. Учитывая цель этого выступления и особенности планетарного ветра, я считаю Плутон планетой, так же, как и невидимые нам планеты, вращающиеся вокруг других звезд. В соответствии со своими основополагающими характеристиками, планеты – это тела, связанные между собой гравитацией. Множество объектов держатся вместе благодаря этой притягательной силе. Сами тела и сила их гравитации огромны. Именно поэтому они круглые. Взгляните: все они, включая Плутон, круглые.

Здесь можно увидеть гравитацию в действии. Однако есть вторая основополагающая особенность планет, которую здесь не видно, — это наличие звезды, Солнца, вокруг которой вращаются все планеты Солнечной системы. Именно она служит движущей силой планетарного ветра. Причина существенного влияния звезд на планетарный ветер состоит в том, что они дают планетам частицы, свет и тепло, которые могут вызвать утечку атмосферы. Представьте воздушный шар, либо взгляните на это фото фонарей с фестиваля в Таиланде. Вы увидите, что горячий воздух может заставлять газ двигаться вверх. Если у вас достаточно энергии и тепла, как у Солнца, этот легкий газ, удерживаемый лишь гравитацией, может улететь в космос. Именно это вызывает планетарный ветер на Земле и других планетах — взаимодействие между теплом от звезды и преодолением силы гравитации на планете.

Я говорила, каждую минуту мы теряем 180 кг водорода и 3 кг гелия. Как же это выглядит? Даже в 80-х годах мы фотографировали Землю в ультрафиолетовом свете с помощью космического корабля НАСА Dynamic Explorer. Эти два изображения Земли показывают, как выглядит улетучивание водорода в красном свете. Также здесь можно увидеть кислород и азот в виде белого проблеска в круге, демонстрирующем полярное сияние, а также нескольких клочков вокруг тропиков. Итак, эти изображения убедительно показывают, что наша атмосфера не привязана прочно к Земле, она простирается далеко в космос, должна отметить, в пугающих объемах.

Но Земля не единственная претерпевает планетарный ветер. Марс, наш ближайший сосед, намного меньше Земли, следовательно, гравитация, удерживающая его атмосферу, слабее. У Марса есть атмосфера, но она более разреженная, чем земная. Взгляните на его поверхность. Эти кратеры указывают, что у него не было атмосферы, способной остановить столкновения. Также мы видим, что это красная планета, а планетарный ветер влияет на цвет Марса. Мы думаем, будто раньше на Марсе было более влажно, а когда у воды было достаточно энергии, она распалась на водород и кислород. Водород очень легкий, поэтому он улетел в космос, а оставшийся кислород окислился, покрыл землю ржавчиной, из-за чего она приобрела знакомый красно-ржавый цвет.

Взглянув на изображения Марса, можно подумать, что раньше там был планетарный ветер. В данный момент у НАСА на Марсе есть зонд MAVEN. Он занимается изучением планетарного ветра. Это космический аппарат «Эволюция атмосферы и летучих веществ на Марсе». Переданные им изображения очень похожи на то, что мы видим здесь, на Земле. Давно известно, что Марс теряет атмосферу, но теперь у нас появились потрясающие снимки. Например, здесь, в красном круге, можно увидеть размер Марса, а синие части изображения показывают утечку водорода с планеты. Он распространяется на расстояние, в 10 раз превышающее размер Марса — достаточно далеко, чтобы потерять связь с планетой. Он утекает в открытый космос. Это помогает подтвердить предположения, что Марс красный из-за потери водорода. Однако помимо водорода утекают и другие газы. Я упомянула гелий на Земле, а также кислород и водород, а благодаря MAVEN мы можем видеть, что и Марс теряет кислород. Можно заметить, что кислород из-за своей тяжести не может улетучиться так же далеко, как водород, однако он все равно исчезает с планеты. Вы этого не видите, но он ограничен тем красным кругом.

По сути, мы не только видим планетарный ветер на нашей планете, но и можем изучать его в других местах, а запуск космических аппаратов позволит изучить прошлое планет, а также их будущее и будущее Земли. Итак, один из способов узнать о будущем — изучить планеты, находящиеся за пределами нашего поля видимости. Прежде чем перейти к этому, хочу отметить, что не покажу вам фото, как в случае с Плутоном. Возможно, это вас разочарует, но дело в том, что у нас их еще нет. Однако миссия New Horizons как раз изучает планетарный ветер, так что следите за новостями. Планеты, о которых я хочу поговорить, известны как транзитные экзопланеты.

Любая планета, вращающаяся вокруг другой звезды, а не нашего Солнца, называется экзопланетой или внесолнечной планетой. У этих так называемых транзитных планет есть особенность: взглянув на эту звезду в центре, вы увидите, что она мерцает. Причина мерцания в том, что планеты, которые постоянно проходят мимо нее, имеют особое расположение, из-за чего заслоняют свет звезды, и мы видим, как она мерцает. Изучив мерцание звезд в ночном небе, мы можем обнаружить планеты. Так мы смогли обнаружить более 5 тысяч планет в нашем Млечном Пути. Мы знаем, что существует множество звезд и за его пределами.

Глядя на свет, исходящий от этих звезд, на самом деле мы видим не сами планеты, а затемнение света, которое можно зафиксировать. Итак, светимость падает, когда планета проходит перед звездой — именно это мерцание вы видели ранее. Мы не только находим планеты, но и изучаем этот свет в волнах разной длины. Я упоминала о наблюдении за Землей и Марсом в ультрафиолете. Если посмотреть на транзитные экзопланеты через телескоп «Хаббл», можно обнаружить, что в ультрафиолете мерцания намного больше, а света от звезды меньше, когда планета проходит перед ней. Мы считаем, что причина в расширенном слое водорода в атмосфере вокруг планеты, из-за чего она выглядит пышной и блокирует бо́льшую часть видимого света.

С помощью этой техники мы обнаружили несколько транзитных экзопланет с планетарным ветром. Эти планеты можно назвать раскаленными Юпитерами из-за того, что мы там обнаружили. Дело в том, что они, как и Юпитер, газовые планеты, но находятся намного ближе к своей звезде, примерно в сто раз ближе Юпитера. Из-за легкого газа, готового к утечке, и тепла звезды, показатели планетарного ветра катастрофические. Для сравнения, Земля теряет 180 кг водорода в минуту, но на этих планетах потеря достигает 590 тысяч тонн в минуту.

Здесь можно задуматься: приведет ли это к гибели планеты? Именно таким вопросом задавались люди, глядя на нашу Солнечную систему, потому что планеты, расположенные ближе к Солнцу, каменистые, а более газообразные и крупные планеты находятся в отдалении. Может ли объект вроде Юпитера, находясь близко к Солнцу, избавиться от всего своего газа? Сейчас мы считаем, что объект вроде раскаленного Юпитера не может превратиться в Меркурий или Землю. Но в случае с объектом меньшего размера, есть вероятность, что с него испарится достаточно газа, и это настолько изменит его, что получившийся объект будет значительно отличаться от изначального.

Это все звучит довольно расплывчато, и мы можем подумать о Солнечной системе, но как это связано с нами здесь, на Земле? В далеком будущем Солнце станет ярче. Когда это произойдет, тепло, которое мы получаем от Солнца, станет очень интенсивным. Газ будет улетучиваться с Земли так же стремительно, как с раскаленного Юпитера. Поэтому нам следует предвкушать или хотя бы быть готовыми к тому, что в далеком будущем Земля будет больше похожа на Марс. Водород из воды, вследствие ее распада, будет утекать в открытый космос быстрее, а нам останется эта сухая красноватая планета.

Не бойтесь, у нас есть еще несколько миллиардов лет на подготовку.

Однако я хочу, чтобы вы знали, что это начнет происходить не в будущем, планетарный ветер происходит на протяжении нашего разговора. Вы слышите о множестве удивительных явлений в космосе, о далеких планетах, а мы изучаем эти планеты, чтобы узнать эти миры. Однако при изучении Марса или экзопланет, подобных раскаленному Юпитеру, мы обнаруживаем явления, такие как планетарный ветер, которые больше рассказывают о нашей планете Земле.

Учитывайте это, когда в следующий раз подумаете, что космос находится далеко.

Перевод: Наталья Писемская
Редактор: Екатерина Юссупова

Источник