Что климат Арракиса может рассказать нам об экзопланетах
"Дюна" Фрэнка Герберта - эпическое научно-фантастическое повествование, в основе которого лежит экологический посыл. Действие романов и фильмов разворачивается на пустынной планете Арракис, которую различные персонажи мечтают превратить в более зеленый мир — во многом такой, каким некоторые представляют себе Марс сегодня. Мы исследовали Арракис, используя климатическую модель, компьютерную программу, аналогичную тем, которые используются для составления прогнозов погоды. Мы обнаружили, что мир, созданный Гербертом задолго до того, как появились климатические модели, был удивительно точным — и был бы пригоден для жизни, если не гостеприимным. Однако Арракис не всегда был пустыней. Согласно преданиям о дюнах, 91% планеты когда-то было покрыто океанами, пока какая-то древняя катастрофа не привела к ее опустыниванию. Оставшаяся вода была удалена песчаной форелью, инвазивным видом, завезенным на Арракис. Они размножались и переносили жидкость в полости глубоко под землей, что приводило к тому, что планета становилась все более и более засушливой.
Чтобы увидеть, что будет означать большой океан для климата планеты и пригодности для жизни, мы сейчас использовали ту же климатическую модель — поместили океан, не меняя никаких других факторов. Когда большая часть Арракиса будет затоплена, мы подсчитали, что средняя глобальная температура снизится на 4°C. В основном это связано с тем, что океаны добавляют влагу в атмосферу, что приводит к увеличению количества снега и определенных типов облаков, которые отражают солнечную энергию обратно в космос. Но это также потому, что океаны на Земле и (мы предполагаем) на Арракисе выделяют "галогены", которые охлаждают планету, разрушая озон, мощный парниковый газ, которого на Арракисе было бы значительно больше, чем на Земле. Неудивительно, что в океаническом мире в 86 раз больше влаги, поскольку из океанов испаряется так много воды. Это означает, что растения могут расти, поскольку вода больше не является ограниченным ресурсом, как на пустынном Арракисе.
Океаны также снижают экстремальные температуры, поскольку вода нагревается и охлаждается медленнее, чем суша. (Это одна из причин, по которой в Британии, окруженной океанами, относительно мягкие зима и лето, в то время как в местах, удаленных от суши, летом, как правило, жарче, а зимой очень холодно). Таким образом, климат океанической планеты более стабилен, чем в пустынном мире. В пустынном Арракисе температура достигала бы 70°C и более, в то время как в его океаническом состоянии мы установили самые высокие зарегистрированные температуры на уровне около 45°C. Это означает, что океанический Арракис был бы пригоден для жизни даже летом. Леса и пахотные культуры могли бы расти за пределами (все еще холодных и снежных) полюсов. Однако есть один недостаток. Тропические регионы подверглись бы ударам крупных циклонов, поскольку огромные теплые океаны содержали бы много энергии и влаги, необходимых для возникновения ураганов.
Все это не совсем абстрактное упражнение, поскольку ученые, ищущие пригодные для жизни "экзопланеты" в далеких галактиках, тоже ищут подобные вещи. На данный момент мы можем обнаружить такие планеты только с помощью огромных телескопов в космосе для поиска тех, которые похожи на Землю по размеру, температуре, доступной энергии, способности содержать воду и другим факторам. Мы знаем, что пустынные миры, вероятно, встречаются во Вселенной чаще, чем планеты, похожие на Землю. Планеты с потенциально пригодными для поддержания жизни океанами обычно находятся в так называемой "зоне Златовласки": достаточно далеко от Солнца, чтобы не было слишком жарко (это дальше, чем кипящая Венера), но достаточно близко, чтобы все не замерзло (это ближе, чем ледяной спутник Юпитера Ганимед). Исследования показали, что эта пригодная для жизни зона особенно мала для планет с большими океанами. Их вода рискует либо полностью замерзнуть, что сделает планету еще холоднее, либо испариться в результате безудержного парникового эффекта, при котором слой водяного пара препятствует утечке тепла, и планета становится все жарче и жарче.
Таким образом, обитаемая зона для пустынных планет намного больше, поскольку на внешнем краю у них будет меньше снежного и ледяного покрова и они будут поглощать больше солнечного тепла, в то время как на внутреннем краю меньше водяного пара и, следовательно, меньше риск возникновения безудержного парникового эффекта. Также важно отметить, что, хотя расстояние от их местной звезды может дать общую среднюю температуру для планеты, такое среднее значение может вводить в заблуждение. Например, как на пустынном, так и на океаническом Арракисе средняя температура пригодна для жизни, но ежедневные перепады температур на океанической планете гораздо более благоприятны. В настоящее время даже самые мощные телескопы не могут измерить температуру с такой точностью. Они также не могут увидеть в деталях, как расположены континенты на отдаленных планетах. Это снова может означать, что средние значения вводят в заблуждение. Например, в то время как океанический Арракис, который мы смоделировали, был бы очень пригоден для жизни, большая часть суши находится в полярных регионах, которые круглый год покрыты снегом, так что фактический объем пригодной для жизни суши намного меньше.
Такие соображения могут быть важны в нашем далеком будущем, когда Земля, по прогнозам, сформирует суперконтинент с центром на экваторе. Этот континент сделает планету слишком жаркой для выживания млекопитающих и других форм жизни, что потенциально приведет к массовому вымиранию. Если наиболее вероятными пригодными для жизни планетами во Вселенной являются пустыни, то они вполне могут представлять собой очень экстремальные условия, требующие значительных технологических решений и ресурсов для обеспечения жизнедеятельности — например, пустынные миры, вероятно, не будут иметь богатой кислородом атмосферы. Но это не остановит людей от попыток. Например, Илон Маск и SpaceX имеют грандиозные амбиции по созданию колонии на ближайшей к нам пустынной планете, Марсе. Но многочисленные проблемы, с которыми они столкнутся, только подчеркивают, насколько важна наша собственная Земля как колыбель цивилизации — особенно учитывая, что богатых океанами миров может быть не так много, как мы бы надеялись. Если люди в конечном итоге колонизируют другие миры, им, вероятно, придется столкнуться со многими из тех же проблем, что и персонажам "Дюны".
