Справочник автора/Планеты

Материал из Posmotre.li
Перейти к: навигация, поиск
Типы экзопланет

Планеты. Какие? Нет, не однообразные, не с трактиром, базаром и церковью и не очень кстати оказавшиеся под боком. Потому что здесь Справочник Автора, а не Вукипедия. Это научно-популярная статья о планетах, как их понимает современная наука и как их должен понимать фантаст, претендующий на звание научного.

Генезис[править]

Прежде всего, где их искать?[править]

Планеты могут образоваться не у всех звёзд. Совершенно точно не у голубых: они бесплодны, если вы понимаете, о чём я. А если без шуток юмора, то голубые звёзды живут слишком мало, чтобы у них успели образоваться твердые планеты. Да и нагревают они будь здоров.

Если вам нужна не абы какая планета, а с развитой или даже разумной жизнью, то выкиньте из списка белые и красные звёзды. Они слишком заняты пальбой друг по другу из маузеров. Ладно, хватить каламбурить: белые звёзды живут достаточно, чтобы обзавестись планетами, но не настолько долго, чтобы на этих планетах завелась жизнь, либо это совсем выморочные белые карлики. А красные — либо очень тусклые, но невероятно долгоживущие и многочисленные красные карлики (жизнь там возможна, хоть и менее вероятна, чем в системе солнцеподобной звезды), либо сильно проэволюционировавшие красные гиганты, которые свои старые жизнеспособные планеты съели, а на свежеразогретых, бывших ледяных, ничего зародиться не успеет: век красного гиганта тоже недолог.

Короче: землеподобные планеты живут только вокруг звёзд классов от M5V (ниже начинаются ультрахолодные карлики, имеющие неприятное свойство вываривать свои «потенциально обитаемые» планеты ещё на стадии Хаяши, длящейся шибко долго; Проксима и знаменитая TRAPPIST-1, увы, попадают именно сюда) до F6V (у более ярких звезд жизнь к организменной форме дойти просто не успеет), т. е. от оранжевых до желто-белых главной последовательности, задевая наиболее яркие красные). Но и это ещё не всё. Если протозвезда наворачивает обороты слишком вяло, когда рождается, у неё не сформируется большого протопланетного диска. А если она старая и низкометалличная, то в этом диске будет прежде всего водород, и планеты, соответственно, будут только газовыми карликами (чаще всего горячими).

Впрочем, планеты могут быть и блуждающими — выброшенными из своей системы и свободно странствующими по космосу. Такие рано или поздно могут быть захвачены гравитационным полем чужой звезды, в том числе и такой, которой «в норме» планет не полагается. При этом, поскольку планета уже прошла все предварительные этапы формирования, для развития жизни на новом месте ей потребуется меньше времени, чем планете, формирующейся с нуля, точнее микробы успешно переживут это странствие и долгое замораживание. Впрочем, орбита захваченной планеты будет, скорее всего, сильно вытянутой и для жизни не пригодной. Хотя достаточно высокоразвитая цивилизация может пережить такое путешествие (которое вполне может длиться миллионы лет с превращением планеты в ледяной шар с замёрзшей атмосферой) и даже сделать его преднамеренным и управляемым [1].

Теперь, откуда они берутся?[править]

Как уже отмечалось выше и в статье «Звёзды», когда звезда рождается, у нее может сформироваться протопланетный диск. Это значит, что когда облако газа и пыли только начинает сжиматься, оно приобретает форму не шара, а юлы. Потом центральное утолщение обособляется в звезду, а по краям юлы из газа и пыли начинают формироваться планеты.

Для начала — немного терминологии: газы, льды и металлы. Газы — это водород (H) и гелий (He). Металлы — все более тяжелые элементы, в том числе и неметаллы: в астрономии и кислород металл. Льды — летучие соединения металлов с водородом, например, вода, аммиак и метан, или друг с другом, например угарный и углекислый газ. Газы и льды вместе называются летучими веществами. Элементы тяжелее железа (Fe) на планете находятся в микроскопическом количествах, потому что образуются ТОЛЬКО в результате взрыва сверхновой, остальные синтезируются в ядрах звёзд из водорода и гелия. Отсюда следует интересный вывод: теоретически жизнь (по крайней мере, похожая на земную) имеет больше шансов зародится в немолодых рассеянных звёздных скоплениях рядом с бывшими короткоживущими голубыми и белыми звёздами, отпахавших свое. Жизни тяжёлые элементы не то, что бы необходимы, а крайне полезны. В сильно густых и молодых скоплениях звёзд жизнь, скорее всего, не приживется из-за облучения звёзд — соседей, поэтому возникновение её в том же самом ядре галактики под вопросом.

Сначала нарождающаяся планетная система имеет форму роя планетезималей — небольших комков, похожих на астероиды, хаотически вращающихся по неустойчивым орбитам. Они собирают пыль и льды и растут, а иногда сталкиваются, разбиваются и превращаются в пыль и льды. Постепенно они частично разлетаются кто куда, частично слепляются в комья размером от Луны до Марса.

Потом в середине загорается звезда. Сперва ее излучение выметает внутреннюю систему от остатков газов, и начинает плавить льды. Во внутренней системе остаются только тугоплавкие соединения, которые превращаются в горные породы и продолжают аккрецию на имеющиеся планетезимали; в результате получаются каменистые планеты. Чем ближе к звезде, тем более тугоплавким должно быть вещество, чтобы там остаться, поэтому близкие (нижние) планеты — плотные и тяжелые, дальние (верхние) — неплотные и легкие.

Во внешней системе тем временем завершается аккреция газовых гигантов. Все газы, еще остающиеся там, и те, что нагнаны с внутренней системы, собираются вокруг крупнейших планетезималей, способных удержать водород своей гравитацией, и в итоге получаются гиганты, в которых больше водорода, чем собственно планетезимали. В некоторых случаях, если орбиты газовых гигантов неустойчивы, их может перебросить во внутреннюю систему в результате гравитационного взаимодействия (раскидав при этом все каменистые планеты) или вообще выбросить долой из системы. В Солнечной системе, к счастью, ни один газовый гигант к Солнцу не попёр, но астрономы-экзопланетологи нашли немало систем, где произошло именно это.

Звезда разгорается ярче и выметает мусор уже и из внешней системы; только на её тёмных окраинах, т. н. поясе Койпера и рассеянном диске, сохраняется первозданный неубранный статус-кво. А на внутренних планетах тем временем начинается первая геологическая эра — катархей, или гадей. Они уже сформировались и достигли нужного размера, но дифференциации у них ещё нет, тектоника, вулканизм и планетарное динамо не запущены. Крупный мусор всё ещё там, и периодически падает на планеты, совершая т. н. позднюю тяжелую бомбардировку.

Все каменистые планеты на стадии катархея одинаковы. Однородные, безмолвные, с первозданной атмосферой из метана и аммиака, периодически обстреливаемые падающими булыжниками. А вот от того, что произойдет дальше, и зависит, какая планета получится.

Что есть что у планеты?[править]

  • Дифференциация. Это означает — разделение на ядро, один или более слой мантии и, возможно, кору. Дифференциация происходит под действием высокой температуры, накопленной в результате: а) радиоактивного распада тяжелых элементов, б) поздней тяжелой бомбардировки, в) приливной деформации, если есть чему планету деформировать.
  • Ядро. Внутренний шарик планеты. Бывает железо-никелевое и силикатное (каменное), а железо-никелевое в свою очередь бывает горячее и холодное.
  • Планетарное динамо. Источник магнитного поля планеты; у землеподобных планет оно находится в горячем, вращающемся железоникелевом ядре, а у газовых гигантов — в слое металлического водорода в мантии. Магнитное поле — штука важная, оно позволяет отклонять излучаемые звездой заряженные частицы (солнечный ветер), предохранять атмосферу и жизнь.
  • Вулканизм. Явление, вызванное горячей, расплавленной мантией, вещество из которой прорывается на поверхность. Играет большую роль в обогащении коры минералами и рудами, поэтому жизненно важен для технической цивилизации. Он же создает ценную атмосферу из азота, углекислого газа и водяных паров.
  • Тектоника. Разделение коры планеты на плиты, передвигающиеся друг относительно друга и формирующие рельеф. Планета без тектоники плоская, как Ивановская область, на ней нет отдельных океанов и материков. Тектоника облегчает вулканизм; на стыках плит легко формируются вулканы, которые обогащают горные регионы рудами и минералами. Без тектоники могут образовываться только точечные щитовидные вулканы, большие, пологие и редкие.
  • Атмосфера. Проходит через две-три стадии: сначала первородная атмосфера из газов и газообразных льдов через вулканизм сменяется атмосферой из азота, углекислого газа и водяных паров. Потом жизнь в протерозое проходит через т. н. кислородную катастрофу и начинает перерабатывать углекислый газ в кислород.
  • Стратиграфия (деление на геологические эоны, эры и периоды). Эти периоды отслеживаются по слоям, остающимся в коре от каждого. Все твёрдые планеты проходят через период, аналогичный земному катархею, или гадею. А от того, что происходит с ними в архее (или вместо архея), зависит то, что за планета получится. Если архей проходит без сучка и задоринки, зарождается жизнь и начинается эволюция. Далее на примере Земли: протерозой, палеозой, мезозой, кайнозой, наше время.
    • Для Луны и Марса названия эонов свои, особые, потому что данные тела от Земли отличаются, но на ранних стадиях соответствие более-менее однозначное: катархей примерно соответствует лунному нектарию и марсианскому ною, архей — марсианскому гесперию. Дальше уже непохоже.
    • Ни одна жизнепригодная планета, кроме Земли, науке пока не известна открыто 4 кандидата, они ниже выделены жирным шрифтом. Но, думается мне, что когда до них доберутся, учёные замучаются придумывать каждой свои стратиграфические названия, а объединят, где похоже. На марсоподобных планетах будут нои и гесперии, на землеподобных — археи и протерозои, и так далее.
    • Чтобы определить, в каком периоде находится сейчас заданная землеподобная планета (если известно заранее, что она землеподобная), прикиньте по возрасту звезды. До 500—600 млн.лет — катархей, то есть там нет ни нормальной атмосферы, ни океанов, ни вулканизма, ни тектоники, ничего. До 2 млрд лет — архей: есть океаны, атмосфера для дыхания не пригодна, жизнь в виде бактериальных простынь на дне океанов. От 2 до 4 млрд лет — протерозой: кислород есть, но его мало, жизнь уже поинтереснее, но только в океанах. Старше 4 млрд лет — фанерозой (палеозой, мезозой, кайнозой). Кислород есть, жизнь разнообразна, есть и на суше и может попытаться попробовать вас на вкус. Впрочем, это рассуждение можно считать более-менее универсальным лишь для ранних стадий, предшествующих появлению жизни. А вот с какой скоростью (и куда) все пойдет дальше — совершенно не известно. Ниоткуда не следует, например, что переход от одноклеточных к многоклеточным затянется так же надолго, как на Земле — или что он произойдет вообще (если чужая эволюция не породит митохондрии, скорее всего, не произойдет). В целом, имея только один известный пример эволюции биосферы, экстраполировать его на всю вселенную, как минимум, самонадеянно.

Итак, какие они бывают?[править]

  • Землеподобные планеты. По-английски их фамилия Goldilocks (Златовласка; это аналог Машеньки из сказки про трех медведей, которой и не слишком холодно, и не слишком горячо, а в самый раз). На них всё происходит правильно. От ударов, вызванных поздней тяжелой бомбардировкой, и тепла радиоактивного распада они проплавляются, дифференцируются (разделяются ядро и мантия), поверхность остывает, формируются кора, тектонические плиты, запускаются вулканизм и планетарное динамо. Вулканы извергают новую атмосферу, состоящую из азота, углекислого газа и водяного пара. Начинается новый эон — архей. А уж что будет дальше, зависит от того, как повернется эволюция жизни на этой планете.
    • На данный момент (октябрь 2017) в "жилой зоне" известна (но не подтверждена окончательно) одна такая планета за пределами нашей Солнечной системы - Kepler-1505 с (на 19% больше Земли), у звезды-аналога Солнца.
    • Совет автору: поинтересуйтесь различными стратиграфическими эрами и периодами от архея до кайнозоя. А то, куда не плюнь, если землеподобная — то обязательно со зрелой биосферой, снятой в Калифорнии.
  • Каменные планеты. Слишком маленькие, чтобы иметь продолжительный вулканизм, тектонику и атмосферу. Конец катархея для них закончился дифференциацией, и больше ничего. С тех пор они остались каменными и безжизненными. Они не могут удержать никаких летучих веществ, кроме следов самых тяжелых. Температуру могут иметь любую, от 1500 К — температуры плавления тугоплавких пород — до 140 К, на которых кончается внутренняя система.
    • Примеры в Солнечной системе: Меркурий, Луна. Вне Солнечной системы: Kepler-37 b, Kepler-42 d и ряд других.
  • Хтонические планеты. Это, строго говоря, вообще не землеподобные планеты по происхождению — это газовые недоросли, которые образовались (либо подлетели) слишком близко к звезде и с них снесло большую часть (в тяжелых случаях-всю) атмосферу. Получается гигантский Меркурий, хтоническая такая хренобобина. В Солнечной системе их нет, но в других открыты.
  • Марсообразные планеты. Продержались немного подольше, чем каменные. По всей видимости, на таких планетах был полноценный архей (гесперий), во время которого они имели атмосферу, по ним текла вода и, возможно, зарождалась микробиальная жизнь. Но всё равно размером не вышли. Планетарное динамо остановилось, атмосфера выветрилась, вода разложилась солнечным ветром, и осталась только пустыня. С другой стороны, эти планеты — не самый худший случай и вполне поддаются терраформированию; мы бы сейчас смогли начать терраформировать Марс, если бы не были поделены на грызущиеся страны.
  • Парниковые планеты. Начинают так же, как и землеподобные. Но по какой-то причине у них останавливается процесс связывания углекислого газа (который на Земле происходит через океаны, а из них — в карбонат кальция). Парниковый эффект вызывает закипание океанов и усиливает сам себя. В итоге — девяносто атмосфер углекислого газа и пятьсот градусов жары. Если планетарное динамо ещё действует, то атмосфера этих планет сохраняет воду в виде пара, и их можно терраформировать путем охлаждения и конденсации. Если нет — вода разложена солнечным ветром. Пример последнего в Солнечной системе — Венера. У других звезд тоже известен целый ряд местных "венер" (Kepler-1185 c, Kepler-438 b, Kepler-395 c и т.д.). Впрочем, парниковый эффект может стать не губительным, а спасительным для жизни, если планета находится слишком далеко от своего светила.
  • Каменно-ледяные и ледяные планеты. Они находятся за т. н. линией снега, или линией льда — воображаемой сферой, за пределами которой лёд не испаряется излучением звезды и ведет себя как порода, а не как летучее вещество. На планете за линией снега не может быть жидкой воды на поверхности или паров воды в атмосфере. Каменно-ледяные планеты дифференцированы; у них каменистое или железоникелевое ядро, каменистая внутренняя мантия и ледяная внешняя мантия, коры как таковой нет. Ледяные («грязные снежки») недифференцированы и состоят из смеси гранул породы и льдов. Примеры в Солнечной системе: Церера, луны газовых гигантов.
    • Луны газовых гигантов. Если в пространстве за линией снега доминируют газовые гиганты, то каменно-ледяные и ледяные тела будут их спутниками. В этом случае возможен особый тип луны: водно-ледяная. Под воздействием гравитационных приливных сил луна деформируется, мнется, ее ледяная мантия проплавляется и становится жидким подлёдным океаном, в котором может зародиться примитивная жизнь. Формируется отдельная кора из твердого льда. Примеры в Солнечной системе: Европа (дифференцированная, каменно-ледяная) и Энцелад (проплавленный недифференцированный снежок).
    • Все ледяные миры очень холодные, зусман там стоит минимум вдвое крепче, чем в Антарктиде: 140 К — это максимум. Атмосферы, как правило, нет. Если звезда испускает достаточное количество радиации, ледяные планеты и луны будут покрыты толином: смесью органических полимеров, получающейся, когда от излучения реагируют водный, аммиачный и метановый льды. В Солнечной системе толин встречается на Титане, Ганимеде, Каллисто и других лунах. Эта субстанция похожа на бурую замерзшую жижу; есть предложения, что толин может быть ценным ресурсом для космонавтов будущего, если мы сделаем биореакторы, способные перерабатывать его в белки, жиры и углеводы.
  • Миры с иными океанами. Не только вода способна образовывать океаны. При более низких температурах могут существовать планеты с океанами из нашатырного спирта, жидкого аммиака или низших жидких углеводородов. На Титане, спутнике Сатурна, существует гидросфера из жидких метана и этана. Атмосфера на таких планетах есть, но для человека она будет ядовитой, удушливой или едкой (например, на том же Титане — смесь азота, углекислого газа, метана и небольшого количества цианистого водорода). Некоторые ученые полагают, что на таких мирах возможна жизнь с иной биохимией — так, на углеродной планете могут быть океаны из нефтеобразной субстанции, карбидно-алмазные континенты и причудливая биота, дышащая угарным газом и мокнущая под бензиновым дождем и асфальтовым градом.
  • Супер-вулканические планеты и луны. Их особенность — сверхмощный вулканизм, поддерживаемый потому, что их постоянно деформируют приливные силы. Супер-вулканические планеты расположены на низких орбитах разнообразных звёзд, обычно — целой стайкой. Супер-вулканические луны находятся на аналогичных орбитах вокруг наиболее тяжелых газовых гигантов (Ио, спутник Юпитера — пример). Ни одна географическая формация здесь не является постоянной, и приземляться сюда опасно: не только из-за вулканизма, а еще и из-за того, что здесь сильная радиация; вокруг тяжелых газовых гигантов — сильные радиационные пояса, а звёзды-карлики излучают сами по себе — да так, что по сравнению с рядом таких планет Венера уже выглядит морозилкой.
  • Сверхземли. Это тяжелые землеподобные планеты, иногда выделяемые в отдельный класс, иногда в подкласс землеподобных планет. Массой от 3 масс Земли. Их особенности:
    • Сильная гравитация. От 1,2 до 1,5 g — к этому еще можно привыкнуть. Выше — нужен вид с другими генами, адаптированный к такой силе тяжести. Даги, к примеру.
    • Удержание летучих веществ. Эти планеты способны удержать гелий. Возможно, на них встречается гелий-3, ценное термоядерное топливо.
    • Плотные атмосферы. Полагают, что норма для сверхземель — 5-10 атмосфер. Обычный земной воздух под таким давлением становится ядовитым, но если атмосфера состоит в основном из гелия, с земными парциальными давлениями азота и кислорода, то дышать ей можно: это, по сути, дыхательная смесь для аквалангов.
      • По состоянию на июнь 2016 года лучший кандидат на такую планету в зоне жизни — Kepler-371 d (увы, тоже неподтвержденный).
  • Батипелагические планеты. Разновидность сверхземель, которым не хватило тяжелых металлов, поэтому они сформировались из льдов, преимущественно водяного. Это промежуточное звено между планетами земной группы и наиболее лёгкими газовыми гигантами — ледяными. Они покрыты океаном в 100 и более км глубиной, на поверхности которого дрейфуют бесчисленные острова из плавающей органики (если не холодно и не жарко) площадью от 10 соток до Мадагаскара и даже немногим более, а на дне залегает внешняя кора из льда, который не тает из-за дикого давления. И только под этой толщей льда — минералы.
    • Прогноз для жизни на таких планетах - благоприятный, черные курильщики на дне найтись должны; возможно, в их атмосферах какая-то доля кислорода образуется небиологическим путем, через радиолиз водяного пара. В атмосферах некоторых из них может действовать сильный парниковый эффект; тогда условия над водой полувенерианские, и только глубже под водой начинается приятная прохлада.
    • Прогноз же для цивилизации — неутешительный: ни огня, ни руд, ни построить чего. Так что местные разумные условно-амфибии, имея понятия о координатах, морское животноводство, судостроение, планеры и катапульты будут очень и очень долго сидеть даже не в каменном веке - камней-то здесь и нет. [2]
    • Предполагается, что одна или две таких планеты находятся в системе Kepler-62 и ещё одна, поменьше - в системе Kepler-442.
  • Газовые гиганты. Подразделяются на ледяные гиганты, или нептуны (основную массу которых составляют такие газы, как метан и аммиак, которые по классификации считаются «льдами») и настоящие газовые гиганты, или юпитеры (основную массу которых составляет водород и гелий).
    • Типируются газовые гиганты по системе Сударского, которая позволяет предсказывать их свойства в зависимости от температуры. По системе Сударского газовые гиганты делятся на пять групп: холодные (метано-аммиачные), прохладные, теплые (водяные облака), горячие (чистые, без облаков) и очень горячие (облака из расплавленных металлов и пород).
    • Отличительное свойство газовых гигантов — это их системы спутников, которые похожи на маленькие солнечные системы. Крупные газовые гиганты были при своём рождении горячими, поэтому могут даже во внешней системе порождать каменистые спутники с металлическими ядрами (пример: Ио). В нашей системе все газовые гиганты холодные, и их подсистемы содержат ледяные и каменно-ледяные луны, одну супервулканическую луну (Ио) и одну с иной гидросферой (Титан). Но в других системах, как уже сказано выше, обнаружены газовые гиганты-мигранты, переместившиеся во внутреннюю систему. Вокруг них могут быть открыты землеподобные спутники, типа Явина IV из «Звездных войн» или Пандоры из «Аватара». Единственная сложность в том, что газовый гигант на аккуратной круглой орбите в зоне Goldilocks — относительная редкость, чуть чаще встречаются эксцентрические, по кривым орбитам. А на их лунах летом можно плавить свинец, а зимой замерзают сопли в носу. Не слишком-то гостеприимно?
  • Карликовые планеты. Их особенность в том, что встречаются они не сами по себе, а в поясах различного мусора (астероидных, Койпера, рассеянных дисках). Во внутренней системе карликовые планеты — по сути, очень большие астероиды, достаточно большие, чтобы стать шарами. В нашей системе есть один пример: Церера. Во внешней системе карликовые планеты — это плутоны, маленькие криогенные шарики, покрытые замерзшим азотом и обретающиеся за областью газовых гигантов, где всё ещё крутятся первозданные планетезимали.

Климат[править]

Циркуляция в атмосфере и гидросфере. Схема термической и галинной циркуляции в океанах: (а) — криоэра с резким континентальным климатом, (б) — термоэра с тёплыми муссонными дождями, достигающими полярных областей

Из одного того, что планета землеподобная, не следует, что это будет Сочи. Климат планеты зависит от различных ее особенностей: океана, года и суток, особенностей орбиты и наклона. Тонкости климата отличают планету-курорт, где нежатся аристократы Галактической Империи, от планеты-тюрьмы, куда свозят на скотовозках воров, шлюх и диссидентов, потому что никто в здравом уме туда добровольно не полетит.

  • Радиус орбиты. От того, где именно планета находится в зоне Goldilocks, зависит то, жаркая она будет или холодная.
  • Океаны. Они играют роль резервуара тепла, смягчающего климат. И на Земле легко заметить разницу между морским климатом и континентальным: просто проведите одно лето у Черного моря, а другое в Сибири. Планета, на которой большая часть поверхности занята океаном, будет иметь более мягкий климат, чем планета с отдельными изолированными морями, а планета с большим количеством маленьких континентов и островов — более мягкий, чем планета с суперконтинентом. С другой стороны, планета без океанов более устойчива к угрозе неконтролируемого парникового эффекта; некоторые учёные полагают, что практически безводная планета может избежать судьбы Венеры, оказавшись на схожей с венерианской орбите. Так что, возможно, Дюна и Татуин все-таки существуют.
  • Наклон оси. Он определяет времена года. Планета без наклона оси не имеет ни зимы, ни лета; жару от холода на ней отделяет только широта. Планета с сильным наклоном оси (более 25 градусов) имеет зиму и лето, более ярко выраженные, чем на Земле.
  • Эксцентрическая орбита. То есть эллиптическая, со звездой в одном из фокусов эллипса, и планетой, то приближающейся, то отдаляющейся от звезды. Это порождает другой вид времён года, не встречающийся на Земле, но встречающийся, например, на Меркурии и Марсе. Эксцентрические времена года действуют на всю планету сразу, а не на отдельные полушария. Отметьте, что эксцентрические времена года могут взаимодействовать с обыкновенными. В одном полушарии они друг друга гасят, и получается мягкий, ровный климат. В другом полушарии они друг друга усиливают, и получается климат резкий, скачковый. На Марсе именно такая ситуация.
  • Светимость звезды. Чем выше светимость звезды, тем более отдаленной должна быть орбита землеподобной планеты, и наоборот. А более отдаленная орбита = более длинный год. Соответственно, у F-звёзд и субгигантов землеподобные планеты будут иметь год в 500—600 земных суток, а у тусклых К-звёзд — в 100-200, не более. У планет же красных карликов год настолько короток, что на него можно и не обращать внимания: за год длиной в месяц никаких существенных скачков в температуре не ожидается. Опять же, чем длиннее год, тем резче климат, жарче лета и холоднее зимы, и наоборот.
  • Резонанс 1:1 («tidal lock»). В этих условиях оказываются планеты красных карликов (примером может быть Kepler-1649 c [неподтв.], самая близкая [из открытых] к Земле по размеру [всего на 4% больше] планета в ОЗ) и более тусклых К-звезд. Планета повернута к звезде только одной стороной, на ней нет ни дня, ни ночи (кроме как на терминаторе — границе светлого и темного полушарий, где при наклоне оси суточный цикл поддерживаться будет, но сутки будут равны году). Тут возможны два варианта: или светлое полушарие — раскалённое, а жизнь возможна только вблизи терминатора (или даже на темной стороне, хотя, очевидно, это не будет жизнь, зависящая от фотосинтеза), или светлое полушарие — нормальной температуры с ураганом в подсолнечной точке, а чем ближе к терминатору, тем холоднее. В любом случае эта планета будет крайне ветреной (атмосфера переносит тепло со светлого полушария на темное, и проявляется это в виде постоянных и мощных ветров).
  • Резонанс 3:2 (и ему подобные). Это альтернатива резонансу 1:1, возможная при эксцентрической орбите (как на Меркурии). В этом случае сутки будут равны аж двум местным маленьким годам, а солнце будет описывать в небе петли.
  • Планеты в кратных системах могут испытывать третий, «великий» вид времен года, который определяется тем, насколько второе солнце приближается или отдаляется. Итерации этого цикла будут длиться не местный год, а звёздный год, т. е. период обращения пары звезд друг вокруг дружки, что может быть сильно больше года. Представьте, что раз в тридцать лет наступает дикий жар, плавящий мозги, который длится два года подряд без зимы. Или представьте планету в резонансе 1:1, к которой раз в те же 30-50 лет прилетает вторая звезда, подтапливает вечные льды на темном полушарии, и климат сходит с ума.
  • Атмосферные ячейки. Для планеты размером с Землю, с земной атмосферой и наклоном оси, свойственно формирование атмосферных ячеек, образующих климатические пояса: сухой полярный, влажный умеренный, сухой субтропический, и влажные тропический и экваториальный. В полярном поясе вероятно образование полярных пустынь, тундр и тундростепей, в сухом субтропическом — степей и пустынь. Присутствие рядом моря смягчает климат, например, в субтропиках рядом с морем образуется очень приятный «средиземноморский» климат, а в полярном поясе рядом с морем вероятнее образование тундростепи, а не полярной пустыни.
    • Смена наклона оси сдвигает границы этих поясов. Чем выше наклон, тем шире полярный и экваториальный пояса, и тем уже все остальные. На сильно наклонённой планете будет только три пояса: северный полярный (сухой), экваториальный (влажный) и южный полярный (сухой).
  • Циклы Миланковича. На нашей Земле они чрезвычайно продолжительны - но что будет, если они будут длиться не десятки тысяч, а десятки земных лет? Ответ: мир, описанный Джорджем Мартином, в котором длительность сезонов вряд ли будет предсказуема.

Необычные орбиты[править]

Кроме привычных нам эллиптических орбит, планеты теоретически могут ходить вокруг звёзд и по нестандартным орбитам. Для того, чтобы такие орбиты были стабильными, необходимо присутствие третьего тела: тяжелого гиганта либо коричневого карлика, объекта, среднего по массе между звездой и планетой, на том же расстоянии от звезды, что и сама планета. Выглядит коричневый карлик, в зависимости от расстояния между ним и планетой, либо как винно-красная яркая звезда, либо как багрово-полосатое зловещее светило размером от Луны и выше.

  • Троянские планеты. Это самый простой вид орбиты с коричневым карликом/суперюпитером, вращающимся вокруг обычной звезды, подобно Юпитеру: просто эллиптическая близкая к круговой орбита, такая же, как у нормальной планеты. Но планета как бы «прибита» к точке L4 или L5 коричневого карлика. Это значит, что она всегда находится на равном удалении от карлика, на 60 градусов впереди или позади. Соответственно, карлик выглядит с планеты всегда одинаково, как яркая винно-красная звезда, дающая свет, как Луна в полнолуние, и ходит по небу синхронно с солнцем, но впереди или позади его на несколько часов. Соответственно, утром или вечером на планете наблюдается время суток, когда светит только карлик, но не солнце, и освещает планету призрачным багровым светом.
    • Ещё одно немаловажное свойство троянской конфигурации состоит в том, что у коричневого карлика может быть не один, а два троянца. Следовательно, таким образом на одну и ту же орбиту можно впихнуть две землеподобных планеты.
  • Подковообразная орбита. В этом случае, планета не «прибита» к коричневому карлику, а периодически с ним встречается, и гравитация карлика перекидывает её то на более широкую, то на более узкую орбиту. Наблюдателю, находящемуся на карлике, кажется, как будто планета гуляет по С-образной (подковообразной) траектории, где карлик расположен аккурат между концами буквы С. Как это отражается на самой планете?
    • Во-первых, карлик то приближается, то удаляется. В моменты наибольшего приближения карлик кажется багрово-полосатым зловещим светилом (и немного греет планету, на градус-другой, что, однако, достаточно, чтобы взбаламутить погодные механизмы). Во всё остальное время карлик — красная звездочка, меняющая яркость и приближение к солнцу.
    • Во-вторых, каждая встреча с карликом перекидывает планету то на более дальнюю, то на более ближнюю орбиту. Это резко воздействует на её климат: во-первых, на планете будут действовать глобальные времена года (которые могут накладываться на полушарные, см. выше), и каждое явление полосатого светила в небе будет сигнализировать смену глобального времени года. Во-вторых, эти времена года будут неравной длительности, «лето» немного короче «зимы».
    • В-третьих, полушарные времена года не будут синхронизированы по длительности с глобальными, и то, и другое будут разными циклическими процессами, и их взаимодействие будет создавать труднопредсказуемую общую длительность теплого и холодного сезона.
  • «Головастиковая» орбита. В этом случае планета вращается вокруг точки Лагранжа коричневого карлика. Тогда она с коротким циклом — меньше года — будет то приближаться к солнцу, то отдаляться от него. С точки зрения наблюдателя на звезде будет казаться, что планета ходит по шестерёнке вместо круга, а с точки зрения наблюдателя на карлике — что она описывает вокруг точки Лагранжа что-то вроде головастика. В результате получится безумный и совершенно непредсказуемый климат, когда сегодня — снег, завтра — жара, послезавтра — дождь, а через два дня — засуха.

Примечания[править]

  1. И с шансами разлететься в процессе с неё намного раньше, чем она куда-то прилетит. Так, если окажется, что прямо завтра Юпитер попрёт на внутреннюю орбиту, а Землю гравитационная катапульта отправит куда-то в галактические гребеня — человечество вполне в состоянии за оставшиеся годы превратить планету в корабль поколений с искусственной биосферой на урановой тяге, а потом и термояд стахановскими темпами освоить. А дейтерия у нас много. И времени — тоже. И опыт строительства кораблей поколений, пусть путём вырубания их в скале, но всё-таки есть. И экзопланеты кое-какие известны. И желание свалить обострилось до крайности. И из гравитационного колодца Солнца сами по себе вылетели, преодолевать не нужно. Сидеть и ждать, что куда-то прилетим? Ха.
  2. В «Науке и жизни» в 2012 публиковался небольшой рассказик про цивилизацию, которая жила на дрейфующих островах из этой самой органики. И таки развивалась, хотя из строительства был доступен максимум крошечный домик из живых веток (никакой деревообработки — только дерево погибнет, как сразу гниёт, использовалось оно только пока живое), острова регулярно сталкивались (и на соседнем острове часто кто-то жил, а поскольку длительного соседства течения не предоставляли — дипломатические отношения были не нужны, и сразу после контакта или тот остров вырезал этот начисто, или наоборот), а в толще воды жили те ещё твари (впрочем, если выживешь ты, а не тварь — то тварь хотя бы вкусная). Впрочем, дно там всё-таки было достижимо, но цивилизация всё равно развивалась именно по этому пути — чисто биологическая. Можете в такую среду поместить массовое воздухоплаванье, тогда там появится смешение со стимпанком.