Помимо гибельной радиации планетам в зоне умеренных температур в системах с красными карликовыми звездами угрожает еще и приливный захват. Под воздействием мощного гравитационного притяжения на коротких орбитах одна половина планеты все время обращена к центру системы, тогда как другая (вполне буквально) полностью лишена дневного света.

Чтобы понять, какие губительные последствия это может иметь для жизни, достаточно представить, что произойдет, если Земля окажется в приливном захвате с Солнцем. В главе 12 мы видели, что в условиях полного отсутствия атмосферы средняя температура на Земле составит приблизительно 5 °C. При нахождении Земли в приливном захвате в результате постоянного воздействия солнечного излучения температура на дневной стороне нашей планеты взлетит до 120 °C. Единственным источником тепла на ночной стороне, обращенной в противоположную от Солнца сторону, будут недра нашей планеты. Мизерной энергии этого источника хватит, чтобы поддерживать на поверхности температуру не выше –237 °C. Вместо нынешних благоприятных условий мы получим среду, в которой нам останется лишь выбрать, какой смертью мы хотим умереть — сгореть или замерзнуть.

Но в этой мрачной картине не учитывается влияние планетной атмосферы. В отличие от поверхности планеты, положение которой зафиксировано, окружающие ее газы могут перемещаться по ней. Сможет ли эта циркуляция компенсировать температурные скачки на дневной и ночной сторонах, чтобы планета оставалась пригодной для жизни?

На первый взгляд, ситуация выглядит не очень обнадеживающе. На ночной стороне будет так холодно, что атмосферные газы будут конденсироваться на поверхности. Отсутствие атмосферы над погруженным во тьму полушарием приведет к резкому падению давления, и газы с освещенной стороны устремятся в образовавшуюся пустоту. Оказавшись в условиях экстремально низких температур, они также конденсируются. Продолжаться это будет до полного уничтожения атмосферы. Все закончится ее полным коллапсом.

Катастрофического сценария можно было бы избежать, если бы удалось обеспечить равномерное распределение тепла между полушариями: если на ночной стороне будет поддерживаться достаточно высокая температура, чтобы газ не замерзал, атмосфера останется газовой. При небольшой толщине оболочки перемещение достаточного объема горячего газа по планете будет невозможно. Но в похожей на земную атмосфере с высоким содержанием углекислого газа или азота это может получиться.

Будут ли в покрывающей всю планету атмосфере, как на Земле, условия для формирования озер и морей — уже другой вопрос. Все будет зависеть от того, сможет ли дневная сторона планеты разогреться до температуры кипения воды. На ночной стороне вода обречена оставаться в форме твердого льда. Тамошние низкие температуры грозят замерзанием даже атмосфере. Так что циркуляция воздуха вряд ли способна улучшить ситуацию настолько, чтобы и в темноте вода оставалась в жидкой форме. Если на дневной стороне вода испаряется под воздействием тепла звезды или парникового эффекта в толстой атмосфере, пар в результате циркуляции должен попадать на ночную сторону. Оказавшись в условиях, где температура ниже точки замерзания воды, пар должен конденсироваться и выпасть на обледенелую поверхность в виде снега. Таким образом, ночная сторона станет холодной ловушкой, в которой в конечном итоге сосредоточатся все запасы воды на планете в виде льда. Планета станет походить на гигантское глазное яблоко, вся поверхность которого, за исключением обращенной к звезде области, будет покрыта льдом.

Планета может превратиться в такое глазное яблоко даже при температурах менее 100 °C. Вся испарившаяся вода, переносимая по поверхности ветрами, окажется затянута в холодную ловушку. В отсутствие возможности перехода замерзшей воды в другую форму резервуары планеты постепенно пересохнут. К счастью, ледники Гренландии и Антарктики демонстрируют нам путь решения этой проблемы.

Если бы вода совсем не могла переходить из состояния льда без таяния, наша планета выглядела бы совсем по-другому. Водяные пары в ее атмосфере замерзали бы на полюсах, покидая их только летом. На Земле под действием гравитации массы льда скатываются в низины, образуя ползущие ледовые потоки, которые можно видеть на ледниках. На планете, похожей на глазное яблоко, замерзшая вода может сползать на дневную сторону, где она будет таять и снова испаряться. На границе между льдом и паром, совпадающей с границей между темным и светлым полушариями планеты, из воды в жидкой фазе могут образовываться реки. Эта опоясывающая планету пограничная область станет сумеречной зоной, где в красных лучах постоянного заката звезды может развиться жизнь.

Если температура на планете окажется достаточно низкой, чтобы на дневной стороне глазного яблока могла существовать вода, вместо пустыни там будет море. Такой вариант кажется более пригодным для жизни, чем полоска сумеречной зоны, но он таит в себе опасность. В отличие от суши и воды, которые поглощают значительную часть излучения, попадающего на их поверхность, лед, обладая высокой отражательной способностью, не может аккумулировать тепло. При замерзании воды образовавшийся лед будет отражать тепло, становясь еще холоднее. В результате лед может так никогда и не превратиться обратно в воду, растаяв.

Вероятность угодить в такую ловушку велика для планеты с достаточно низкой температурой поверхности и открытыми участками суши. Интенсивное воздействие звезды на горные породы на дневной стороне может привести к ускорению углеродного цикла и, следовательно, к поглощению из воздуха слишком большого количества углекислого газа. С уменьшением объема парниковых газов температура поверхности может упасть ниже 0 °C, что приведет к замерзанию океана. Превратившись в лед, вода будет отражать все тепло, а значит, планета подвергается риску так никогда и не выйти из состояния «снежка».

Если на планете достаточно тепло, чтобы ей не грозила такая участь, а вода оставалась в жидкой форме, наиболее подходящим местом для жизни станет обледенелое побережье или глубоководье. Там у жизни будет доступ к резервуару жидкой воды, но она будет недосягаема для прямых лучей звезды.

Одна из возможных планет типа «глазное яблоко» — KOI-2626–01. KOI означает «объект, представляющий интерес для “Кеплер”» (Kepler Object of Interest). Этой аббревиатурой обозначают планеты, которые были обнаружены транзитным методом с помощью телескопа «Кеплер», но существование которых еще пока не подтверждено данными дополнительных наблюдений. Чтобы различать потенциальные планеты, к префиксу KOI добавляют номера, а не буквы. Таким образом, KOI-2626–01 — первая планета, обнаруженная у звезды KOI-2626. Если допустить, что этот мир действительно существует, KOI-2626–01 представляет собой землеподобную планету с периодом обращения 38 дней вокруг красного карлика. Существует вероятность, что орбита планеты пролегает в пределах зоны умеренных температур, но при этом она находится в приливном захвате и, возможно, является планетой типа «глазное яблоко».

Учитывая то, насколько сильно климат на планете типа «глазное яблоко» отличается от привычного нам, стоит задуматься, а нужно ли вообще говорить о зоне умеренных температур? При оценке вероятности существования воды в жидкой фазе исходят из допущения, что планета в зоне умеренных температур является землеподобной планетой с равномерным распределением тепла. Очевидно, что для мира типа «глазное яблоко», находящегося в приливном захвате, это допущение не соответствует действительности. Как это ни странно, но благодаря резкому перепаду температур на планете, которая во всем остальном похожа на Землю, вода может оставаться жидкой за пределами области, традиционно считающейся подходящей для этого. В предыдущей главе мы говорили о планете Глизе 581 c, которая находится у внутренней границы зоны умеренных температур, и поэтому считается, что ее поверхность, скорее всего, представляет собой выжженную пустыню, как на Венере. Но из-за двойственной природы планеты типа «глазное яблоко» дневная ее сторона должна представлять собой зону неконтролируемого парникового эффекта, а ночная — холодную ловушку. При этом на границе между ними могут иметься условия для существования воды в жидкой фазе. Таким образом, мы в очередной раз убеждаемся, что на самом деле принципы, которые мы считаем универсальными, применимы далеко не всегда и далеко не к любой среде.

При более высокой плотности атмосферы планеты тепло могло бы равномерно перераспределяться между дневной и ночной сторонами. Венера, на которой сутки длятся дольше года, практически находится в приливном захвате с Солнцем. Несмотря на это, на всей поверхности планеты сохраняется температура, близкая к температуре плавления свинца. Причина заключается в том, что толстая пелена облаков, образующая изолирующий слой, и сильные ветры в верхней части атмосферы Венеры нейтрализуют тепло солнечного излучения. Поверхность Венеры определенно непригодна для жизни: куда бы вы ни отправились на ее поверхности, исход будет одинаковым — вы сгорите.

Вращение Венеры — любопытная головоломка. Планета вращается вокруг оси не только медленно, совершая полный оборот за 243 дня, но еще и в направлении, противоположном направлению вращения Земли. В небе над Венерой Солнце встает на западе, а заходит на востоке.

Это отличие кажется весьма необычным. Все планеты, сформировавшиеся в одном протопланетном диске, должны обращаться по орбитам и вращаться вокруг оси в одном направлении. Аномальное направление вращения часто объясняют катастрофическим столкновением, вызвавшим наклон оси планеты. Например, считается, что Уран обязан необычайно большим наклоном своей оси мощным столкновением, имевшим место на поздних этапах его формирования. Однако причиной вращения Венеры в обратном направлении может быть ее атмосфера.

При взаимодействии с солнечным светом молекулы газа в атмосфере Венеры ускоряются, что приводит к повышению давления над разными участками планеты. Из-за разницы давлений горячий газ перетекает в более холодную область, образуя там участок с газом высокой плотности.

На нагрев газа уходит определенное время, поэтому перемешивание слоев атмосферы происходит с небольшим отставанием относительно движения Солнца. Молекулы газа скапливаются, образуя плотный участок в атмосфере, не на противоположной стороне планеты, а в месте, находящемся под некоторым углом к Солнцу. Когда гравитация Солнца начинает притягивать этот более плотный участок, создается вращающий момент, который приводит в движение атмосферу. При перемещении толстого газового покрывала по поверхности планеты создаваемого им сопротивления оказывается достаточно, чтобы планета начала вращаться в обратном направлении.

Из-за более короткой орбиты Венера рискует оказаться в приливном захвате с Солнцем. Создаваемая атмосферой сила сопротивления может препятствовать этому, заставляя планету медленно вращаться в направлении, противоположном обычному. Любопытно, что в атмосфере земного типа механизм противостояния приливному захвату может быть даже более эффективным. Благодаря высокой степени разреженности воздух будет поглощать меньший объем излучения звезды, давая возможность большему количеству тепла проникать через газ к поверхности. Поэтому создаваемая звездой разница температур будет сильнее влиять на сопротивление газа вращению планеты, чем в том случае, когда газ погребен на дне такой толстой атмосферы, как на Венере. Это приводит к созданию более высокого вращающего момента там, где его влияние чувствуется сильнее всего, — вблизи поверхности планеты.

Существующих данных о планетах, обращающихся вблизи своих звезд, недостаточно, чтобы определить, скольким из них удалось избежать приливного захвата. Но если этот механизм эффективен, он может помочь планете с атмосферой, похожей на земную, не превратиться в «глазное яблоко» даже в зоне умеренных температур в системе с красным карликом.