четвертей всех звезд Млечного Пути — красные карлики. Это самые легкие и долговечные звезды. Ближайшая к нам звезда Проксима Центавра — одна из них. Масса самых легких красных карликов составляет лишь одну десятую массы Солнца, а температура поверхности — 2000 °C, это чуть жарче, чем пламя свечи. Долгота жизни красных звезд-карликов кажется достаточной для того, чтобы где-то неподалеку от них успела зародиться жизнь. Но и тут есть подвох. Чтобы понять, в чем он заключается, давайте взглянем на спутник Земли — Луну. Она как раз демонстрирует тот феномен, о котором я говорю. Наверняка вы замечали, что мы, находясь на Земле, всегда видим одно и то же «лицо» на Луне. А значит, Луна всегда обращена к нам одной и той же стороной. Разве это не странно?
Наше Солнце
Солнце представляет собой плазменный шар диаметром около 1,4 млн км, поверхность разогрета до 5500 °C, а центр — до 15 млн градусов. Благодаря своей массе — 2 х 1030 кг — внутри ядра Солнце обладает достаточной температурой для того, что плавить водород, превращая его в гелий, который является для него источником энергии. Солнце работает на водороде в течение 4,567 млрд лет и будет светить еще примерно 5 млрд лет. Однако со временем все изменится. Когда топливо в ядре Солнца станет заканчиваться, термоядерный синтез сместится во внешние слои. Его оболочка раздуется и образует большую звезду, внешний слой которой остынет и, следовательно, покраснеет: Солнце станет красным гигантом. Раздувшись, внешняя оболочка Солнца также испытает на себе ослабление гравитационного притяжения, а значит, ее части начнут буквально разлетаться по Вселенной. Разрушенная оболочка Солнца сформирует красочную планетарную туманность. А его ядро, напротив, из-за усилившейся гравитации образует компактный объект размером с Землю — белый карлик, чья масса будет меньше нынешней массы Солнца.
Сфотографированная через специальный фильтр поверхность нашего Солнца: на нем происходит извержение, то есть возник так называемый протуберанец. Для сравнения: наша Земля в том же масштабе
Источник: SDO, NASA
Я встречал людей, радостно сообщавших, мол, они доказали, что Луна не вращается. Ха-ха, хорошая попытка! Но никогда не стоит говорить об этом с астрофизиком. Само собой, она вращается. И два вращающихся тела, Земля и Луна, взаимно влияют друг на друга. И вновь на арене гравитация, точнее приливные силы. Оба тела деформируются. Приливы и отливы — это известные эффекты, возникающие под действием приливных сил Луны (и Солнца). На стороне Земли, обращенной к Луне, из морской воды образуется выпуклость, «гора»; то же самое происходит и с противоположной стороны благодаря действию центробежной силы. Земля под ними вращается, и благодаря эффекту трения ее вращение даже немного замедляется. Заметить это замедление сложно даже в масштабе тысячелетий, и тем не менее продолжительность дня значительно возросла, примерно на одну секунду за 100 000 лет. Общий момент импульса системы, состоящей из двух тел, Земли и Луны, несмотря на это, должен оставаться неизменным. Поэтому замедление вращения одного из тел должно сопровождаться увеличением расстояния между ними. И Луна действительно удаляется от нас на добрых три дюйма в год. Можно также сказать, что импульс вращения Земли преобразуется в орбитальный момент импульса Луны.
Приливные силы Луны (и Солнца) благодаря приливам и отливам превращают земной шар в эллипсоид. Вот упрощенная схема приливов, отливов и течений на Земле
Автор иллюстрации А.Мюллер по образцу Виктора Гомера, DPG, Бад Хоннеф
Выполняя миссию «Аполлон-11», астронавты НАСА во время высадки на Луну оставили на ее поверхности угловые отражатели. Независимо от того, как вы пошлете свет на эти отражатели, он вернется, сохранив направление — они работают как катафоты, специальные отражатели на велосипедах. Ученые, к примеру, использовали метод лазерной локации Луны, чтобы определить расстояние между Землей и Луной с точностью до сантиметра и подтвердить, что оно постепенно увеличивается. В долгосрочной перспективе солнечные затмения станут исключительно кольцеобразными, потому что видимый диаметр (о нем читайте на с. 117) Луны уменьшается и, если смотреть с Земли, она всегда будет казаться меньше Солнца. Если инопланетяне посетят Землю прямо сейчас, у них появится уникальная возможность наблюдать полное солнечное затмение, при котором Луна практически полностью перекрывает Солнце, но в будущем этого прекрасного аттракциона им не видать. Эффект взаимной синхронизации двух вращающихся вокруг друг друга тел называется приливным трением, и в итоге он приводит к связанному вращению: Луна всегда показывает Земле лишь одну из своих сторон.
Планета Миллер в фильме «Интерстеллар» (см. главу 2) полностью покрыта водой. Вновь и вновь ее накрывают метровые волны-гиганты, их порождают приливные силы черной дыры. Очень правдоподобная картина.
Ближайшая к Солнцу планета, Меркурий, почти синхронизирована с ним. А вот в случае с Венерой дела обстоят иначе. В последнее время исследователи связывают этот факт с так называемыми тепловыми приливами. Под этим выражением они подразумевают, что излучение на планете меняется в течение дня, а значит, атмосфера нагревается по-разному. В результате и газовая оболочка расширяется по-разному, крутящий момент постоянно меняется, а вместе с ним и вращение планеты. Тепловые приливы могут поспособствовать зарождению жизни на планетах, расположенных довольно близко к звездам.
Первая обнаруженная экзопланета, 51 Пегаса Ь, с 15 декабря 2015 года официально носит название Димидий (лат. «половина»), и вот она-то как раз и столкнулась с проблемой связанного вращения. Она находится так близко к звезде, что их вращение синхронизировалось. Вполне очевидно, что происходит в таких условиях, как в системе Земля — Луна, а именно когда планета всегда поворачивается к своей звезде одной и той же стороной: на стороне, обращенной к звезде, воцаряется вечный день, а на противоположной — вечная ночь. Нечто подобное представлено в фильме «Черная дыра» (США, 2000), главную роль в котором сыграл завсегдатай боевиков Вин Дизель. Но там причиной воцаряющейся на всей планете каждые 22 года тьмы было солнечное затмение.
Что ж, если вам нравится, когда вокруг светло, достаточно перейти на светлую сторону планеты. Однако существует куда более серьезная проблема: если на планете есть газовая атмосфера, то постоянное воздействие света звезды приводит к тому, что атмосфера над половиной планеты, обращенной к ней, сильно нагревается и в конечном итоге испаряется. По этой причине экзопланета 51 Пегаса Ь, по-видимому, не имеет газовой атмосферы.
Аналогичная проблема существует в системе Trappist-1. В 2017 году ее обнаружение вызвало огромный ажиотаж в СМИ, ведь ничего подобного мы еще не видели: вокруг звезды Trappist-1
