Що клімат Арракіса може розповісти про полювання на придатні для життя екзопланети

“Дюна” Френка Герберта – це епічне науково-фантастичне оповідання, в основі якого лежить екологічний меседж. Дія романів і фільмів відбувається на пустельній планеті Арракіс, яку різні персонажі мріють перетворити на екологічно чистий світ – подібно до того, як дехто уявляє собі Марс сьогодні.

Ми вивчали Арракіс за допомогою кліматичної моделі – комп’ютерної програми, подібної до тих, що використовуються для прогнозування погоди. Ми виявили, що світ, створений Гербертом задовго до появи кліматичних моделей, був напрочуд точним – і був би придатним для життя, якщо не гостинним.

Однак Арракіс не завжди був пустелею. Згідно з легендами Дюн, 91 відсоток планети колись був вкритий океанами, доки якась давня катастрофа не призвела до її опустелювання. Вода, що залишилася, була вилучена піщаною фореллю, інвазивним видом, занесеним на Арракіс. Вони розмножилися і перенесли рідину в порожнини глибоко під землею, що призвело до того, що планета ставала все більш і більш посушливою.

Щоб побачити, як великий океан вплине на клімат і придатність планети для життя, ми використали ту саму кліматичну модель – додали океан, не змінюючи жодних інших чинників.

Коли більша частина Арракісу буде затоплена, ми підрахували, що середня глобальна температура знизиться на 4°C (7,2°F). Це відбувається здебільшого тому, що океани додають вологи в атмосферу, що призводить до збільшення кількості снігу та певних типів хмар, які відбивають сонячну енергію назад у космос. Але це також пов’язано з тим, що океани на Землі і (ми припускаємо) на Арракісі виділяють “галогени”, які охолоджують планету, виснажуючи озон, потужний парниковий газ, якого на Арракісі було б значно більше, ніж на Землі.

Не дивно, що світ океану у 86 разів вологіший, оскільки так багато води випаровується з океанів. Це означає, що рослини можуть рости, оскільки вода більше не є обмеженим ресурсом, як на пустелі Арракіс.

Вологіший світ був би стабільнішим

Океани також зменшують перепади температур, оскільки вода нагрівається і охолоджується повільніше, ніж суша. (Це одна з причин, чому в Британії, оточеній океанами, відносно м’які зими і літо, тоді як у місцях, розташованих далеко в глибині материка, влітку спекотно, а взимку дуже холодно). Тому клімат океанічної планети більш стабільний, ніж у світі пустель.

У пустельному Арракісі температура може сягати 70°C (158°F) і вище, тоді як в океанічному стані найвища зареєстрована температура становить близько 45°C (113°F). Це означає, що океанський Арракіс був би придатним для життя навіть влітку. Ліси і сільськогосподарські культури могли б рости за межами (все ще холодних і засніжених) полюсів.

Однак є один недолік. Тропічні регіони були б охоплені великими циклонами, оскільки величезні теплі океани містили б багато енергії і вологи, необхідної для формування ураганів.

Пошук планет, придатних для життя

Все це не зовсім абстрактна вправа, оскільки вчені, які шукають придатні для життя “екзопланети” у далеких галактиках, також займаються пошуком подібних речей. Наразі ми можемо виявити такі планети лише за допомогою величезних космічних телескопів, які шукають ті, що схожі на Землю за розміром, температурою, наявною енергією, здатністю містити воду та іншими факторами.

Ми знаємо, що пустельні світи, ймовірно, більш поширені у Всесвіті, ніж планети, схожі на Землю. Планети з потенційно придатними для життя океанами зазвичай знаходяться у так званій “золотій зоні”: досить далеко від Сонця, щоб не бути занадто гарячими (тобто далі, ніж кипляча Венера), але досить близько, щоб не замерзнути (тобто ближче, ніж крижаний супутник Юпітера Ганімед).

Дослідження показали, що ця придатна для життя зона особливо мала для планет з великими океанами. Їхня вода ризикує або повністю замерзнути, що зробить планету ще холоднішою, або випаруватися в результаті парникового ефекту, коли шар водяної пари перешкоджає виходу тепла, і планета стає все гарячішою і гарячішою.

Таким чином, придатна для життя зона набагато більша для пустельних планет, оскільки на зовнішньому краю вони мають менше снігу і льоду і поглинають більше сонячного тепла, тоді як на внутрішньому краю менше водяної пари, а отже, менший ризик виникнення парникового ефекту, що витікає.

Важливо також зазначити, що, хоча відстань від місцевої зірки може дати загальну середню температуру для планети, таке середнє значення може бути оманливим. Наприклад, як пустельні, так і океанські Арракіси мають середню температуру, придатну для життя, але щоденні перепади температури на океанській планеті є набагато більш гостинними.

Наразі навіть найпотужніші телескопи не можуть відчути температуру з такою деталізацією. Вони також не можуть побачити в деталях, як влаштовані континенти на далеких планетах. Це знову ж таки може означати, що середні значення є оманливими. Наприклад, хоча океан Арракіс, який ми змоделювали, був би дуже придатним для життя, більша частина суші знаходиться в полярних регіонах, де цілий рік лежить сніг – тому реальна кількість придатної для життя землі набагато менша.

Такі міркування можуть бути важливими в нашому далекому майбутньому, коли Земля, за прогнозами, сформує суперконтинент з центром на екваторі. Цей континент зробить планету занадто спекотною для виживання ссавців та інших видів життя, що потенційно може призвести до їх масового вимирання.

Якщо найбільш вірогідними планетами, придатними для життя у Всесвіті, є пустелі, то це можуть бути дуже екстремальні середовища, які потребують значних технологічних рішень і ресурсів для підтримки життя – наприклад, пустельні світи, ймовірно, не матимуть атмосфери, багатої на кисень.

Але це не зупинить людей від спроб. Наприклад, Ілон Маск та SpaceX мають грандіозні амбіції створити колонію на найближчому до нас пустельному світі – Марсі. Але численні виклики, з якими вони зіткнуться, лише підкреслюють, наскільки важливою є наша Земля як колиска цивілізації – особливо з огляду на те, що багаті на океани світи можуть виявитися не такими багатими, як ми сподіваємося. Якщо люди врешті-решт колонізують інші світи, їм, ймовірно, доведеться мати справу з багатьма тими ж проблемами, що й героям фільму “Дюна”.