В своё время фильм Джеймса Кэмерона стал культурным феноменом, где детально и красочно показали жизнь на другой планете. Тем забавнее, что в фильме не раскрыли большей части действительно интересных особенностей жизни на спутнике газового гиганта. Давайте применим базовые знания по астрономии, чтобы понять, какие интересные особенности мы могли бы пронаблюдать на Пандоре на самом деле.
Для начала вспомним, что Пандора — это спутник Полифема, газового гиганта. Это означает, что она крутится не вокруг своей звезды напрямую, а находится на небольшой орбите вокруг центра масс системы - то есть, если упростить, Полифема. Когда два тела, одно из которых более массивное, находятся близко друг к другу, меньшее из них попадает в так называемый приливный захват и начинается вращаться вокруг большего, обращаясь к нему лишь одной стороной. Это мы можем наблюдать у нашего спутника — Луны, а также у спутников Юпитера и Сатурна. Нет причин думать, что на Пандоре будет иначе.
Что это означает? Представим, что мы на Луне и наблюдаем за Землей и Солнцем. Наш солнечный день будет равен периоду обращения вокруг Земли, то есть месяцу, а также одна сторона всегда будет смотреть в сторону планеты, в то время как на второй Землю не будет видно никогда. То же будет верно и для Пандоры: у нас будет наблюдаться четкое деление на "тёмную" и "светлую" сторону. Впрочем, в нашем случае их удобнее будет называть внешней и внутренней. Сначала разберёмся с внешней, это на первый взгляд достаточно просто.
Внешняя сторона Пандоры
Внешняя сторона Пандоры по световому режиму будет очень похожа на Землю: на ней будет наблюдаться четкая смена дня и ночи. Однако длительность световых суток наверняка будет намного дольше: предположительно от одной до пяти недель (да подскажут мне астрономы, какой вариант наиболее вероятен, если считать Полифем равным по массе Юпитеру, а Пандору Земле). Как мне кажется, существует несколько вариантов, в зависимости от радиуса орбиты и чем ближе к гиганту Пандора, тем короче будет период обращения. Пока остановимся на среднем и удобном для дальнейших представлений варианте из предполагаемого мной диапазона в три недели.
Теперь представьте: треть от этого времени будет занимать день, треть ночь, а оставшуюся треть — переходные периоды сумерек (утро и вечер). Солнечная неделя дня, растянутый на полнедели закат, мрачная и холодная неделя ночи,
а затем ещё полнедели рассвета. Очевидно, что перепад температур в таких условиях будет намного больше, чем на Земле. И, в зависимости от того, близко или далеко от звезды будет находиться Полифем, может быть три важных для представления о климате и биосфере Пандоры варианта.
Если планета будет далеко от местного солнца, дальше чем Земля, то среднесуточная температура будет значительно ниже. Соответственно, длинный день будет единственным приятным периодом для существования жизни: всё остальное время будет слишком холодно и темно, поэтому все будут переходить к спячке. В таком варианте тепло будет ближе к экватору, и, скорее всего это будет единственная относительно развитая экосистема планеты.
Если планета будет близка по средней освещенности к Земле, то и средняя температура будет близка. Однако длинным днём будет очень жарко: адский полдень на экваторе будет спокойно поднимать температуру выше 100 градусов. Разумеется, такое регулярное кипячение сделает экваториальные области почти стерильными. Если в этой области будут находиться океаны, что достаточно вероятно, они будут интенсивно испаряться и повышать влажность атмосферы, порождая кучу бурь. В то же время приполярные области будут влажными и теплыми, эти регионы будут пригодными для жизни. Интересно, что экватор по сути разделит половины планеты на северную и южную, эволюция в которых будет идти полностью независимо. Ночью будет холодно, однако накопленного тепла может хватать на некоторое время, и экваториальная баня будет постепенно отдавать тепло соседним областям даже после захода солнца. Так что в начале ночи жизнь всё ещё будет оставаться активной, однако ближе к полуночи всё же переходить в спячку. Такой вариант будет способствовать наибольшему разнообразию жизни.
Наконец, третий и самый скучный вариант: Пандора расположена ближе к звезде, чем Земля и соответственно, там теплее. В таком случае кипятилась бы почти вся поверхность планеты, и то, что ночью при этом было бы достаточно тепло, не делает картину интереснее.
Важно отметить, что большая разница температур будет означать и большую разницу в давлении. Соответственно, днём сильные ветра будут распространять влагу не только от экватора к полюсам. но и с внешней стороны на внутреннюю. Причем в первом варианте она будет, вероятно, необратимой, и потому даже экваториальные экосистемы скорее всего будут находиться в условиях дефицита воды, а без неё развитие жизни не пойдёт. Это значит, что интересная флора и фауна может быть лишь при втором варианте, близком к земному.
Внутренняя сторона Пандоры
Здесь история становится более любопытной. Чтобы понять, как именно будет устроен световой день на внутренней стороне Пандоры, вернёмся к аналогиям.
Луна ярко светит на Землю, а Земля ещё ярче (просто потому что больше площадь поверхности) светит на Луну, отражая солнечные лучи. И поскольку в модели Пандоры нам нужно думать в лунном ключе, на её внутренней стороне ночью будет очень светло за счёт отражаемого Полифемом света. Голубой свет, отражаемый гигантом будет создавать удивительно яркие сумерки, которые трудно сравнить с чем-либо на Земле. В ясную погоду будет намного более ярко, чем любое полнолуние.
В то же время день будет разделен на две фазы: до и после полудня. Причем полдень не будет самым теплым и светлым временем: если рассматривать вариант без значительного наклона орбиты (что мы наблюдаем у газовых гигантов нашей системы), то газовый гигант будет закрывать звезду, формируя мощное полуденное затмение.
Здесь же стоит добавить, что раз не будет наклона орбиты, то и большой разницы в освещении в течение года не будет, то есть сезонности климата как таковой не будет. Вариант с наклоненной орбитой моделировать сложнее, и при этом не факт, что он окажется интереснее по результатам, но в любом случае рассматривать его сейчас не будем.
Итак, сутки на внутренней стороне будут устроены несколько иначе:
1. Светлая ночь (неделя).
2. Рассвет (полнедели)
3. Первая половина дня (полнедели)
4. Затмение
5. Вторая половина дня (полнедели)
6. Закат (полнедели)
Из этого мы можем сделать вывод, что колебания освещенности и температуры на внутренней стороне планеты будут больше, чем на Земле, но меньше, чем на внешней стороне. Рассмотрим те же три варианта, которые мы представляли в случае с внешней стороной, чтобы понять, какие из них интереснее с точки зрения жизни.
В случае холодной Пандоры всё будет, очевидно, не слишком интересно. Если даже на внешней стороне на экваторе бывают подходящие условия лишь днём, то на внутренней стороне достаточно теплых моментов будет ещё меньше. Более того, там, возможно, будет скапливаться вода в виде льда, что сделает этот вариант ледяной пустыни под отраженным светом гиганта эстетически любопытным, но при этом мертвым.
Умеренная внутренняя Пандора будет отличаться от внешней. Из-за того что полуденные лучи не будут доходить до планеты, а вместо самого светлого времени суток будет наблюдаться длительное затмение, охлаждающее планету, условия для жизни там будут более комфортные, и, вероятно, там обойдётся без кипящего экватора, хотя там всё равно будет жарковато, но влажные ветра с внешней стороны вряд ли дадут начаться полноценному иссушению. И поскольку ночью там будет светло, значительную часть времени там будет наблюдаться активность: ночью больше на экваторе, всё ещё жарким днём, пусть и разбитым на две половины, - ближе к полюсам. Такой же жесткой изоляции между полушариями, как на внешней половине, вероятно, ждать не стоит, но при этом переход между ними чисто экологически будет сильно осложнён. Это означает, что и на внутренней стороне будет наблюдаться значительное различие видового разнообразия между южным и северным полушарием. Такая модель достаточно интересна.
Жаркая Пандора будет очень сильно прогреваться и с внутренней стороны, однако, затмение может защитить приполярные области от выкипания. Такой вариант жизни будет чем-то похож на то, что мы предполагаем на умеренной внешней Пандоре, но будет более влажным. Тем не менее, жизни на такой планете будет очень тяжело, и, скорее всего, она если и не погибнет совсем, то останется очень примитивной.
Промежуточные области и роза ветров
Важно понимать, что у такой планеты не будет четкого деления на внутреннюю и внешнюю сторону: это будет постепенный переход, однако, большую часть планеты проще описать как внешнюю сторону, потому что там всё же будет наблюдаться солнечный полдень. Таким образом, климат будет определяться двумя пространственными направлениями: экватор-полюс и внешняя-внутренняя стороны. Чем ближе к экватору, тем жарче, чем ближе к внутренней стороне — тем мягче перепады температуры.
Большие перепады давления и температуры будут создавать мощные ветра и переносимые ими грозы, идущие как от экватора на полюса, так и перпендикулярно, от внутренней стороны на внешнюю и обратно. Вернее, по планете будет регулярно проходить штормовая волна. Для того, чтобы понять, почему, давайте представим ситуацию внешнего полудня.
Температура и давление на внешней стороне высокие, это двигает воздух в сторону наименьшего сопротивления, то есть туда, где холодно и давление низкое. С одной стороны от внешнего полюса Пандоры будет уже прогретая, пусть и остывающая зона, а с другой та, которая ещё только начинает нагреваться. На первой уже закат, на второй только наступает рассвет. Тепло идёт за солнцем, а ветер с солнцем приходит. Получается, мощный ветер будет приходить с востока вплоть до самого утра.
Если мы сложим вектора, получится, что доминирующие ветра на этой планете будут юго-восточными в северном полушарии и северо-восточными в южном. Штормовая волна будет распространяться с запада на восток, принося влагу и разрушения, что несомненно станет важным фактором естественного отбора. Ветер будет усиливаться вторую половину ночи и подобная дорассветная буря станет серьезным испытанием для местной флоры и фауны, пробуждающим жизнь после ночной спячки.
Активным будет и перемешивание воды, то есть в океанах будут наблюдаться мощные течения. При этом по большей части жизнь в них будет лишь в приполярных зонах: у экватора и достаточно далеко от него вода будет слишком горячей.
Итоговые выводы о природе Пандоры
Самое время завершить наш научно-фантастический анализ.
1. Пандора будет находиться в состоянии приливного захвата Полифемом, и, вероятно, не будет иметь наклона оси. Это означает отсутствие явно выраженной сезонности и длинный световой день с большим перепадом температуры и давления.
2. Поскольку из-за приливного захвата Пандора будет всегда обращена одной стороной к Полифему, на внутренней стороне возникнет особый режим светового дня. который сделает колебания температуры и освещения мягче. Экосистемы этой половины явно будут уникальными и по меркам планеты, и по нашим представлениям.
3. Длительность светового дня будет дольше, а это приведёт к большему перепаду температур, особенно на внешней стороне. Если освещенность планеты при этом будет сильно отличаться от земной, это сделает планету полностью безжизненной. Но даже при сходной интенсивности звездного излучения экваториальная часть будет практически необитаема.
4. Из-за изоляции две половины планеты (северная и южная) будут эволюционировать независимо друг от друга. Вероятно, даже, что жизнь будет развиваться только на одной из них, потому что попасть на другую очень сложно. Переходы из южного полушария в северное и обратно будут возможны лишь на внутренней половине планеты.
5. Сильные перепады температуры приведут к сильным перепадам давления. Это породит мощные ветра на всей поверхности планеты, в том числе к рассветной штормовой волне. Также разница температур приведёт к усложнению жизни в океанах и сильным океаническим течениям.
Конечно, эта модель довольно грубая, поэтому я буду рад любой помощи или консультации от физиков, хорошо понимающих принципы космической климатологии. В любом случае, в следующей статье мы углубимся в эту модель, чтобы более детально проанализировать экологию планеты и понять, куда на ней была бы направлена эволюция жизни.
