Книга "Проект Áve, María", а затем одноимённый фильм наделали много шума и произвели большое впечатление на всех любителей хорошей, то есть научной, фантастики.
В ней нет Силы и световых мечей, но есть некоторые допущения для большей закрученности сюжета, мягко говоря, игнорирующие известные нам законы физики и биологии. В первую очередь - биологии.
Да, можно сказать, что инозвёздные живые организмы "астрофаги" на то и инозвёздные, что бы не подчинится известным нам билогическим законам. Верно, но основные законы биологии основаны не на авторском произволе Дарвина и прочих земных учёных, а на законах термодинамики, сохранения энергии и импульса, законе сохранения массы.
Для астрофагов это означает, что выбрав для размножения Венеру (одновременно, это важно, черпая из атмосферы этой планеты углерод) основной объём астрофагов будет сосредоточен вокруг места размножения.
быть ближе к кухне, подальше от начальства (С)
Что получается в итоге:
- Венера располагается в середине "тора астрофагов". Причина - кто не будет на Венере, тот не размножится. Поэтому по мере падения уровня углерода в атмосфере Венеры конкуренция за его остаток будет расти и всё более и более астрофагов начнут концентрироваться вокруг Венеры. Сугубо для размножения. В фильме показана только начальная стадия этого процесса, ПОКА углерода из венерианского СО2 хватает на всех астрофагов.
- Диаметр "тора астрофагов" примем в 15 миллионов километров. Поему не более? Потому что для этого астрофагу для путешествия на Венеру и обратно надо сильно менять наклонение своей орбиты, а это весьма энергозатратная операция.
- Астрофаги " выедают" весь углерод из атмосферы Венеры
- "Тор астрофагов" имеет наибольшую плотность возле Венеры, при удалении от плоскости орбиты "вверх-вниз" плотность астрофагов падает, так же она падает по мере удаления от Венеры по орбите. Фактически, скопление астрофагов представляет собой изогнутое по орбите Венеры веретено с краями в точках либрации L4/L5. где плотность астрофагов может локально вырасти из-за снижения затрат энергии на поддержание орбит.
- В промежутке между L4/L5 на антиподной части орбиты Венеры (где расположена точка L3) плотность астрофагов минимальна.
- Астрофаги не могут "обойти" законы термодинамики, потому переизлучают часть энергии Солнца в инфракрасном (ИК) диапазоне.
Что будет с Венерой?
Атмосфера
- Астрофаги забирают весь углерод из CO₂ (≈1,26×10²⁰ кг), оставляя кислород (≈3,37×10²⁰ кг).
- Атмосфера превращается в чистый O₂ с примесью азота, давление падает с 92 до ~60–70 атм.
- Парниковый эффект полностью исчезает – O₂ и N₂ прозрачны для ИК.
Тепловой режим
- Венера всегда находится в центре максимальной плотности веретена – прямое солнечное излучение полностью заблокировано.
- Однако плотное облако астрофагов нагрето до ~390 К (излучает как чёрное тело, т.к. оптически толстое).
- С поверхности Венеры это облако видно как светящийся в ИК пояс, занимающий значительную часть неба (телесный угол близок к 2π ср).
- Поток ИК-излучения на поверхность: ≈ σ·T⁴ ≈ 1300 Вт/м² (с учётом альбедо ~0,1 – поглощается ~1170 Вт/м²).
- T= 380 К или 107 градусов цельсия Равновесная температура поверхности (без парникового эффекта):
Итог для Венеры – она становится горячей кислородной планетой с равновесной температурой ~100 °C и давлением 60-70 атм, лишённой парникового эффекта, но нагреваемой ИК-излучением окружающего облака астрофагов.
Появление гидросферы
- Температура 100 °C при давлении 60-70 бар означает, что вода может существовать как жидкость как на обширных возвышенностях (горные массивы, плато, вулканические щиты). так и на остальной поверхности .
- Атмосфера содержит огромное количество кислорода (около 60 бар у поверхности), который активно окисляет горные породы, высвобождая связанную воду (гидроксиды, глины).
- Температура 60–85 °C на плато Масквелла (высота 10-11 километров) – это термофильный диапазон, в котором на Земле кипит жизнь (термофильные бактерии, археи).
Следовательно, вся низменная поверхность Венеры при высоком атмосферном давлении может быть покрыта глобальным океаном жидкой воды, если её будет достаточно сгенерировано при окислении горных пород. Это делает Венеру практически двойником Земли в раннем архее, но с кислородной атмосферой и высокой температурой.
Таким образом, Венера превращается из раскаленной пустыни в тёплый кислородно - водный мир, что кардинально меняет её астробиологический потенциал.
Что будет с Землёй?
Земля движется по своей орбите, и плотность астрофагов на луче зрения к Солнцу меняется с синодическим периодом ≈ 584 дня (из-за разницы орбитальных скоростей).
- Когда Земля находится вблизи соединения с Венерой (в одном направлении от Солнца), луч пересекает зону максимальной плотности (около Венеры и точек L4/L5) – почти полное затенение (оптическая толща τ ≫ 10).
- Когда Земля на противоположной стороне (противостояние), луч идёт через область минимальной плотности – затенение слабое или отсутствует (τ → 0).
По условию, веретено простирается на ±60° вокруг Венеры (до точек L4/L5), то есть 1/3 орбиты занята высокой плотностью, а 2/3 – низкой.
Энергетический баланс Земли в среднем
В зоне высокой плотности:
- Прямой свет блокирован, но есть ИК-излучение от нагретого облака. Оценим его как ~100 Вт/м² (по аналогии с тонким тором, но с учётом большей площади).
В зоне низкой плотности:
- Земля получает полный солнечный поток 1367 Вт/м² (пренебрегаем малым затенением).
Средний по времени поток:
Sср=13⋅100+23⋅1367≈944 Вт/м2.
Эффективная температура (как чёрного тела) при таком потоке:
Teff=(9444σ)1/4≈253 К (−20 ∘C).Teff=(4σ944)1/4≈253 К (−20∘C).
С учётом существующего парникового эффекта (который при понижении температуры ослабнет, но не исчезнет полностью) реальная температура поверхности может быть около –10…–15 °C в среднем. Это вызовет глобальное оледенение: океаны замёрзнут, суша покроется снегом и льдом, фотосинтез остановится.
Климат будет испытывать резкие циклические колебания с периодом ~1,6 года – от глубокой зимы (почти полная темнота, температура может падать до –50 °C и ниже) до относительного тепла (нормальный солнечный день, но с ослабленным парниковым эффектом). Такие скачки сделают выживание сложных форм жизни невозможным.
Сколько времени это займёт?
В книге процесс идёт с ужасающей скоростью, но в реальности всё зависит от скорости размножения астрофагов. Если предположить, что они делятся так же быстро, как самые прожорливые земные бактерии (например, каждые 20 минут), то, имея в своём распоряжении океан углекислого газа, они смогут «съесть» всю атмосферу Венеры за несколько десятилетий. Это вполне укладывается в рамки одного поколения, что делает угрозу невероятно реальной и быстротечной для любой гипотетической цивилизации.
Земля - что делать?
Итак, астрофаги создали своё «веретено», которое блокирует значительную часть солнечного света. Наша планета начинает стремительно остывать. Даже если в среднем до Земли будет доходить около 70% прежнего солнечного потока, этого достаточно, чтобы запустить необратимый процесс.
Представьте: снег и лёд, отражая большую часть и без того скудного солнечного тепла, будут заставлять планету остывать ещё быстрее. Это положительная обратная связь, которая быстро превратит Землю в «снежок» со средней температурой от –15 °C до –20 °C. Океаны покроются льдом, сельское хозяйство рухнет, и большая часть биосферы, включая человечество, окажется на грани вымирания.
Перед лицом такого холода у людей останется только один, поистине отчаянный, вариант — попытаться согреть планету изнутри. Нам придётся создать на Земле самый мощный парниковый эффект в её истории. Для этого потребуется:
- Сжигать всё ископаемое топливо без остатка. Уголь, нефть, газ, метангидраты на дне океана — всё пойдёт в дело. Это поднимет концентрацию CO₂ до тысяч ppm и даст нам несколько драгоценных градусов тепла.
- Использовать «тяжёлую артиллерию» — супер-парниковые газы. Вроде гексафторида серы (SF₆), чей парниковый потенциал в 23 500 раз выше, чем у CO₂. Выброс даже сравнительно небольшого количества такого газа в атмосферу создаст мощнейший тепловой щит.
Это будет глобальная инженерная задача невиданного масштаба. Промышленность планеты переключится на производство тепла, а не товаров. Это будет грязно, опасно и, возможно, приведёт к кислотным дождям, но это даст шанс сохранить остатки цивилизации и не дать океанам замёрзнуть окончательно.
Венера: рождение «Второй Земли»
Пока Земля борется за выживание в ледяном мраке, на Венере происходит настоящее чудо. Оставшись без плотного углекислотного одеяла, планета теряет свой чудовищный парниковый эффект. Но она не становится ледяной пустыней, потому что её теперь согревает инфракрасное излучение самого «веретена» астрофагов — гигантского роя микроорганизмов, который работает как огромная печка.
Температура на поверхности Венеры установится на уровне около +100 °C, а на высоких плато, вроде гор Максвелла, где давление чуть ниже, термометр покажет вполне земные +60…+85 °C. И вот тут вступает в игру главный парадокс.
При давлении в 60-70 бар вода остаётся жидкой при температуре до 250 °C. Это означает, что на новой Венере, с её кислородной атмосферой и тёплыми океанами, могут возникнуть условия, пригодные для жизни. Конечно, не для нас с вами — кислород под таким давлением ядовит, а жара всё ещё экстремальна. Но для простейших организмов, которые могли бы заселить этот мир, открываются невероятные перспективы.
Так мы приходим к самому интересному. Человечество, едва выжившее на замёрзшей Земле, вдруг осознаёт: прямо по соседству, всего в 40 миллионах километров, появилась пригодная для жизни планета. Она тёплая, у неё есть кислородная атмосфера и, возможно, океаны из самой обычной воды, а не сверхкритического флюида СО2.. Это не просто научный курьёз — это шанс на новое начало.
Вся оставшаяся энергия и ресурсы человечества будут брошены на одну-единственную цель: убрать астрофагов. Нам придётся разработать способы уничтожения или перенаправления этого роя. Возможно, это будут биологические вирусы, космические лазеры или гигантские солнечные паруса, которые сдуют их с орбиты.
Это будет самая амбициозная задача в истории нашей цивилизации, проект, который по своему масштабу затмит даже строительство египетских пирамид или полёт на Луну. Но награда стоит того — целая планета, готовая к терраформированию и колонизации.
Получается удивительная история. Существа, созданные, чтобы уничтожить Землю, невольно создают для нас новый дом. И чтобы получить его, нам придётся сначала пережить ледниковый период, а затем вступить в войну с микроорганизмами, которая решит судьбу всего нашего вида. Научная фантастика, говорите? Возможно. Но, как показывает история, самые невероятные сценарии иногда становятся реальностью.
Новая угроза
Понятно, что инвазивные организмы, не встречая препятствий и хищников, будут размножаться бесконтрольно. Истории с кактусом-опунцией и кроликами в Австралии тому подтверждение. Что будет после того, как астрофаги сожрут венерианский углерод (не весь конечно, но 95% точно)?
Они отправятся на поиски нового источника пищи. В Солнечной системе пища астрофагов - углекислый газ - находится в атмосферах Земли и Марса. Механизмы переноса астрфоагов от Венеры к Земле и Марсу могут быть разными:
- Пассивный перенос — солнечный ветер или давление излучения могут выдувать отдельные клетки с орбиты Венеры, и они будут дрейфовать по Солнечной системе.
- Активное распространение — если астрофаги способны регулировать свою орбиту (например, используя солнечный парус или изменение отражательной способности), они могут целенаправленно двигаться к Земле.
- Случайная флуктуация — часть облака может оказаться на траектории перелёта к Земле из-за гравитационных возмущений.
Но результат один.
Для Земли.
Атака на атмосферу
Атмосфера Земли содержит очень мало CO₂ — всего около 0,04% (примерно 420 ppm). Общая масса CO₂ в земной атмосфере составляет около 3,2×10¹⁵ кг. Для сравнения: на Венере было 4,63×10²⁰ кг — то есть в 145 000 раз больше.
Если астрофаги начнут поглощать углерод из земной атмосферы, они исчерпают её за считанные дни или недели, а не десятилетий.
Последствия для климата
- Исчезновение парникового эффекта — CO₂ обеспечивает около 20% естественного парникового эффекта Земли. Его полное удаление снизит среднюю температуру примерно на 7–10 °C (в дополнение к тому, что уже сделало бы облако астрофагов).
- Коллапс фотосинтеза — растения используют CO₂ для дыхания. При его падении ниже 150–200 ppm они начнут гибнуть, что приведёт к обрушению пищевых цепей.
- Закисление океанов — хотя CO₂ будет убран из атмосферы, океаны начнут выделять растворённый CO₂ обратно, замедляя процесс, но это лишь временная отсрочка.
Земля стает лёгкой закуской для астрофагов - атмосфера содержит ~3,2×10¹⁵ кг CO₂, что в 15 раз меньше, чем на Марсе, но для них это всё равно пища.
Для Марса.
Марс, в отличие от Земли, имеет два основных резервуара углекислого газа:
- Атмосфера – очень разрежена, среднее давление ~6 мбар (0,6% от земного). Общая масса атмосферы ≈ 2,5×10¹⁶ кг. CO₂ составляет ~95% → масса CO₂ в атмосфере ≈ 2,4×10¹⁶ кг.
- Полярные шапки – состоят из водяного льда и сухого льда (замёрзшего CO₂). В южной полярной шапке количество сухого льда оценивается в ~2,5×10¹⁶ кг (это примерно столько же, сколько во всей атмосфере). Северная шапка содержит меньше CO₂, больше воды.
Итого: полный доступный запас CO₂ на Марсе – около 5×10¹⁶ кг. Для сравнения: на Венере его было 4,6×10²⁰ кг – в 9000 раз больше.
Если они размножаются с той же скоростью, что и на Венере (деление каждые 20 минут), то при таком скудном ресурсе вся марсианская атмосфера будет переработана за считанные дни (а не десятилетия). Но даже при более медленном росте процесс займёт не более нескольких месяцев.
Атмосфера:
- Весь CO₂ будет превращён в биомассу астрофагов, а кислород (O₂) останется в атмосфере.
- Атмосфера станет почти чистым кислородом, но её масса уменьшится: из каждой молекулы CO₂ (44 г/моль) получается одна молекула O₂ (32 г/моль), поэтому давление упадёт с 6 мбар до примерно 4,5 мбар (если весь кислород останется).
- Однако при таком низком давлении кислород быстро улетучится в космос из-за слабой гравитации Марса (у него нет магнитного поля, и солнечный ветер будет сдувать лёгкий газ). В итоге атмосфера станет ещё тоньше, чем была.
Температура - CO₂ обеспечивал небольшой парниковый эффект на Марсе (около 5–10 °C). Его исчезновение приведёт к дополнительному похолоданию на несколько градусов, но Марс и так холоден (средняя температура –60 °C), поэтому разница будет незаметна на фоне естественных колебаний.
Поверхность - Полярные шапки из сухого льда исчезнут – они сублимируются и будут съедены астрофагами. Это обнажит водяной лёд, но климат останется ледяным.
Судьба самих астрофагов
После того как они съедят весь доступный CO₂ на Венере, Земле и Марсе, их популяция резко сократится из-за голода. Но часть из них может сохраниться в состоянии покоя (споры) и дрейфовать в космосе, ожидая следующего источника. Так они могут добраться до пояса астероидов, где углекислый газ содержится в виде льдов на некоторых объектах. Однако общее количество CO₂ в астероидах невелико, и это не спасёт их от вымирания.
Конец истории: при таком "инерционном" сценарии астрофаги обречены на гибель после того, как исчерпают все доступные запасы углекислого газа в Солнечной системе. Но к тому времени они уже успеют создать серьёзные проблемы человечеству на Земле.