Расширяющаяся планета

ВОПРОС: А что, если бы радиус Земли возрастал на 1 см каждую секунду? Сколько времени потребовалось бы человеку, чтобы заметить, что его вес увеличился (если считать, что в целом состав земной коры остается прежним)?

– Деннис О’Доннелл

ОТВЕТ: В настоящий момент Земля не расширяется.

Ученые давно предполагали, что подобное возможно. Задолго до того, как в 1960-х годах была подтверждена гипотеза континентального дрейфа[136], люди заметили, что очертания континентов таковы, что если эти части суши сблизить, они бы в некоторых местах почти идеально совпали. Выдвигались различные теории, позволявшие объяснить это, включая идею, согласно которой бассейны океанов сперва представляли собой трещины, образовавшиеся на изначально однородной поверхности Земли во время расширения планеты. Эта теория никогда не была широко распространена[137], но все еще периодически обсуждается на YouTube.

Чтобы избежать трещин в земной коре, давайте предположим, что вся Земля, от коры до ядра, расширяется равномерно. А чтобы избежать очередного осушения океанов, предположим, что Мировой океан тоже расширяется[138]. При этом все построенное людьми остается неизменным.

t = 1 секунда

Когда Земля начнет расширяться, вы почувствуете легкий толчок и можете даже на секунду потерять равновесие. Но ненадолго. Поскольку вы двигаетесь с равномерной скоростью 1 см/с, то не почувствуете никакого ускорения. За весь оставшийся день вы ничего особенного не заметите.

t = 1 день

За день Земля расширится на 864 метра.

Чтобы гравитация возросла заметно, потребуется много времени. Если вы весили 70 килограммов, когда расширение началось, вы будете весить 70,01 кг к концу первого дня.

Как насчет дорог и мостов? Они ведь должны будут в конце концов сломаться, да?

Не так быстро, как можно подумать. Однажды я слышал такую загадку:

Представьте, что вы плотно обвязали Землю веревкой.

Теперь представьте, что вам нужно поднять веревку на метр от поверхности Земли.

Насколько нужно удлинить веревку?

Хотя на первый взгляд кажется, что дополнительно потребуются километры веревки, ответ – всего лишь 6,28 м.

Окружность пропорциональна радиусу, так что, если увеличить радиус на одну единицу измерения, окружность увеличивается на 2? единиц.

Если отрезок длиной в 40 000 км увеличить на 6,28 м, это практически не будет заметно. Даже спустя еще один день буквально все сооружения, созданные людьми, легко справятся с появлением дополнительных 5,4 км. Даже бетон способен ежедневно растягиваться и сжиматься в еще большей степени.

После начального толчка одним из первых заметных эффектов будет тот факт, что у вас перестанет работать GPS. Спутники останутся примерно на тех же орбитах, но синхронизация системы GPS за несколько часов совершенно нарушится. Для работы GPS необходима очень высокая точность – это одна из немногих инженерных задач, для решения которой потребовалось применить и общую, и специальную теорию относительности.

Большая часть обычных часов продолжит работать нормально. Однако если у вас есть очень точные часы с маятником, можно заметить кое-что странное – к концу дня они будут спешить на три секунды.

t = 1 месяц

Спустя месяц Земля расширится на 26 км – примерно на 0,4 % радиуса, – и ее масса возрастет на 1,2 %. Но ускорение свободного падения на поверхности возрастет только на 0,4 %, а не на 1,2 %, так как оно пропорциональна радиусу[139].

Вы могли бы заметить разницу на весах, но это не так уж серьезно. В такой степени ускорение свободного падения и сейчас различается между разными городами. Это стоит помнить, если вы приобретаете электронные весы. Если их точность выше, чем два знака после запятой, вам нужно будет откалибровать их при помощи специальных эталонных гирь – сила гравитации на фабрике, где они были произведены, необязательно совпадает с силой гравитации у вас дома.

Хотя увеличения гравитации вы пока не заметите, расширение уже будет очевидным. Спустя месяц вы увидите трещины на длинных бетонных конструкциях и повреждения эстакад и мостов. Большая часть зданий, скорее всего, пока будет в порядке, хотя те из них, что построены на скальной породе, могут повести себя непредсказуемым образом[140].

К этому моменту космонавты на МКС уже начнут тревожиться. Мало того, что поверхность Земли (и верхняя граница атмосферы) будут приближаться к ним, возрастающая гравитация заставит станцию постепенно снижаться. Экипажу придется срочно эвакуироваться, так как всего через несколько месяцев станция сойдет с орбиты и войдет в атмосферу.

t = 1 год

Спустя год ускорение свободного падения вырастет на 5 %. Возможно, вы заметите, что прибавили в весе и уж точно вы видите, что уничтожены все дороги, мосты, линии электропередачи, спутники и подводные кабели. Ваши часы с маятником спешат уже на пять дней.

А как насчет атмосферы?

Если она не расширяется так же, как земля и вода, то давление воздуха начнет падать. Это связано с несколькими факторами. По мере возрастания гравитации воздух становится тяжелее. Но поскольку этот воздух распространен по большему объему, суммарно давление снизится.

С другой стороны, если атмосфера тоже расширяется, давление воздуха будет возрастать. Спустя годы вершина Эвереста уже не будет находиться в «зоне смерти». С другой стороны, поскольку вы станете тяжелее, а гора – выше, взойти на нее станет еще сложнее.

t = 5 лет

Спустя пять лет ускорение свободного падения возрастет уже на 25 %. Если вы весили 70 кг, когда расширение началось, сейчас вы весите уже 88 кг.

Большая часть инфраструктуры разрушена. Причиной этого стало расширение земли, на которой все это было построено, а не возросшая гравитация. Как ни странно, большая часть небоскребов неплохо продержится и под воздействием гораздо более высокой гравитации[141]. Для большей части из них определяющим фактором выживания станет не их собственная масса, а сила ветра.

t = 10 лет

Спустя 10 лет ускорение свободного падения вырастет на 50 %. Если атмосфера не будет расширяться, воздух к этому времени станет таким разреженным, чтобы дышать будет трудно даже на уровне моря. В обратном случае мы протянем еще немного.

t = 40 лет

Спустя 40 лет ускорение свободного падения на на поверхности Земли возрастет втрое[142]. К этому моменту даже самые физически сильные люди будут ходить с большим трудом. Дышать будет сложно. Деревья упадут. Злаки склонятся под собственным весом. По склонам практически всех гор сойдут гигантские оползни из-за стремления грунта к изменения угла естественного откоса.

Геологическая активность тоже возрастет. Большая часть земного тепла возникает в результате радиоактивного распада минералов в коре и мантии[143]. Земли стало больше – значит, больше стало тепла. Поскольку объем возрастает быстрее, чем площадь поверхности, объем тепла на квадратный метр возрастет.

Этого все равно недостаточно, чтобы значительно разогреть поверхность планеты – температура поверхности Земли в основном формируется под воздействием атмосферы и Солнца, – но станет больше извержений вулканов и землетрясений, а тектоническое движение плит ускорится. Аналогичная картина имела место на Земле миллиарды лет назад, когда радиоактивных материалов было больше и мантия была горячее.

Более активное движение плит может пойти на пользу нашему выживанию. Тектоника плит играет ключевую роль в стабилизации климата, а планеты меньшего размера, чем Земля (например, Марс), не обладают достаточным количеством внутреннего тепла, чтобы поддерживать долгосрочную геологическую активность, которая возрастает по мере увеличения размера планеты. Вот почему ученые считают, что экзопланеты большего размера, чем Земля («суперземли»), могут оказаться более подходящими для жизни, чем те, что равны ей по размеру.

t = 100 лет

Спустя 100 лет мы будем испытывать ускорение свободного падения примерно в 6g. Мы не только не сможем перемещаться в поисках пищи – наши сердца бьются недостаточно сильно, чтобы при такой гравитации доставить кровь к мозгу. Только маленькие насекомые (и морские животные) будут способны перемещаться. Возможно, люди могли бы выжить в специально построенных куполах с контролируемым давлением, где они могли бы двигаться, поскольку большая часть их тел была бы погружена в воду.

Дышать при этом будет сложно. Тяжело сделать вдох, когда на тебя давит толща воды, – именно поэтому дышать через трубки можно, только если легкие находятся совсем близко к поверхности.

За пределами куполов со сниженным давлением воздух будет непригодным для дыхания по другой причине. Где-то на уровне давления в шесть атмосфер самый обычный воздух становится ядовитым. Даже если бы нас не убили все остальные проблемы, спустя сто лет мы умерли бы от отравления кислородом. Но даже если не брать в расчет токсичность, дышать воздухом под таким давлением трудно, потому что он тяжелый.

Черная дыра?

Когда же Земля наконец станет черной дырой?

На этот вопрос трудно ответить, потому что наш сценарий исходит из предположения, что радиус постоянно возрастает, но плотность сохраняется, тогда как в черной дыре плотность также возрастает.

Динамика гигантских каменных планет редко становится объектом изучения, поскольку нет никаких очевидных предпосылок, при которых такие планеты могли бы сформироваться, – все столь крупные тела будут обладать достаточной гравитацией, чтобы притянуть достаточно водорода и гелия во время формирования планеты и стать газовым гигантом.

В какой-то момент наша растущая Земля достигнет точки, в которой дальнейшее прибавление массы будет заставлять ее сжиматься, а не расширяться. После этого произойдет коллапс, и она обратится в испаряющегося белого карлика или нейтронную звезду, и если ее масса продолжит возрастать, в итоге она станет черной дырой. Но пока до этого далеко…

t = 300 лет

Жаль, что человечество не просуществует так долго, потому что к этому моменту произойдет кое-что замечательное.

Земля будет продолжать расти, а Луна, как и все наши искусственные спутники, – постепенно приближаться к ней по спирали. Спустя несколько веков Луна окажется достаточно близко к разбухшей Земле, чтобы притяжение между Землей и Луной оказалось сильнее, чем лунная гравитация, сохраняющая наш спутник как единое тело.

Когда Луна перейдет эту границу, которую называют пределом Роша, она постепенно распадется на части[144], и у Земли на короткое время появятся кольца…