Сверхобитаемые миры, или почему Земля к ним не относится. Почему земля обитаемая планета
Земля первая и единственная обитаемая планета, которая появилась в нашей Галактике?
На данный момент Земля единственная планета, которую мы знаем, где есть жизнь. Существуют ли другие обитаемые планеты — это большая загадка нашей галактики. С развитием технологий человечество все чаще стало задумываться над тем, что должны существовать и другие развитые цивилизации. Пока же это выглядит так: наша планета одна такая в этом уголке Вселенной.
Казалось бы, учитывая возраст нашей Вселенной, должны быть и другие планеты. Жизнь на них может быть такая же, как и на нашей. Возможно даже, они дальше нас продвинулись в своем технологическом развитии, но до сих пор не найдено явных подтверждений. Где же тогда все эти разумные инопланетяне? Этот вопрос и поднимается в парадоксе Ферми, который опровергает возможность их существования.
По последним данным, которые были собраны космическими телескопами Хаббл и Кеплер возможно наша планета является первой такой планетой, где зародилась жизнь. И сейчас не стоит ждать, что мы откроем другие, так как у нашей Вселенной явно не хватило бы времени на их создание.
Согласно исследованию, которое изучает вероятность эволюции обитаемых миров, было сделано предположение, что наша планета возникла из протопланетного диска нашего молодого Солнца около 4,6 миллиардов лет назад. В тот период существовало всего 8 процентов вероятности того, что когда-либо появится обитаемая планета. Это означает, что Вселенной требуется 92 процента всех имеющихся у нее необходимых материалов для создания звезды со скалистой поверхностью, а в дальнейшем планеты с собственной орбитой и возможности появления жизни на ней.
«Наша главная мотивация — понять, какое место занимает наша Земля в контексте остальной Вселенной», — сказал Питер Бехрузи, научный сотрудник института, занимающегося исследованиями космоса Space Telescope Science Institute (STScl) Балтимор, штат Мэриленд. «По сравнению с остальными планетами, которые когда-либо существовали в нашей Вселенной, наша Земля образовалась довольно рано», — уточнил Питер Бухрузи.
Данные, предоставленные нам телескопом Хаббл, показывают, что наша Вселенная массово создавала звезды где-то 10 тысяч миллиардов лет назад. Тогда количество водорода и гелия, участвующих в их производстве, было очень низким по сравнению с количеством этих звездообразующих газов, которые есть сегодня.
«Существует достаточное количество материала, оставшегося после большого взрыва, чтобы появлялись все новые планеты в будущем, как в Млечном пути, так и за его пределами», — отметила Молли Пиплс, также из STScl.
Благодаря объединению данных, с телескопа Хаббл и с телескопа Кеплер, исследователи смогли сформировать картину о потенциальной возможности нашей галактики создавать обитаемые планеты. Эту картину можно будет использовать в качестве модели для ряда других обитаемых миров, возможно существующих по всему космосу.
Первые отчеты с телескопа Кеплер были представлены в 2009 году, мы познакомились с множеством скалистых миров, вращающихся вокруг других звезд. На некоторых из них не слишком жарко и не слишком холодно, так что там вполне может быть жидкая вода.
Основываясь на небольшом количестве сведений, полученных с помощью телескопа Кеплер, ученые говорят, что в Млечном пути должно существовать около 1 миллиард планет размером с нашу Землю, вращающихся в условиях, в которых возможна жизнь. Если предположить, что в наблюдаемой вселенной есть 100 миллиардов галактик, то тогда можно утверждать, что есть огромное количество пригодных для жизни планет, таких как Земля.
И согласно новому теоретическому исследованию, производство планет только началось. Жизнь нашей Вселенной будет продолжаться, по крайней мере, еще 100 триллионов лет, так у нее еще много времени для создания.
С помощью своих наблюдений исследователи предсказывают, что скалистые планеты земного типа, скорее всего, появятся внутри гигантских скоплений галактик или карликовых галактик. Там должно находиться скопление множества газов, участвующих в образовании новых звезд. Увы, количество этих газов ограничено, поэтому и создание звезды не всегда может произойти.
Ученые отмечают, что, несмотря на то, что мы находимся только в начале пути развития нашей цивилизации, с помощью универсальной теории эволюции у нас появляется возможность для изучения ранних этапов космической эволюции с помощью космических телескопов, таких как Хаббл, чтобы увидеть начало формирования галактик и наблюдать свидетельства большого взрыва. Для любой будущей цивилизации, которые появятся на протяжении триллиона лет, Вселенная будет выглядеть совсем иначе, и ранние свидетельства большого взрыва, например космического излучения, будет постепенно уменьшаться.
Интересно, как инопланетная цивилизация будет воспринимать расширяющуюся Вселенную, и изучать явления, которые постепенно исчезают, но которые мы воспринимаем сейчас как должное. Будут ли они тоже выдвигать такие противоречивые утверждения как те, что вселенная существовала всегда и, что обязательно снова будет большой взрыв?
Конечно, это просто мысленный эксперимент, в котором предполагается: прогнозирование существования инопланетного разума, их интерпретация будущего, существовании космическое оружия. Но это никак не вяжется с парадоксом Ферми. Разве, не правда то, что если наша цивилизация на Земле является одной из самых ранних, то тогда мы должны были быть высокоорганизованными и иметь неограниченные возможности для развития?
lfly.ru
Как ученые ищут обитаемые планеты?
Есть только одна планета, на которой, как мы знаем, есть жизнь. Это планета Земля, как вы уже догадались, и она обладает всеми необходимыми условиями, чтобы живые существа процветали под ее небом. Есть ли другие планеты за пределами нашей Солнечной системы, где можно разместить жизнеформы? Ученые называют их экзопланетами.
У астрономов пока нет однозначного ответа, но они ищут потенциально обитаемые планеты, опираясь на ряд критериев. В идеале, нужно найти планету как Земля, поскольку на такой планете жизнь могла бы пустить корни. Охота идет на планеты размером с Землю, вращающиеся на правильном расстоянии от звезд — в регионе, называемом потенциально обитаемой зоной.
Миссия «Кеплера» NASA помогает ученым в поисках этих миров, иногда называемых «планетами Златовласки», поскольку они находятся на такой орбите, где условия «в самый раз» для жизни. Кеплер и другие телескопы обнаружили ряд таких планет, однако все они больше Земли — «суперземли». Поиск близнецов Земли продолжается.
Важной частью исследований является определение границ, в которых начинается и заканчивается потенциально обитаемая зона. Обитаемая зона — это пояс вокруг звезды, где температура идеальна для жидкой воды, важного элемента жизни, известной нам. За пределами этой зоны планета, вероятно, будет слишком холодной и вечно замерзшей (хотя возможно жизнь угнездится под поверхностью луны такой планеты). Планета, лежащая близко к звезде, с большой вероятностью будет жаркой и оплавленной.
Пригодные для жизни планеты Златовласки не обязательно должны стать домом для пушистых созданий. Достаточно хотя бы микробов, которые могли бы в изобилии жить на таких планетах.
В идеале, астрономам нужно больше узнать об атмосфере потенциально обитаемых планет. Они смотрят на молекулярный состав планеты в поисках признаков парниковых газов, которые могли бы указать на негостеприимную планету, вроде Венеры. Будущие телескопы будут в состоянии обнаружить признаки кислорода, воды, углекислого газа и метана, что значительно увеличит шансы на обнаружение «дома» внеземной жизни.
Космический телескоп Джеймса Уэбба должен приблизить нас к этой цели, путем зондирования атмосфер планет, некоторые из которых лежат в потенциально обитаемой зоне. Тем не менее, в процессе миссии не получится изучить атмосферы планет размером с Землю, поэтому нам придется ждать еще, прежде чем мы сможем отделить венеры от земель.
Другие статьи:
nlo-mir.ru
Обитаемые планеты Википедия
Жизнепригодность — пригодность небесного тела для возникновения и поддержания жизни. Сейчас жизнь известна только на Земле и ни одно небесное тело нельзя уверенно признать пригодным для жизни, — можно только оценивать степень этой пригодности на основе степени сходства условий на нём с земными. С другой стороны космическое тело, непригодное для жизни одного типа, может быть вполне пригодно для жизни другого типа. (См. статью об альтернативной биохимии.) Таким образом, особый интерес для поиска жизни, подобной земной, представляют планеты и спутники планет с условиями, подобными земным. Условия на небесных телах определяются факторами, некоторые из которых для многих тел известны, — физическими характеристиками (в частности массой и строением), химическим составом, и орбитальными характеристиками, а также параметрами звезды, вокруг которой это тело обращается. Исследованиями в этой области (как теоретическими, так и экспериментальными) занимается относительно молодая наука — астробиология, — смежная с биологией и планетологиейa.
Живые организмы всегда нуждаются в источнике энергии. Кроме того должны выполняться ряд других условий: геофизических, геохимических и астрофизических. В программе развития астробиологии НАСА признаки жизнепригодности планет определены так: большие водоёмы и условия, способствующие синтезу сложных органических веществ, а также наличие источника энергии для поддержания метаболизма[1].
Оценки жизнепригодности планеты делают на основе её химического состава и физических характеристик (в том числе характеристик её атмосферы) и особенностей орбиты. По этим данным можно сделать выводы о том, какие химические реакции на рассматриваемой планете возможны. Кроме того, жизнепригодность планеты зависит от свойств звезды, вокруг которой она обращается. Звезда должна иметь стабильную светимость в течение достаточно долгого периода времени, достаточного для возникновения и эволюции жизни, не быть сильнопеременной и содержать достаточно много тяжёлых элементов (что даёт возможность формирования землеподобных планет). Важнейший объект изучения астробиологии — скальные планеты и луны, поскольку там возможна жизнь на основе углерода. Но не исключено и существование жизни с совсем другой биохимией, возможной и на других небесных телах.
Идея, что жизнь может существовать и вне Земли, возникла очень давно. Её рассматривали и философия, и естественные науки. В конце XX века произошло два прорыва в этой области. Во-первых, исследование автоматическими межпланетными станциями других планет и их спутников в Солнечной системе дало много важной информации об этих телах и позволило детально сравнивать их с Землёй по геофизическим параметрам. Во-вторых, стало возможным находить экзопланеты (PSR 1257+12 — первая найденная экзопланета, (обнаружена в 1991 году)[2][3]), и с тех пор количество известных экзопланет постоянно растёт. Так было доказано, что планеты есть не только у Солнца, и горизонт поисков жизни расширился за пределы Солнечной системы.
Пригодные звёздные системы
Спектральный класс
Спектральный класс звезды — показатель температуры её фотосферы, которая для звёзд главной последовательности коррелирует с массой (см. диаграмма Герцшпрунга — Рассела). Пригодными для жизни считаются звёздные спектральные классы в интервале от G или раннего F до среднего K. Это соответствует промежутку температур от чуть более 7000 K до чуть более 4000 K. Например Солнце — звезда класса G2 V с температурой фотосферы в 6000 K. Такие звёзды, при условии средней светимости, обладают рядом важных характеристик, способствующих жизнепригодности их планет:
- Они живут — пребывают на главной последовательности — не менее нескольких миллиардов лет, что даёт жизни достаточно времени на зарождение и развитие. Более яркие звёзды — классов O, B, и A — обычно живут менее миллиарда лет (некоторые из звезд О-класса — даже менее 10 миллионов лет). Время жизни Солнца — около 10 млрд лет, а звёзд класса K — более 20 млрд лет[4]b.
- Они испускают достаточно много ультрафиолетового излучения, чтобы запустить в атмосферах планет важные для жизни процессы (синтез органических соединений в ранней атмосфере и образование озонового слоя в более поздней), но не так много, чтобы ионизация убила зарождающуюся жизнь[5].
- Эти звёзды достаточно яркие, чтобы обеспечить существование жидкой воды (или иное функционально аналогичной жидкости) даже на далёких планетах. Близкие к звезде планеты для жизни малопригодны, поскольку приливные силы могут ввести их в приливный захват, и на них не будет смены дня и ночи[6]. Исключение составляют лишь планеты у красных карликов, у которых планетам достаточно находиться на орбите, позволяющей поддерживать условия для жизни, комфортные даже в условиях приливного захвата[источник не указан 729 дней].
В этот спектральный диапазон, вероятно, попадают 5–10 % звёзд в нашей галактике. Подавляющее большинство звёзд во Вселенной составляют менее яркие звёзды классов K и M (красные карлики), поэтому очень важно решить вопрос о жизнепригодности их планет. Примечательно, что красным карликом является и Глизе 581, — первая звезда, у которой обнаружили скальную планету, находящуюся в зоне обитаемости (Глизе 581 c). Эта планета (относящаяся к суперземлям) и может иметь жидкую воду. Но возможно, что она слишком горяча для существования жизни из-за парникового эффекта. Вероятно, на следующей планете этой системы — Глизе 581 d — условия более комфортные. Однако их возможное нахождение в приливном захвате жизни не благоприятствует[7].
Стабильная зона обитаемости
Зоной обитаемости считается участок околозвездного пространства, внутри которого планеты могут иметь жидкую воду. Например для жизни Земного типа, наличие жидкой воды — одно из важнейших (наряду с наличием источника энергии) условий для существования жизни. Но не исключено, что этот вывод — следствие ограниченности наших знаний. Если будет открыта жизнь, не требующая воды (например, на основе жидкого аммиака), то это изменит представления о зонах обитаемости: жизнепригодным окажется намного больший объём пространстваc. Появится понятие зоны обитаемости для каждого типа жизни, и зона, пригодная для водно-углеродной жизни (аналогичной земной), будет лишь частным случаем.
Отмечают два фактора стабильности зоны обитаемости. Первый — её границы не должны сильно меняться во временем. Конечно, светимость всех звёзд постепенно возрастает, и зона обитаемости от звезды отодвигается, но если это происходит слишком быстро (как, например, в случае звёзд-гигантов), то планеты пробудут внутри обитаемой зоны недостаточно долго, и шанс возникновения на них жизни очень мал. Расчет положения границ зоны обитаемости и их смещения со временем довольно сложен (в частности, из-за отрицательных обратных связей в CNO-цикле, способных сделать звезду более стабильной). Даже для Солнечной системы оценки границ обитаемой зоны варьируются в широких пределах. Кроме того, возможность существования на планете жидкой воды сильно зависит и от физических параметров самой планеты[8].
Фактор второй — отсутствие вблизи зоны обитаемости сверхмассивных тел, таких как планеты-гиганты, чье гравитационное воздействие могло бы препятствовать образованию землеподобных планет. К примеру, пояс астероидов показывает, что рядом с Юпитером отдельные тела не смогли соединиться в планету из-за его резонансного действия, и появись юпитероподобная планета между Венерой и Марсом — Земля почти наверняка не смогла бы приобрести свой нынешний вид. Однако газовый гигант в зоне обитаемости при благоприятных условиях мог бы иметь обитаемые спутники[9].
В Солнечной системе планеты земной группы расположены внутри, а газовые гиганты — снаружи, но данные по экзопланетам показывают, что эта схема не универсальна, — часто планеты-гиганты находятся на близких к своим звездам орбитах, разрушая потенциальную зону обитаемости. Однако возможно, что в списке известных экзопланет таких случаев много только потому, что их намного легче обнаруживать. Таким образом, неизвестно, какой тип планетных систем преобладает.
Как можно меньшая переменность
Со временем меняется светимость практически всех звёзд, но амплитуда переменности у разных звёзд сильно отличается. Звёзды в середине главной последовательности наиболее стабильны, а большинство красных карликов внезапно и интенсивно вспыхивают. Планеты около таких звёзд малопригодны для жизни, так как для неё неблагоприятны резкие скачки температуры звезды. Кроме того, рост светимости сопровождается увеличением потока рентгеновского и гамма-излучения, которое тоже вредно для живых организмов. Атмосфера смягчает такое воздействие (удвоение светимости звезды не обязательно приведёт к двукратному росту температуры на планете). Но под действием излучения подобной звезды атмосфера может и улетучиться.
В случае Солнца переменность незначительна: его светимость на протяжении 11-летнего солнечного цикла меняется всего на 0,1 %. Но есть сильные (хотя и не бесспорные) признаки того, что даже небольшие колебания светимости Солнца могут значительно влиять на климат Земли даже на протяжении исторического времени. (Например, Малый ледниковый период в середине II тысячелетия н. э. мог быть следствием относительно длительного снижения светимости Солнца[10].) Таким образом, звезда должна быть не настолько переменной, чтобы изменения её светимости могли оказывать влияние на возможную жизнь. Именно большая амплитуда «солнечного цикла» представляется главным препятствием для жизнепригодности планет звезды 18 Скорпиона — одного из наиболее похожих на Солнце его аналогов. В других отношениях 18 Скорпиона и Солнце очень похожи[11].
Высокая металличность
Любая звезда главной последовательности состоит в основном из водорода и гелия, а содержание других элементов может сильно варьироваться. Эти элементы в астрофизике условно называют металлами. Это не только металлы в обычном смысле слова, но и другие элементы (такие как углерод, азот, кислород, фосфор, сера и др.). Чем больше металлов в протозвезде, тем больше их и в её протопланетном диске. В бедном металлами диске появление каменных планет затруднено, и они, скорее всего, будут маломассивными и неблагоприятными для жизни.
Спектроскопические исследования звёздных систем, где были найдены экзопланеты, подтверждают взаимосвязь между высокой концентрацией металлов в звёздах и образованием планет: «звёзды с планетами (по крайней мере, подобными известным сегодня) явно богаче металлами, чем звёзды, не имеющие планет».[12] Из необходимости высокой металличности следует необходимость относительной молодости звезды: звёзды, возникшие в начале истории Вселенной, бедны металлами и имеют меньше шансов на формирование вокруг них планет.
Характеристики планет
Спутники некоторых газовых гигантов могут быть обитаемы[13].Обитаемость ожидается в первую очередь от землеподобных планет. Они имеют близкую к Земной массу, состоят в основном из силикатных пород и не окутаны толстой водородно-гелиевой атмосферой, характерной для газовых гигантов. Впрочем, нельзя полностью исключить возможность развития жизни в верхних облачных слоях планет-гигантов и сверхпланет-коричневых карликовd, но это маловероятно, ибо они не имеют твердой поверхности и их гравитация слишком велика[14].
Между тем, землеподобные спутники планет-гигантов вполне обоснованно рассматриваются как возможные места существования жизни[13].
При оценке жизнепригодности каких-либо небесных тел надо принимать во внимание, что требовательность разных организмов сильно отличается. Сложные многоклеточные организмы (например животные) намного более требовательны к условиям, чем простые одноклеточные (например: бактерии и археи). Следовательно, одноклеточные непременно более распространены во Вселенной, чем многоклеточные, ибо первые могут жить и там, где не могут вторыеe. Ниже приведены условия, достаточные для жизни вообще, но не любые из них достаточны для сложноорганизованной жизни.
Масса
Марс с его тонкой атмосферой был бы холоднее, чем Земля, даже будь он на таком же расстоянии от СолнцаЖизнь на планетах с малой массой маловероятна в силу двух причин. Первая — их сравнительно малая гравитация не способна долго удерживать достаточно толстую и плотную атмосферу. Вторая космическая скорость на таких планетах сравнительно мала, и поэтому молекулам атмосферы такой планеты гораздо легче её достичь[15]. Такая атмосфера будет сравнительно быстро «сдута» в космос солнечным ветром. При низком атмосферном давлении затруднено (а при давлении <0,006 земного — вовсе невозможно) существование жидкой воды. На планетах без плотной атмосферы может не хватать нужных для появления жизни химических веществ. Кроме того, они слабее защищены от солнечного жара и космического холода, поскольку на них слабо выражены теплообмен между разными участками поверхности и парниковый эффект (например, Марс с его тонкой атмосферой был бы холоднее Земли, даже будучи на том же расстоянии от Солнца). Тонкая атмосфера плохо защищает от метеоритов и космических лучей.
Причина вторая — маленькие планеты имеют большее отношение площади поверхности к объёму, чем их крупные собратья, и, как следствие, их недра быстрее остывают. Это приводит к прекращению геологической активности, которая важна для жизни (по крайней мере, земной) в силу нескольких причин. Во-первых: конвекция в недрах планеты необходима для образования магнитного поля, защищающего поверхность планеты от высокоэнергичных частиц. Во-вторых: вулканы выбрасывают в атмосферу углекислый газ, важный для регулирования температуры на планете. В-третьих: тектоника плит выносит на сушу важные вещества, когда-то захороненные на океанском дне (например, фосфор). В-четвёртых: движение континентов, их распад и объединение оказывают сильное влияние на климат планеты и разнообразие жизни[16].
«Маломассивная планета» — понятие относительное. Земля маломассивна по сравнению с газовыми гигантами и суперземлями, но является крупнейшей по массе, диаметру и плотности из всех землеподобных планет в Солнечной системеf. Земля достаточно массивна, чтобы удерживать своей гравитацией плотную атмосферу и достаточно велика, чтобы её недра долго оставались горячими и подвижными, создавая условия для геологической активности на поверхности (один из источников этого тепла — распад радиоактивных элементов в земном ядре). Марс же — вдвое меньший, чем Земля — уже почти (возможно, и полностью) геологически мёртвый: его недра уже остыли и геологическая активность затухла. Кроме того, он потерял большую часть своей атмосферы[17].
Таким образом, можно заключить, что нижний предел массы жизнепригодной планеты лежит где-то между массами Марса и Земли. В качестве грубой оценки этого предела было предложено значение 0,3 земной массы[18]. Но в 2008 г. учёные из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики предположили, что этот порог может быть больше — в районе 1 массы Земли, поскольку при меньших значениях, вероятно, невозможна тектоника плит. Венера, масса которой лишь на 15 % меньше земной, практически не имеет тектонической активности. Напротив, суперземли — планеты, подобные Земле, но с большей массой, — могут иметь более сильную тектонику плит, что повышает их жизнепригодность[19].
В конечном счете, большие планеты имеют большее железосодержащее ядро. Это позволяет существовать стабильному магнитному полю, защищающему поверхность планеты от космических лучей — потоков высокоэнергичных заряженных частиц, которые иначе бомбардировали бы поверхность планеты и постепенно «сдували» её атмосферу. Масса — не единственный фактор, влияющий на стабильность и мощность магнитного поля: планета должна ещё и достаточно быстро вращаться для поддержания динамо-эффекта в ядре[20].
Есть и исключительные случаи, когда горячие недра и геологическую активность имеют даже маленькие тела. Это возможно, если они являются спутниками планет и обращаются по эксцентричной орбите. В таком случае на каждом витке орбиты спутник приближается и удаляется от планеты, что приводит к изменению величины приливной силы и, как следствие, к деформациям спутника. При этом его недра за счёт трения нагреваются. Этим обуславливаются высокая вулканическая активность маленькой Ио и существование подземного океана на Европе. Вследствие этого последняя считается одним из наиболее жизнепригодных после Земли объектов в Солнечной системы. Высказывались предположения о жизнепригодности гипотетических подземных водоёмов и некоторых других ледяных спутников планет-гигантов — Каллисто, Ганимеда, Энцелада и даже Реи. Очень далёкий от зоны обитаемости спутник Сатурна Титан тоже имеет шанс быть пристанищем жизни (если не водно-углеродной, то на основе других соединений), так как имеет плотную атмосферу и «водоемы» из жидкого метана на поверхности. Эти спутники показывают, что масса — не всегда определяющий жизнепригодность фактор.
Орбита и вращение
Для жизнепригодности планеты её орбитальные параметры (как и другие) должны быть достаточно стабильными. Кроме того, орбита не должна быть сильно эксцентричной, иначе расстояние от планеты до звезды будет меняться в широких пределах, а это приведёт к большим колебаниям температуры на поверхности планеты. Эти колебания для жизни — особенно для высокоразвитой — неблагоприятны (особенно если они доводят ключевую для жизни жидкость до кипения или замерзания)[21]. Земная орбита почти круговая, с эксцентриситетом менее чем 0,02. Очень мал он и у других планет Солнечной системы (исключение — Меркурий).
Собранная информация об эксцентриситетах орбит экзопланет стала сюрпризом для ученых: 90 % из них имеют больший эксцентриситет, чем известный в пределах Солнечной системы. Среднее значение составляет 0,25[22].
Вращение планет вокруг своей оси тоже должно отвечать определённым требованиям, дабы жизнь могла развиваться. Во-первых, на планете должна быть достаточно мягкая смена времён года. В то же время если наклон оси вращения планеты слишком мал, смены времен года не будет вовсе, и исчезнет стимул к периодическим изменениям в биосфере. Планета также будет в целом холоднее, чем она была бы при существенном наклоне оси: если солнце хорошо освещает лишь низкие широты, тёплая погода не распространяется на приполярные, и тогда внетропическая зона и климат планеты в целом находится во власти холодных полярных воздушных масс. Если планета сильно наклонена, смена сезонов будет очень резкая, и биосфере будет трудно выдерживать такой климат. Однако наклон оси Земли сейчас (в четвертичном периоде) больше, чем в недавнем прошлом, и этому сопутствует отступление оледенения, повышение температуры и уменьшение её сезонных колебаний. Неизвестно, продолжилась ли бы эта тенденция с дальнейшим ростом наклона земной оси (см. «Земля-снежок»). Результат этих изменений может показать только компьютерное моделирование, и оно показывает, что даже сверхбольшой наклон в 85 градусов не исключает жизнь на планете[23]. Рассматривать нужно не только средний наклон оси, но и его колебания с течением времени (так, наклон оси Земли изменяется от 21,5° до 24,5° с периодом 41 тыс. лет). Если наклон оси временами становится слишком большим, это приведёт к слишком большой сезонной разнице температур на планете.
Другие требования к характеру вращения планеты включают:
- Достаточно быстрое вращение, чтобы дни и ночи не были слишком длинные, — иначе суточные колебания температур могут быть слишком большими. Кроме того, быстрое вращение нужно для создания магнитного поля посредством динамо-эффекта.
- Желательно, чтобы ось вращения не сильно прецессировала. Сама по себе прецессия не влияет на климат, поскольку меняет только направление оси вращения, а не её наклон. Но в сочетании с другими факторами (например, эксцентриситетом орбиты) прецессия может периодически усиливать и ослаблять сезонные вариации погоды (см. «Циклы Миланковича»). Прецессия земной оси происходит с периодом 25 765 лет.
Существует мнение, что Луна играет ключевую роль в регуляции климата Земли, стабилизируя наклон оси её вращения. Согласно расчётам, в отсутствие Луны земная ось могла бы хаотично менять свой наклон, что привело бы к неблагоприятныму для жизни изменениям климата. Таким образом, спутники для жизнепригодной планеты не только полезны, но и жизненно необходимы, создавая нужную для развития жизни стабильность условий[24]. Впрочем, это мнение спорноg.
Геохимия
Обычно предполагается, что внеземная жизнь по биохимическим показателям сходна с земной. Ключевые для земной жизни элементы (органогены): углерод, водород, кислород и азот. Это и одни из самых распространённых химически активных элементов во Вселенной. Даже в метеоритах и межзвёздной среде есть их соединения, используемые и земной жизнью (в частности аминокислоты)[25]. Эти 4 элемента вместе образуют 96 % всей биомассы Земли. Углерод не имеет себе равных в способности образовывать каркасы сложных молекул огромного количества типов, что делает его лучшим базовым биогенным элементом — основой для формирования живых клеток. Водород и кислород образуют воду — растворитель, в котором происходят биологические процессы, и реакции в котором положили начало жизни на Земле. Энергия, освобождаемая при связывании углерода с кислородом, используется всеми сложными формами жизни. Из названных четырёх элементов состоят аминокислоты — строительные элементы белков, основы живой материи. Другие элементы, важные для жизни земного типа, — сера (важна для строительства белков) и фосфор (необходим для синтеза ДНК, РНК и аденозинофосфатов) — тоже нередки во Вселенной.
Относительное содержание элементов в планетах не всегда соответствует их содержанию в космосе. Например, из четырёх органогенов лишь кислород в изобилии встречается в земной коре[26]. Это частично объясняется тем, что водород и азот (и в виде простых веществ, и в виде самых распространённых своих соединений, таких как диоксид и монооксид углерода, метан, аммиак и вода) довольно летучие. Поэтому во внутренней части Солнечной системы, где температура высока, эти элементы не могли играть большой роли в формировании планет. Они стали лишь примесью в составе коры, состоящей в основном из нелетучих соединений (например как кварца, который, однако, содержит кислород, что и объясняет распространённость этого элемента в земной коре). Выделение летучих элементов при вулканической деятельности внесло вклад в появление земной атмосферы. Эксперимент Миллера — Юри показал, что при наличии энергии (в разных видах) из существовавших на молодой Земле летучих соединений могли образовываться аминокислоты[27].
Однако вулканические выбросы не могут быть источником всей воды земных океанов[28]. Это значит, что большая часть воды (и, вероятно, углерода) пришла из внешних областей Солнечной системы, удалённых от солнечного тепла, где она может долго оставаться замороженной. Это произошло благодаря кометам, падавшим на Землю. Они могли принести и много других важных для жизни лёгких соединений, в том числе аминокислоты, что стало толчком к развитию жизни. Таким образом, несмотря на широкое распространение четырёх органогенов, в жизнепригодной планетной системе, вероятно, должен быть перенос вещества из внешних областей во внутренние с помощью долгопериодических комет. Возможно, без них жизни на Земле не было бы.
Микросреда и экстремофилы
Пустыня Атакама может служить примером условий, аналогичных (во всяком случае, максимально подобных) марсианским. Это хорошая среда для исследования границы между полной непригодностью и пригодностью к поддержанию жизниНеобходимо отметить, что даже на жизнепригодной планете подходящие для жизни условия могут быть лишь на части поверхности. Астробиологи часто затрагивают тему микросреды и отмечают недостаточность данных о том, как её изменения влияют на эволюцию микроорганизмов[29]. Большой интерес учёных вызвали экстремофилы — живые существа (чаще всего микроскопические), способные жить и размножаться в экстремальных условиях окружающей среды (очень высокие и/или очень низкие температуры, сверхвысокое давление и т. п.), такие как термофилы, психрофилы, барофилы, ацидофилы, ксерофилы и др.
Открытие экстремофилов усложнило представления о жизнепригодности, расширив диапазон условий, рассматриваемых как пригодные для жизни. К примеру, такие организмы могли бы существовать на планете со слабой атмосферой (возможно, в глубоких разломах или пещерах, где давление максимально)[30]. Убежищем для жизни могли бы стать и кратеры: есть предположение, что там может быть благоприятная для микроорганизмов среда. Так, на основе исследования кембрийского кратера Лоун-Хилл (англ.) (Австралия) была выдвинута гипотеза, что быстрое отложение осадков создает защищенную микросреду, благоприятную для микроорганизмов, — подобное могло случаться и в геологической истории Марса[31].
Для астробиологии интересны и непригодные для жизни места на Земле: они полезны для выяснения пределов выносливости живых организмов. Интерес исследователей привлекла, в частности, пустыня Атакама (одно из наиболее засушливых мест на Земле). Её центральные области необитаемы, и это позволяет выяснить, по какому значению влажности проходит граница обитаемых участков. В отношении влажности эта пустыня служит земной моделью Марса[32]. В 2003 году там провели исследования, частично воспроизводившие эксперименты аппаратов «Викинг», высадившихся на Марс в 1970-х годах. Результаты поиска жизни в Атакаме тоже оказались отрицательными: попытки инкубации микроорганизмов результатов не дали, как и попытки поиска ДНК[33].
Альтернативные звёздные системы
Сначала астробиологи сосредотачивали внимание лишь на системах солнцеподобных звёзд, но потом начали рассматривать и возможность появления жизни в системах отличных от Солнца звезд.
Двойные звёздные системы
По обычным оценкам, примерно половина звёзд или даже больше являются двойными. Это может быть систематической ошибкой подсчёта (двойственность чаще встречается у ярких, то есть легко наблюдаемых звёзд). Более точный анализ показал, что самые распространённые — тусклые — звёзды обычно одиночны, и в целом одинарными являются до 2/3 всех звёздных систем[34].
Расстояние между компонентами двойной системы может лежать в пределах от долей астрономической единицы (а. е., расстояние от Земли до Солнца) до сотен а. е. Если радиус орбиты планеты намного меньше этого расстояния (в случае вытянутой орбиты — его минимального значения), гравитационное воздействие второй звезды на движение этой планеты будет незначительным. Однако стабильные планетные орбиты с радиусом, сравнимым с расстоянием между звёздами (точнее, лежащим в интервале примерно от 1/3 до 3,5 этого расстояния), невозможны[35]. Одно исследование Альфы Центавра — ближайшей к Солнцу звёздной системы — показало, что двойные системы при поиске обитаемых планет игнорировать не стоит. Альфа Центавра-A и Альфа Центавра-B при максимальном сближении находятся на расстоянии 11 а. е. (а в среднем — 23 а. е., что примерно равно радиусу орбиты Урана), и могут иметь стабильную зону обитаемости. Компьютерное моделирование показало, что в этой системе могут существовать довольно устойчивые планетные орбиты на расстояниях до 3 а. е. от каждой звезды (за критерий устойчивости взято изменение большой полуоси менее чем на 5 % за 32 000 периодов двойной системы). Радиус зоны обитаемости для Альфы Центавра A оценивают в 1,2–1,3 а.е., а для Альфы Центавра B — 0,73–0,74 а.е. В обоих случаях эта зона целиком находится внутри зоны стабильных орбит[36].
Системы красных карликов
Зависимость температуры фотосферы от размера объекта. Планета, обращающаяся вокруг красного карлика (такого, как показан здесь) для достижения температур, подобных земным, должна находиться близко к звезде, что чревато приливным захватом.Выяснение жизнепригодности систем красных карликов очень важно для определения того, насколько может быть распространена жизнь во Вселенной, — ведь красные карлики составляют 70–90 % всех звёзд Галактики. Коричневых карликов (объектов, промежуточных между звёздами и планетами-гигантами), вероятно, ещё больше, чем красных, но они едва ли способны иметь жизнепригодные планеты, потому что излучают слишком мало тепла. Астрономы много лет исключали красные карлики из списка кандидатов на роль звёзд, в системах которых может зарождаться жизнь. Их малая масса (от 0,1 до 0,6 солнечных масс) означает, что термоядерные реакции в них идут исключительно медленно, и они излучают очень мало света (0,01 %—3 % от излучаемого нашим Солнцем).
Любая планета, обращающаяся вокруг красного карлика, для достижения на своей поверхности температур, близких к земным, должна находиться очень близко к своей звезде. Например, у звезды Лакайль 8760 радиус орбиты жизнепригодной планеты должен быть около 0,3 а. е. (меньше, чем у Меркурия), а у звезды Проксима Центавра — даже 0,032 а. е.[37] (год на такой планете будет длиться 6,3 дня). На таком расстоянии приливное действие звезды может синхронизировать вращение планеты: одна её сторона будет всегда повёрнута к звезде, а другая — от неё, и смены дня и ночи на планете не будет. Возможно также, что планета будет делать за один оборот вокруг звезды 1,5 (как Меркурий) или два оборота вокруг своей оси. В таком случае сутки будут очень длинные, что приведёт к большим суточным перепадам температур, а это затруднит существование жизни. Эти перепады могла бы сгладить толстая атмосфера, но она может препятствовать проникновению света звезды к поверхности планеты, уничтожая возможность фотосинтеза.
Дальнейшие исследования показали, однако, что для эффективного переноса тепла с дневной стороны на ночную достаточно и не очень плотной атмосферы. Исследования, проведённые Робертом Хэберлом и Маноджем Джоши из исследовательского центра НАСА в Эймсе, показали, что атмосфера способна к этому при парциальном давлении углекислого газа у поверхности в 0,10–0,15 атм.[38]. Такая атмосфера может и не препятствовать фотосинтезу. Мартин Хет из Гринвичского Общественного колледжа показал, что при достаточной глубине океанов под ледяной шапкой ночной стороны могла бы циркулировать вода. Дальнейшие исследования (включая рассмотрение вопроса о достаточной для фотосинтеза освещенности планеты) показали, что синхронно вращающиеся планеты в системах красных карликов пригодны для жизни, по крайней мере, высших растений[39].
Низкая светимость красных карликов и вероятное нахождение их планет в приливном захвате — не единственные факторы, неблагоприятные для жизни. Ещё одна проблема — то, что эти звёзды излучают большую часть энергии в инфракрасном диапазоне, тогда как для фотосинтеза земного типа нужен видимый свет. Однако на планетах таких звёзд не исключён хемосинтез. Кроме того, отсутствие смены дня и ночи снимает необходимость к ней приспосабливаться.
Красные карлики обычно сильно переменны (имеют переменность типа UV Кита). Часто они покрываются пятнами, подобными солнечным, и их светимость может понижаться на величину до 40 % на многие месяцы, пока в какой-то момент звезда не вспыхнет. При этом её яркость может удвоиться за считанные минуты[40]. Такие вспышки очень вредны для жизни, так как они не только могут разрушать органические соединения — основу живых организмов — но и «сдувать» значительный объём атмосферы планеты. Чтобы поддерживать жизнь, планета красного карлика должна иметь сильное магнитное поле, способное защищать её от сильного солнечного ветра. Для возникновения такого поля нужно быстрое вращение, а планета, находящаяся в приливном захвате, вращается очень медленно. Но красные карлики, согласно теории, энергично вспыхивают только в течение первых 1—2 миллиардов лет своей жизни. Таким образом, не исключена жизнь на планетах, которые в это время были на далёкой орбите (где и избежали приливного захвата), а потом по каким-то причинам переместились ближе, в зону обитаемости[41].
Красные карлики в астробиологическом плане имеют не только недостатки, но и одно преимущество: они очень долго живут. Временной масштаб эволюции можно оценить на примере Земли: для появления разумной жизни на нашей планете понадобилось 4,5 миллиарда лет (и ещё более миллиарда лет на ней будут подходящие для жизни условия)[42]. Это обеспечено длительностью стабильного существования Солнца (как и других жёлтых карликов). Красные карлики живут ещё намного дольше — сотни миллиардов лет, потому что термоядерные реакции в них протекают медленней, чем в более массивных звёздах (причём в отличие от них, в красных карликах в реакции участвует весь водород, а не только водород ядра). Таким образом, жизнь на планетах маломассивных звёзд имеет больше времени для возникновения и развития. Возможно, долговечность и большое количество красных карликов компенсируют их недостатки: вероятность жизни в системе каждого отдельно взятого красного карлика очень мала, но суммарный объём их зон обитаемости равен суммарному объёму зон обитаемости солнцеподобных звёзд, причём в системах красных карликов зоны обитаемости существуют намного дольше[43].
Галактическое окружение
На жизнепригодность планеты влияют не только её собственные параметры и свойства её звезды, но и их галактическое окружение. Научно обосновано, что одни зоны галактик — галактические зоны обитаемости — более благоприятные для жизни чем другие. Так, Солнечная система находится в Рукаве Ориона Млечного пути, на краю галактики, и это способствует её жизнепригодности по нескольким причинам[44]:
- Она находится не в шаровом скоплении, где большая концентрация звёзд порождает большую интенсивность излучения и гравитационные возмущения. Кроме того, в шаровых скоплениях очень мало тяжёлых элементов.
- Она не находится вблизи мощных источников гамма-излучения.
- Она не находится вблизи центра галактики, где высока плотность звёзд и возможно интенсивное ионизирующее излучение (например, от магнитаров и сверхновых). Опасность для окружающих объектов может представлять и сверхмассивная чёрная дыра, по-видимому находящаяся в центре галактики.
- Круглая орбита Солнца вокруг центра галактики удерживает его от входа в плотные зоны спиральных рукавов, которые опасны интенсивным излучением и гравитационными возмущениями
wikiredia.ru
Сверхобитаемые миры, или Почему Земля к ним не относится - 14 Января 2014 | Земля
Канадец Рене Эллер (René Heller) и американцец Джон Армстронг (John Armstrong) задались целью основательно критически перетрясти не отдельные концепции сегодняшней науки о потенциальной обитаемости экзопланет, а скорее сам подход, явленный в этой области знания. «Учёные разработали такой язык, — пишут они, — который отрицает возможность существования миров, предлагающих лучшие условия для жизни, чем на Земле». С одной стороны, они вроде бы ошибаются, ибо в последнее время в целом ряде работ проскальзывали упоминания о местах, где те или иные параметры обитаемости лучше наших, земных. А с другой — они, конечно же, правы.
Несравненная Земля — венец творения, или Мы просто ещё не сравнивали?
Обычно, говоря о том, какой должна быть обитаемая экзопланета, её сравнивают с нашим домом: «близнец Земли», «двойник» и т. д., и т. п. — и это не выдумки, а полноценные термины, изначально введённые в оборот сайтом препринтов arXiv.org и иными кузницами вне- и дожурнального научного знания. Но откуда такой, не побоимся этого слова, геоцентризм? Часто можно услышать: мы знаем одну обитаемую планету, поэтому, по принципу среднего, должны полагать, что если нам попался случайный объект из набора, то его характеристики будут ближе к средним для набора, чем к крайним. Следовательно, «самые-самые» обитаемые должны иметь массу, солнечную постоянную и атмосферу, один в один совпадающие с земными. А все остальные будут, так сказать, эрзац-обитаемыми.
Если не Земля — то пустыня? А может, для кого-то пустыня — это мы? (Иллюстрация Markus Gann.)
Увы, принцип среднего не работает, замечают наши герои. Для начала мы должны быть уверены, что Земля именно из этого набора — то есть из племени обитаемых планет, за пределами которого обитаемости нет. Попросту говоря, в предложении «Нет Бога, кроме Бога» вывод о правоте монотеизма следует только после второй его половины.
То есть логика принципа среднего работает, если все обитаемые планеты представлены теми, что получают основную часть своего тепла от звезды, имеют обширную гидросферу, атмосферу умеренной плотности и прочее, и прочее. Учёные показывают, что в действительности множество миров могут быть обитаемыми, если они получают значительную часть тепла, не дающего воде на их поверхности замёрзнуть, от приливного взаимодействия с другими небесными телами. Это не только пресловутые экзолуны у планет-гигантов далёких систем, которые в рассматриваемой работе называют «суперевропами». Речь идёт и о более экзотических сценариях: так, подчёркивается, что если бы Тейя, ударив по Землелуне порядка 4,5 млрд лет назад, распределила бы массы обоих получившихся тел равномернее (сильнее «ободрав» Землю), то две итоговые планеты могли бы сильно разогреваться друг о друга, и такие конфигурации двойных планет в принципе не исключены.
Не обязательна для планеты и обширная гидросфера или даже наличие континентов, которые иные полагают непременным условием углеродного цикла и жизни. Так, напоминают Эллер и Армстронг, давно показана возможность существования «Дюн» — сухих землеподобных планет, на которых ничтожное количество влаги в атмосфере делает невозможным безудержный парниковый эффект и полную потерю воды, необходимой для жизни. Более того, замечают учёные, континенты часто имеют внутренние области, не очень подходящие для процветания жизни (что легко заметить и на Земле), ибо колебания климата там не умеряются близостью моря. Таким образом, архипелаги, острова и континентальный шельф куда важнее для биоразнообразия.
Более того, планета а-ля Земля вполне может находиться в зоне обитаемости и тем не менее не быть обитаемой. Классический пример — Марс: на его орбите довольно солнечного света для жизни, будь на его месте Земля. Да что Земля — авторы говорят, что если в молодой Солнечной системе поменять Венеру и Марс местами, то четвёртая планета вполне могла бы быть обитаемой благодаря своей значительной гравитации и атмосфере.
Выборка, основанная лишь на Земле, из-за всех этих альтернатив очень груба и вводит в заблуждение, утверждают учёные. Что не менее важно, она не случайна — а значит, применить к ней принцип среднего вообще нельзя. Будь астробиологи двоякодышащими рыбами аммиачного океана с планеты X, которые случайно выбрали одну землеподобную планету для исследования, они могли бы сказать: вот один образец, который, скорее всего, ближе к средним параметрам. Однако мы оказались на Земле до того, как задались вопросом обитаемости экзопланет — а следовательно, для нас принцип среднего неработоспособен, так как у нас случайной выборки нет вовсе.
В общем, говорят Эллер и Армстронг, если это так, то Земля вполне может оказаться планетой, в части обитаемости далёкой как от идеальных показателей, так и от средних. На этой основе они предполагают существование так называемых сверхобитаемых миров — мест, где жизнь цветёт буйнее, а пахнет сильнее, чем у нас. Они ищут — и, что характерно, находят — краткий список моментов, которые могут обусловить такую ситуацию.
Где трава зеленее, чем у нас, или Размер имеет значение
Что это? Факторов, улучшающих обитаемость выше земных стандартов, может быть довольно много. В частности, поверхность экзопланеты, где существует жидкая вода, может быть физически больше, чем на нашей планете. Как ни смешно, судя по специфике биоценозов изолированных островов и той же Австралии, протяжённая обитаемая территория способна здорово ускорить развитие жизни и способствовать появлению значительного количества видов, а также придать больше устойчивости экосистеме в целом. Такой планетой может быть как тело размером с Землю, но без сильного наклона оси вращения, так и экзопланета с более плотной атмосферой или находящаяся в системе оранжевого (или красного) карлика, где значительная часть излучения приходится на инфракрасную часть спектра, то есть льды и снег его не отражают, в силу чего покрытые ими регионы не выхолаживаются до приполярного состояния, как на Земле, а, напротив, существуют в умеренном климате.
Конечно, если планета просто будет больше нашей, это тоже поднимет её формальную обитаемость, но, как замечают учёные, лишь до определённого предела: более пяти земных масс — и она может быть слишком тяжёлой для продолжения тектонической активности (хотя это и спорный вопрос) или даже настолько массивной, что не успеет лишиться водорода, присутствовавшего в её атмосфере в ранний период истории. Тогда планета будет перегреваться и, по всей видимости, станет малообитаемой.
Итак, лучшим размером для сверхобитаемого мира Эллер и Армстронг считают «слегка больше Земли». Кстати, добавляют они, в случае Солнечной системы самой обитаемой планетой очевидно является самая массивная изо всех землеподобных, и это ещё один аргумент в пользу сверхобитаемости многих «суперземель».
И миры-архипелаги, и пустынные планеты лучше Пангеи
Другим фактором процветания жизни может быть рельеф. Планеты, покрытые в основном архипелагами и неглубоким шельфом, должны быть обитаемее Земли: биопродуктивность шельфа много больше открытого моря с океанскими глубинами. Острова же почти не знают пустынь и обычно характеризуются умеренным климатом без резких колебаний температур — тем, чего так не хватает расположенным в центре континентов Сахаре, Гоби, пустыням Австралии и Аризоны.
Как ни странно, но более обитаемыми могут быть и планеты, где водой покрыта не слишком большая часть поверхности (вплоть до «Дюн»), но при этом резервуары с ней расположены равномерно по всей поверхности. В этом случае они не только умеряют колебания климата, но и предупреждают безудержный парниковый эффект на внутренней границе так называемой зоны обитаемости. Вместе с тем на её внешней границе планеты будут не очень склонны к переходу в состояние Земли-«снежка», поскольку не смогут покрыться общим ледовым покровом и тем самым резко повысить альбедо и снизить поток поглощаемого тепла.
Вес тектонике не помеха?
Тектоника плит может быть другим неожиданным фактором «сверхобитаемости». Хотя многие учёные и считают, что слишком тяжёлые «суперземли» будут иметь массу и вязкость мантии, необходимые для прекращения тектоники плит, некоторые свежие исследования указывают: поскольку в конечном счёте тектоника плит вызвана разностью температур между центром планеты и её поверхностью, по мере роста массы разность эта будет расти, и «склонность к тектонике плит» испытывает пик при массе планеты в 1–5 земных. Итог: до двух масс Земли экзопланеты будут сверхобитаемы в сравнении с нами из-за более активной тектоники плит, которая через углеродный цикл сможет быстрее стабилизировать климат, не давая разыграться массовым вымираниям (из-за резких изменений климата).
Магнитосфера и её последствия
Магнитное поле, по мнению авторов работы, тоже может быть признаком суперобитамости. Если планета будет легче 0,07 земной массы, поток заряженных частиц от её звезды со временем может унести молекулы воды, а затем и кислорода с азотом, оставив один углекислый газ (сценарий Марса). Эллер и Армстронг полагают, что, кроме маломассивных планет, сверхобитаемыми не могут быть и экзолуны, а также планеты, подвергнувшиеся приливному захвату (то есть вращающиеся вокруг красных карликов). Следовательно, магнитное поле там будет слабее, и, кажется, на этом основании авторы исключают тела у красных карликов из списка склонных к сверхобитаемости. Впрочем, по поводу магнитного поля и приливного захвата есть и принципиально иные точки зрения...
Углеродный цикл может быть и на океанидах
Климатический «термостат» «суперземель» — вот ещё один потенциальный фактор сверхобитаемости последних. Напомним: доминирующая до недавнего времени модель «суперземель»-океанид показывает, что они покрыты 100-километровым (и более) по глубине океаном, на дне которого лежит экзотический лёд — горячая субстанция находящегося тем не менее в твёрдом состоянии из-за огромного давления сверхглубокого океана. В таких местах углеродный цикл земного типа не действует, так как углекислый газ не будет связываться силикатами планетарной коры, поскольку между ней и атмосферой находится слой вечного льда.
Грусть-тоска? Вряд ли, считают исследователи. Дело в том, что при определённой насыщенности первоначальным углекислым газом начнёт происходить нечто, что на Земле имеет место с метаном (метангидраты): углекислый газ и вода образуют клатраты, соединения, в которых углекислый газ будет удерживаться на морском дне при его избытке в океане и из которых он может высвободиться при его недостатке. Более того, уже при контакте углекислого газа, поднимающегося с вулканической активностью с экзотическим льдом на стокилометровых глубинах, образующиеся при больших давлениях клатраты вполне могут успешно сформироваться и затем постепенно мигрировать по толще льда вверх, по сути, обеспечивая тот самый углеродный цикл, что на океанидах считался невозможным.
Тепло? Бог с ними, с мухами!
Очередным весомым фактором сверхобитаемости Эллер и Армстронг справедливо посчитали среднюю температуру поверхности. Учёные констатируют: видовое разнообразие и биопродуктивность в абсолютных цифрах в тропиках выше, чем в умеренном климате; следовательно, в периоды истории Земли, когда на ней было теплее, чем сегодня, её биота была отличалась бόльшим разнообразием и многочисленностью, чем в наши дни, когда планета в целом имеет 14–15 °C. Мы уже ждём ваших вопросов «А как же глобальное потепление?» — и авторы специально поясняют, что сверхобитаемой тёплая планета будет только в том случае, если это её привычный климат, а если вы на 14-градусной Земле устроите резкое потепление, то вымирание видов случится, простите, по-любому. Собственно говоря, всё это уже есть, хотя пока в основном и по другим причинам.
Наши учёные мужи оговариваются: поднимать среднюю температуру выше 25°C тоже неразумно, поскольку в этом случае в океанской воде будет слишком мало кислорода (пермское вымирание), что приведёт сначала к массовой гибели морской жизни, а затем и вымиранию связанной с ней наземной. Тем не менее в диапазоне 15–25°C они полагают планету более обитаемой, чем Земля.
Несколько неожиданным фактором сверхобитаемости названа... обитаемость. Нет, это масло не масленое: дело в том, что, судя по целому ряду признаков, чем раньше жизнь возникает и чем усиленней развивается, тем лучше условия для неё. Не верите? Эллер и Армстронг напоминают: возникновение несомненно биогенного кислорода в атмосфере 2,5 млрд лет назад вначале вызвало вымирание. Однако почти сразу после этого океаны были заселены водорослями, которые впоследствии резко изменили мир, обусловив появление животных, их поедающих, а затем и колонизацию планетарной суши.
Наконец, недавнее появление методов фотосинтеза, который идёт при более низком содержании углекислого газа, означает настоящий прорыв в обитаемости нашей Земли. В течение следующих 500 млн лет концентрация углекислого газа упадёт ниже 50 частей на миллион, ведь по мере нагрева планеты углекислый газ всё сильнее будет связываться горными породами. То есть C3-фотосинтезу, а вместе с ним и деревьям с лесами определённо придет конец. Фотосинтез С4, изобретённый некоторыми цветковыми, станет той единственной вещью, которая позволит выжить наземным растениям и поедающим им животным, включая, возможно, нас. Вывод прост: чем дольше обитаема планета, тем выше её шансы на сверхобитаемость, поскольку биосфера явно модифицирует планетарную среду и одновременно изменяется под неё сама, добиваясь максимальной отдачи на единицу доступных ресурсов.
А ещё хорошо бы, чтобы обитаемой была не только сама экзопланета, но и соседи по системе. В вышеупомянутых сценариях Венеры на месте Марса и Луны весом в пол-Земли с высокой вероятностью жизнь возникает и сможет развиваться более чем на одном теле Солнечной системы. Авторы считают, что при этом неизбежен взаимный обмен формами жизни и вытекающая из этого вспышка биоразнообразия, трудноопределимая для планет, которые являются единственными обитаемыми в системе.
Звезда: не слишком белая, не слишком красная
Важной учёные считают и массу «системной» звезды. Светила легче 0,6 солнечной массы будут излучать волны в основном в районе 700 нм (ИК) и более, в то время как Солнце даёт свет с длиной волны от 400 до 700 нм. Авторы не вдаются в описание возможностей экстремофилов выживать и фотосинтезировать под таким светом, поэтому полагают экзопланеты у красных карликов непригодными для «сверхобитаемости». Мимоходом, правда, они замечают, что банальная цианобактерия, которая, строго говоря, совсем не экстремофил, вполне может фотосинтезировать при помощи хлорофилла d, то есть при длине волны входящего света более 700 нм и вплоть до 750 нм. Правда, условия Земли (те самые 400–700 нм) даже хлорофилл d делают востребованным только в морских глубинах, так что, вообще говоря, мы понятия не имеем о том, насколько мог бы сдвинуться в ИК хлорофилл в системах красных карликов.
Но и слишком массивное солнце — это тоже плохо. Сегодня мы располагаем атмосферой, которая почти полностью поглощает ультрафиолет в диапазоне 200–285 нм и в основном — в диапазоне 285–315 нм. Однако, отмечают Эллер и Армстронг, там, где озонового слоя нет или он слаб (а в бескислородной атмосфере это немудрено), слишком сильное УФ-излучение, разрушающее ДНК, не даст местной жизни в прямом смысле поднять голову. Кстати, в основном в УФ-диапазоне излучают белые звёзды главной последовательности класса F, следующие по массивности за классом жёлтых карликов, к которому принадлежит Солнце. И ещё одно: оранжевые карлики, способные порождать свет, используемый нынешними земными растениями, имеют гораздо меньше ультрафиолета в своём излучении, из-за чего авторы считают их системы сверхобитаемыми: жизни там возникнуть проще, разовьётся она раньше, что — смотри выше — дополнительно поднимет обитаемость мира у оранжевого солнца.
Не слишком массивные звезды несколько легче Солнца имеют и другую приятную особенность: они долго живут. На главной последовательности они существуют 15–30 млрд лет, то есть пока ни одна из них ещё не умерла, просто в силу ограниченного возраста Вселенной. Из этого легко понять, что поскольку сверхобитаемость прямо зависит от срока существования жизни на экзопланете, то и тела у долгоживущих звёзд умеренной массы автоматически находятся в выгодном положении относительно Земли. Если мы зажаримся в ближайший миллиард лет от роста солнечной светимости, то такие же процессы у оранжевых карликов происходят в 2–3 раза медленнее, то есть до закипания океанов у них не 5–6 млрд лет, как у нашей планеты с её желтым Солнцем, а полноценные десяток–полтора миллиардов.
Луна: хранитель жизни на Земле или враг её сверхобитаемости?
А вот часто эксплуатируемый сторонниками теории «уникальной Земли» наклон оси вращения планеты авторы к факторам «сверхобитаемости» относить не готовы. Их точка зрения проста: считается, что Земля идеальна для жизни – а значит, наклон оси вращения необходим планете, чтобы на ней зародилась жизнь (термодинамическая нестабильность и т. п.). Поскольку стабильность наклона нашей оси вращения объясняется влиянием случайно возникшей из-за межпланетного бильярда Луны, то вероятность повтора таких условий для возникновения жизни мала, рассуждают «уникальщики».
Интересная логика, говорят нам Эллер и Армстронг. Да только для её работы желателен (а то и необходим для развития жизни) постоянный наклон земной оси; кроме того, предположительно благоприятная роль этого фактора не должна подавляться известным влиянием Луны на скорость вращения Земли. Все как-то забывают в подобных спорах о том, что наши сутки сейчас впятеро короче, чем были 4,5 млрд лет тому назад. Следовательно, Луна сильно поменяла и наш климат, и много чего ещё. В лучшую ли сторону, учитывая, что суточные колебания температур явно выросли и вряд ли на 20%?..
Оранжевый карлик Эпсилон Эридана (10,5 св. лет). Вокруг него среди прочего вращается Эпсилон Эридана b. Как утверждают авторы работы, приливной разогрев лун этой планеты, что потяжелее Юпитера, может сделать её массивные спутники вполне тёплыми и обитаемыми даже без большой близости к звезде. (Иллюстрация NASA / StSl.)
Выясняются и другие интересные вещи. Во-первых, недавняя работа показала, что ось вращения Земли вполне могла быть стабильной и без крупного спутника типа Луны. Другая группа учёных и вовсе заявила, что стабильность наклона оси вращения не то что необязательна, а прямо нежелательна для развития живых существ. То есть, натурально, меняющийся наклон земной оси был бы лучше для эволюции жизни. Возьмем, например, общее замерзание планеты, случившееся несколько сот миллионов лет назад: при изменении наклона оси Земля постепенно разморозилась бы из-за нарушения обратной связи «лёд — альбедо». Более того, исподволь меняющийся наклон земной оси провоцировал бы ползучую, но непрерывную эволюцию живых существ, не давая экосистемам застаиваться в теплично-парниковых условиях неизменного климата и тем самым делая их менее уязвимыми ко всяким падающим астероидам и прочим беспардонным явлениям внешнего, астрономического происхождения, которые подозреваются в частом провоцировании массовых вымираний на Земле. Так что, увы и ах, Эллер и Армстронг полагают вполне вероятным, что, не будь у Земли массивного спутника — и наша жизнь могла бы быть лучше, а то и веселее.
Больше газа — больше жизни?
И два слова об атмосфере. Резонно считается, что более массивные аналоги Земли будут иметь более плотную газовую оболочку, и, по всем признакам, замечают авторы, это явный помощник достижения биопроцветания. Более стабильный климат без резких и быстрых колебаний, лучшая защита от космической радиации и ультрафиолета вряд ли могут негативно повлиять на жизнь. Наконец, говорят Эллер и Армстронг, нынешний 21% кислорода в атмосфере тоже далеко не идеален. Хотя кислород выше 35% в атмосфере резко усложнил бы жизнь на планете (самопроизвольно возгорались бы леса), содержание этого газа в диапазоне 22–35% явно ускорит метаболизм наземных и морских животных и растений, с понятными благоприятными последствиями.
Общий вывод из работы вполне очевиден. Мы не знаем, купили ли уже авторы акции компании, продающей места на первый рейс к Альфе Центавра, но это, безусловно, очень солидный промоушен ближайшей звёздной системы, где, кстати, есть одна планета с размерами, близкими к земным. Её звезда — α Центавра B — вполне средний оранжевый карлик (K1 V), примерно на миллиард лет старше Солнца. Статистика известных экзопланет как бы намекает, что там, скорее всего, будут и «суперземли». Учитывая, что они массивнее нашей планеты и старше её, можно предполагать, что сверхобитаемые миры есть именно там. Будем надеяться, что рейс Земля — Центавра пока привлекает только одну сторону.Полезное: Если вы оказались в северной столице, посетив специализированный ресурс вы без проблем найдете лучшие гостиницы Петербурга в которых можно остановиться.
earth-chronicles.ru
Почему Зема а не Земля
030.21082014 Коллектив Большой Сатаронтской библиотеки сделал анализ развития Земы и Земли. По сути эти планеты астральные близнецы. Одинаковый климат и диаметр и расположение материков.На Земле материк Америка, на Земе — Мраморный континент. С запада омывается великим океаном — Тихий океан омывает Америку, Дикий океан — Мраморный континент. А с востока оба континента омываются Атлантическим океаном.
Ещё одна попытка объяснить феномен превращения одного отдаленного мира (которое в АзТаро называют тридевятым королевством), это в Солнечной системе, в центр галактики…Почему же Зема и не Земля обрела особый статус центра галактики?
***Самые просветленные умы личностей нашей Вселенной стремились попасть на Зему. На Мраморный континент. Это стало предпосылкой создания мысли, мнения, доктрины — Солнечная система, Зема, Мраморный континент должен стать культурным центром галактики. В силу его уникальности. Меня могут спросить — а Земля? Почему совсем рядом с Землей, если мерить космическим аршином, в Солнечной Системе есть планета, которая известна всей галактике и доступна всей галактике а земляне этого не знают. А что они вообще знают о параллельных мирах? И почему Земля до сих пор закрыта для космоса? Из-за ряда причин.
Земля, справедливости ради, тоже объект пристального внимания для ученых Галактики. Но она закрыта для космоса, как закрыта клетка в которой живет, к примеру, мышь. Она тоже объект для исследования. Поясним почему.
На Земле царят двойные стандарты. Это результат извращенных сведений о мире, мораль общества. Если посмотреть объективным взглядом со стороны на жизнь и цивилизацию планеты Земля, то что увидит наблюдатель?
Он увидит как планета постепенно истощается — непополняемые ресурсы планеты находятся в частной собственности. Они сжигаются в буквальном смысле этого слова, загрязняя атмосферу. Не надо быть ученым чтобы понять — наступает экологическая катастрофа и люди целенаправленно её готовят, из года в год.
Обитатели планеты ослеплены материальным благополучием и это конечно страшно. Мы, граждане галактики, члены галактического содружества, наблюдаем за этим процессом. Этика Содружества запрещает вмешиваться во внутренние дела Землян. Земляне сами должны найти выход. Они должны научиться доверять друг другу. Научиться видеть в планете партнера и разумно относится к ресурсам планеты. Все планеты живые, со своей аурой и судьбой.
***Экологическая катастрофа — следствие двойных стандартов. Доктрины свободы, справедливости провозглашены, но они не выполняются. В силу корыстных интересов частных лиц, которые по совместительству сидят в парламентах и лоббируют решения своих фондов и сообществ.
Инфляция как ржа разъедает нравственную основу общества. Она появилась на государственном уровне как уникальное по простоте средство погашения государственных долгов, их по существу не отдавая. Долги девальвируются. Сжимаются по абсолютной величине и превращаются в нуль. Но вместе с долгами сжимаются и девальвируются и накопления граждан общества.
Человек к старости понимает, что жизнь прожита а все накопления, его труд, пот, энергия, всё это каким-то непостижимым для образом исчезло. Но ничего просто так не происходит. Кто-то теряет, кто-то получает.
Государство в целом получает всё это, оно просто живет не по средствам. теряется вера в государственный институт власти, вера в справедливость сменяется неверием. Апатией, скукой, всем что порождает алкоголизм, депрессию. Вот они, страшные цепочки потери духовности. Это не менее страшно чем экологическая катастрофа.
Государственный институт власти на словах борется с инфляцией. Но она выгодна государству, которое привыкло жить не по средствам. Как только вдруг появляется профицит бюджета это расценивается продажными экономистами как национальное бедствие.
А профицит это прибыль экономного государства, которая направляется на создание фондов накопления. Государство продает свои ресурсы, чтобы средства от продажи национальных ресурсов вкладывать в зарубежные банки на самый минимальный процент. Логики никакой, если не принимать в расчет интересы частных лиц, из которых созданы лобби. Тогда начинает проявляться чей-то частный интерес.
***Если Земля будет открыта для космоса, то темпы катастрофы для цивилизации Землян только ускорятся. Пока планета закрыта, у неё есть шанс найти червоточину и устранить её. Рано или поздно Земля будет открыта для космоса и галактики.
Мы, создатели этого блога, готовим сознание людей для этого события. Сначала появляется мысль — на всех планетах есть жизнь. И мы поясним почему.
***Условий для органических форм жизни гораздо меньше, чем для неорганических. Поэтому количество планет, на которых есть органические формы жизни, мало. Так среди сотен миллионов планет галактики только несколько сотен тысяч планет могут сказать — у нас есть органическая жизнь.
На самом деле только каждая тысячная планета может сказать так. На всех остальных присутствуют неорганические формы жизни. Которым не нужна атмосфера или вода. Да и близость к звездам их тоже мало пугает, как и отдаленность.
***Чтобы правильно выбирать дороги надо адекватно оценивать мир, в котором мы живем. Мы не живем в Казинке или в Москве. Мы жители галактики. Жители вселенной. Как устроена вселенная?
Надо понять и принять за факт и реальность: наша Вселенная относится к типу духовных. Это означает, что тонкие духовные структуры всегда будут первичны, а грубые физические материи вторичны. Духовная сила, наш Создатель, стремится проникать в толщи мертвой материи, обогащая её духовностью.
Этот процесс мы называем Божьим промыслом. Бесконечно большое количество частиц духовной силы, как космический ветер наполняет просторы галактик. Эти потоки частиц, будто споры, проникают на все планеты Вселенной. И там, куда попадает такое зерно, такая спора духовности, возникает жизнь.
**Что такое жизнь? Жизнь это я, это ты, это бесконечное количество тонких духовных существ, которые заселяют материальные тела, свои оболочки. В грубую материю всё глубже и глубже проникает тонкая энергия, одухотворяя её.
Эти тонкие структуры материя называет жизнью. Все страхи потерять жизнь рождают в нашем теле. не в душе и не в духе — мы же бессмертны. Покидаем изношенное тело чтобы вселиться в следующее. Цель — эволюция.
Частица бессмертной души вселенной — то самое зерно которое попадает в почву. Искра Божья, попадая в мертвую материю, начинает творить, то есть создавать свою духовную структуру. Начинают накапливаться тонкие энергии. А новая структура называется душой.
***Дух божий или искра божия — часть бессмертной души Вселенной. Той самой разумной силы которая создала нашу вселенную. Дух проникает в материю и рождает зерно духовности из которой появляются задатки души.
Возникает момент и возможность осмысления. Это даже не мысль. Это лишь признаки мысли. Так возникает жизнь в данной материи. Ментальная энергия, как и другие формы духовной энергии, растёт и накапливается.
***Мы — есть сама жизнь для материи. Покупая дом мы через некоторое время с удивлением наблюдаем в нем перемены. Мы сами чувствуем эти перемены. Нам становится он как родной. Это и есть признак насыщения мертвых материй тонкими духовными материями. Да что, дом. У каждого из нас есть любимые вещи. Они наполнены нашей энергией души. Мы - это душа, себя осознающая, а ещё дух божий который для нас, душ, есть жизнь.
***Объекты материального мира могут и обязаны одухотворяться. В этом цель эволюции нашей Вселенной и каждой души, созданной творцом. Когда тот или иной объект имеет душу, то он уже может осознавать себя и свое положение.
Наиболее простой объект в этом плане — камни. Они тоже, на примитивном уровне, реагируют на внешнюю среду, нагреваются или остывают. Если давление велико то из графита может получится алмаз. То есть меняется даже химический состав материи!
Душа такого камня конечно элементарна. Но развитие идет постоянно и постепенно. Проходит время и душа камня развиваясь становится душой растения. Затем насекомого, дерева, цветка, животного, человека, планеты, галактики…вселенной… в свою очередь распыляя вокруг себя частички искр. Процесс создания новых вселенных, одухотворения все новых материй идет постоянно. Душа обязана трудиться и день и ночь… поёт Высоцкий.
*** душа в процессе эволюции меняет материальные оболочки. На каждом уровне развития своя цель души. Об этих целях отдельный разговор. Сегодня нас статья пунктирная.
***уровень духовности очень различен в разных объектах. Так, душа планеты отличается от души человека в той же степени как душа человека и травинки или цветка. Мы, люди, обладаем развитым аппаратом мышления. Даже не понимая, не осознавая глубинного смысла явления, мы можем думать, анализировать, сравнивать, делать выводы. А процесс осознания, осмысления наступает позже.
И наша жизнь качественно меняется. Наступает момент когда мы уже не сможем привычно прохамить в ответ, привычно захламить жизненное пространство, мы начинаем задумываться о причинах нашей изолированности от космоса. Мы взрослеем. Начинаем задумываться о причинах бедности. Стать богатым, к примеру, достаточно просто. Другое дело — не сделать это желание целью жизни, как и стремление к комфорту.
***Научный прогресс является локомотивом для технического прогресса. Технологии позволяют увеличивать производительность труда. Это снижает себестоимость продукции. Цены падают. При условии, что оплата труда растет медленнее, чем производитель-ность.
В самом деле, если рабочий производит за смену 100 единиц товарной продукции и ему платят по 10 пенсов за штуку, то это не означает, что ему будут платить столько же если по новой технологии он сможет производить не 100, а 200 единиц. Оплата снизится до 6 пенсов за штуку. Доля труда в цене падает и это правильно. Если закладывать разумную прибыль, то цена должна падать и че быстрее НТП, тем быстрее падает и цена.
Рост цен это не нормально. Кто-то проявляет жадность. Чтобы снизить вероятность кризисов перепроизводства экономист Кейнс придумал инфляцию и госзаказы.
Появляется инфляция, государство начинает загнивать. Если цены на продукты массового производства падают, то начинают падать и цены на товары ручного производства. Ведь потребительский набор становится дешевле. Раньше мне для данного уровня жизни требовалось 20 тысяч в месяц. Сейчас мне хватает и 15000.
Значит и я за свою работу должен брать меньше. А кто из нас вот так — добровольно будет снижать цену?
Только под давлением, только в конкуренции. Она объективно заставляет производителя снижать цены. К примеру, корпорация «Кренди Корпорейшен» продавала свой продукт — антигравы по 850 тугров. а сейчас, всего лишь 6 лет спустя уже по 350. Это нормально для галактики. А если открыть Землю для космоса?
***научно-технический прогресс глобально удешевляет товары. А конкуренция является стимулом для этого. Инфляция вообще недопустима для галактики! Да, ряд лет цены на земли Мраморного континента постоянно росли.
Рост измерялся в сотни, тысяч раз. Это было связано с повышенным спросом на ограниченный продукт — землю. Но к 2014 году спрос и предложение выровнялись и в 2014 году цены на земли Мраморного континента стали падать. И это нормально!
Экономисты Земли говорят — цены будут расти, так как сырье находится глубоко и далеко. Растут издержки. Но они лукавят — они скрывают фактор технологии, а он по закону Роста всегда перекрывает рост издержек. Да и доля сырья в цене падает. зато растет доля научных изысканий, патентов.
Экономисты же как щитом прикрываются ростом издержек на добычу сырья. Но недоступность, затрудненность доступа становится нам всем ещё одной подсказкой. Это означает что хватит, довольно сжигать невосполнимые запасы земли! Это причина экологической катастрофы. И хватит подпитывать тех, кто утверждает, что инфляция нужна. Пока будут такие настроения — космос будет для землян закрыт! Это тупик в развитии всей цивилизации.
***депозиты в банках галактики кладут обычно под 2-3% годовых. Здесь галактический год это время оборота планеты вокруг звезды. Конечно, в центре галактики, АзТаро, например, планеты обегают звезду по орбите за 4-5 земных лет. Но и там %% по депозиту редко встретишь выше 4%. Даже в сумеречной зоне планеты Тьма.
granireal.ru
Сверхобитаемые миры, или почему Земля к ним не относится
Канадец Рене Эллер (René Heller) и американцец Джон Армстронг (John Armstrong) задались целью основательно критически перетрясти не отдельные концепции сегодняшней науки о потенциальной обитаемости экзопланет, а скорее сам подход, явленный в этой области знания. «Учёные разработали такой язык, — пишут они, — который отрицает возможность существования миров, предлагающих лучшие условия для жизни, чем на Земле». С одной стороны, они вроде бы ошибаются, ибо в последнее время в целом ряде работ проскальзывали упоминания о местах, где те или иные параметры обитаемости лучше наших, земных. А с другой — они, конечно же, правы.
Несравненная Земля — венец творения, или Мы просто ещё не сравнивали?
Обычно, говоря о том, какой должна быть обитаемая экзопланета, её сравнивают с нашим домом: «близнец Земли», «двойник» и т. д., и т. п. — и это не выдумки, а полноценные термины, изначально введённые в оборот сайтом препринтов arXiv.org и иными кузницами вне- и дожурнального научного знания. Но откуда такой, не побоимся этого слова, геоцентризм? Часто можно услышать: мы знаем одну обитаемую планету, поэтому, по принципу среднего, должны полагать, что если нам попался случайный объект из набора, то его характеристики будут ближе к средним для набора, чем к крайним. Следовательно, «самые-самые» обитаемые должны иметь массу, солнечную постоянную и атмосферу, один в один совпадающие с земными. А все остальные будут, так сказать, эрзац-обитаемыми.
Если не Земля — то пустыня? А может, для кого-то пустыня — это мы? (Иллюстрация Markus Gann.)
Увы, принцип среднего не работает, замечают наши герои. Для начала мы должны быть уверены, что Земля именно из этого набора — то есть из племени обитаемых планет, за пределами которого обитаемости нет. Попросту говоря, в предложении «Нет Бога, кроме Бога» вывод о правоте монотеизма следует только после второй его половины.
То есть логика принципа среднего работает, если все обитаемые планеты представлены теми, что получают основную часть своего тепла от звезды, имеют обширную гидросферу, атмосферу умеренной плотности и прочее, и прочее. Учёные показывают, что в действительности множество миров могут быть обитаемыми, если они получают значительную часть тепла, не дающего воде на их поверхности замёрзнуть, от приливного взаимодействия с другими небесными телами. Это не только пресловутые экзолуны у планет-гигантов далёких систем, которые в рассматриваемой работе называют «суперевропами». Речь идёт и о более экзотических сценариях: так, подчёркивается, что если бы Тейя, ударив по Землелуне порядка 4,5 млрд лет назад, распределила бы массы обоих получившихся тел равномернее (сильнее «ободрав» Землю), то две итоговые планеты могли бы сильно разогреваться друг о друга, и такие конфигурации двойных планет в принципе не исключены.
Не обязательна для планеты и обширная гидросфера или даже наличие континентов, которые иные полагают непременным условием углеродного цикла и жизни. Так, напоминают Эллер и Армстронг, давно показана возможность существования «Дюн» — сухих землеподобных планет, на которых ничтожное количество влаги в атмосфере делает невозможным безудержный парниковый эффект и полную потерю воды, необходимой для жизни. Более того, замечают учёные, континенты часто имеют внутренние области, не очень подходящие для процветания жизни (что легко заметить и на Земле), ибо колебания климата там не умеряются близостью моря. Таким образом, архипелаги, острова и континентальный шельф куда важнее для биоразнообразия.
Более того, планета а-ля Земля вполне может находиться в зоне обитаемости и тем не менее не быть обитаемой. Классический пример — Марс: на его орбите довольно солнечного света для жизни, будь на его месте Земля. Да что Земля — авторы говорят, что если в молодой Солнечной системе поменять Венеру и Марс местами, то четвёртая планета вполне могла бы быть обитаемой благодаря своей значительной гравитации и атмосфере.
Выборка, основанная лишь на Земле, из-за всех этих альтернатив очень груба и вводит в заблуждение, утверждают учёные. Что не менее важно, она не случайна — а значит, применить к ней принцип среднего вообще нельзя. Будь астробиологи двоякодышащими рыбами аммиачного океана с планеты X, которые случайно выбрали одну землеподобную планету для исследования, они могли бы сказать: вот один образец, который, скорее всего, ближе к средним параметрам. Однако мы оказались на Земле до того, как задались вопросом обитаемости экзопланет — а следовательно, для нас принцип среднего неработоспособен, так как у нас случайной выборки нет вовсе.
В общем, говорят Эллер и Армстронг, если это так, то Земля вполне может оказаться планетой, в части обитаемости далёкой как от идеальных показателей, так и от средних. На этой основе они предполагают существование так называемых сверхобитаемых миров — мест, где жизнь цветёт буйнее, а пахнет сильнее, чем у нас. Они ищут — и, что характерно, находят — краткий список моментов, которые могут обусловить такую ситуацию.
Где трава зеленее, чем у нас, или Размер имеет значение
Что это? Факторов, улучшающих обитаемость выше земных стандартов, может быть довольно много. В частности, поверхность экзопланеты, где существует жидкая вода, может быть физически больше, чем на нашей планете. Как ни смешно, судя по специфике биоценозов изолированных островов и той же Австралии, протяжённая обитаемая территория способна здорово ускорить развитие жизни и способствовать появлению значительного количества видов, а также придать больше устойчивости экосистеме в целом. Такой планетой может быть как тело размером с Землю, но без сильного наклона оси вращения, так и экзопланета с более плотной атмосферой или находящаяся в системе оранжевого (или красного) карлика, где значительная часть излучения приходится на инфракрасную часть спектра, то есть льды и снег его не отражают, в силу чего покрытые ими регионы не выхолаживаются до приполярного состояния, как на Земле, а, напротив, существуют в умеренном климате.
Конечно, если планета просто будет больше нашей, это тоже поднимет её формальную обитаемость, но, как замечают учёные, лишь до определённого предела: более пяти земных масс — и она может быть слишком тяжёлой для продолжения тектонической активности (хотя это и спорный вопрос) или даже настолько массивной, что не успеет лишиться водорода, присутствовавшего в её атмосфере в ранний период истории. Тогда планета будет перегреваться и, по всей видимости, станет малообитаемой.
Итак, лучшим размером для сверхобитаемого мира Эллер и Армстронг считают «слегка больше Земли». Кстати, добавляют они, в случае Солнечной системы самой обитаемой планетой очевидно является самая массивная изо всех землеподобных, и это ещё один аргумент в пользу сверхобитаемости многих «суперземель».
И миры-архипелаги, и пустынные планеты лучше Пангеи
Другим фактором процветания жизни может быть рельеф. Планеты, покрытые в основном архипелагами и неглубоким шельфом, должны быть обитаемее Земли: биопродуктивность шельфа много больше открытого моря с океанскими глубинами. Острова же почти не знают пустынь и обычно характеризуются умеренным климатом без резких колебаний температур — тем, чего так не хватает расположенным в центре континентов Сахаре, Гоби, пустыням Австралии и Аризоны.
Как ни странно, но более обитаемыми могут быть и планеты, где водой покрыта не слишком большая часть поверхности (вплоть до «Дюн»), но при этом резервуары с ней расположены равномерно по всей поверхности. В этом случае они не только умеряют колебания климата, но и предупреждают безудержный парниковый эффект на внутренней границе так называемой зоны обитаемости. Вместе с тем на её внешней границе планеты будут не очень склонны к переходу в состояние Земли-«снежка», поскольку не смогут покрыться общим ледовым покровом и тем самым резко повысить альбедо и снизить поток поглощаемого тепла.
Вес тектонике не помеха?
Тектоника плит может быть другим неожиданным фактором «сверхобитаемости». Хотя многие учёные и считают, что слишком тяжёлые «суперземли» будут иметь массу и вязкость мантии, необходимые для прекращения тектоники плит, некоторые свежие исследования указывают: поскольку в конечном счёте тектоника плит вызвана разностью температур между центром планеты и её поверхностью, по мере роста массы разность эта будет расти, и «склонность к тектонике плит» испытывает пик при массе планеты в 1–5 земных. Итог: до двух масс Земли экзопланеты будут сверхобитаемы в сравнении с нами из-за более активной тектоники плит, которая через углеродный цикл сможет быстрее стабилизировать климат, не давая разыграться массовым вымираниям (из-за резких изменений климата).
Магнитосфера и её последствия
Магнитное поле, по мнению авторов работы, тоже может быть признаком суперобитамости. Если планета будет легче 0,07 земной массы, поток заряженных частиц от её звезды со временем может унести молекулы воды, а затем и кислорода с азотом, оставив один углекислый газ (сценарий Марса). Эллер и Армстронг полагают, что, кроме маломассивных планет, сверхобитаемыми не могут быть и экзолуны, а также планеты, подвергнувшиеся приливному захвату (то есть вращающиеся вокруг красных карликов). Следовательно, магнитное поле там будет слабее, и, кажется, на этом основании авторы исключают тела у красных карликов из списка склонных к сверхобитаемости. Впрочем, по поводу магнитного поля и приливного захвата есть и принципиально иные точки зрения…
Углеродный цикл может быть и на океанидах
Климатический «термостат» «суперземель» — вот ещё один потенциальный фактор сверхобитаемости последних. Напомним: доминирующая до недавнего времени модель «суперземель»-океанид показывает, что они покрыты 100-километровым (и более) по глубине океаном, на дне которого лежит экзотический лёд — горячая субстанция находящегося тем не менее в твёрдом состоянии из-за огромного давления сверхглубокого океана. В таких местах углеродный цикл земного типа не действует, так как углекислый газ не будет связываться силикатами планетарной коры, поскольку между ней и атмосферой находится слой вечного льда.
Грусть-тоска? Вряд ли, считают исследователи. Дело в том, что при определённой насыщенности первоначальным углекислым газом начнёт происходить нечто, что на Земле имеет место с метаном (метангидраты): углекислый газ и вода образуют клатраты, соединения, в которых углекислый газ будет удерживаться на морском дне при его избытке в океане и из которых он может высвободиться при его недостатке. Более того, уже при контакте углекислого газа, поднимающегося с вулканической активностью с экзотическим льдом на стокилометровых глубинах, образующиеся при больших давлениях клатраты вполне могут успешно сформироваться и затем постепенно мигрировать по толще льда вверх, по сути, обеспечивая тот самый углеродный цикл, что на океанидах считался невозможным.
Тепло? Бог с ними, с мухами!
Очередным весомым фактором сверхобитаемости Эллер и Армстронг справедливо посчитали среднюю температуру поверхности. Учёные констатируют: видовое разнообразие и биопродуктивность в абсолютных цифрах в тропиках выше, чем в умеренном климате; следовательно, в периоды истории Земли, когда на ней было теплее, чем сегодня, её биота была отличалась бόльшим разнообразием и многочисленностью, чем в наши дни, когда планета в целом имеет 14–15 °C. Мы уже ждём ваших вопросов «А как же глобальное потепление?» — и авторы специально поясняют, что сверхобитаемой тёплая планета будет только в том случае, если это её привычный климат, а если вы на 14-градусной Земле устроите резкое потепление, то вымирание видов случится, простите, по-любому. Собственно говоря, всё это уже есть, хотя пока в основном и по другим причинам.
Наши учёные мужи оговариваются: поднимать среднюю температуру выше 25°C тоже неразумно, поскольку в этом случае в океанской воде будет слишком мало кислорода (пермское вымирание), что приведёт сначала к массовой гибели морской жизни, а затем и вымиранию связанной с ней наземной. Тем не менее в диапазоне 15–25°C они полагают планету более обитаемой, чем Земля.
Несколько неожиданным фактором сверхобитаемости названа… обитаемость. Нет, это масло не масленое: дело в том, что, судя по целому ряду признаков, чем раньше жизнь возникает и чем усиленней развивается, тем лучше условия для неё. Не верите? Эллер и Армстронг напоминают: возникновение несомненно биогенного кислорода в атмосфере 2,5 млрд лет назад вначале вызвало вымирание. Однако почти сразу после этого океаны были заселены водорослями, которые впоследствии резко изменили мир, обусловив появление животных, их поедающих, а затем и колонизацию планетарной суши.
Наконец, недавнее появление методов фотосинтеза, который идёт при более низком содержании углекислого газа, означает настоящий прорыв в обитаемости нашей Земли. В течение следующих 500 млн лет концентрация углекислого газа упадёт ниже 50 частей на миллион, ведь по мере нагрева планеты углекислый газ всё сильнее будет связываться горными породами. То есть C3-фотосинтезу, а вместе с ним и деревьям с лесами определённо придет конец. Фотосинтез С4, изобретённый некоторыми цветковыми, станет той единственной вещью, которая позволит выжить наземным растениям и поедающим им животным, включая, возможно, нас. Вывод прост: чем дольше обитаема планета, тем выше её шансы на сверхобитаемость, поскольку биосфера явно модифицирует планетарную среду и одновременно изменяется под неё сама, добиваясь максимальной отдачи на единицу доступных ресурсов.
А ещё хорошо бы, чтобы обитаемой была не только сама экзопланета, но и соседи по системе. В вышеупомянутых сценариях Венеры на месте Марса и Луны весом в пол-Земли с высокой вероятностью жизнь возникает и сможет развиваться более чем на одном теле Солнечной системы. Авторы считают, что при этом неизбежен взаимный обмен формами жизни и вытекающая из этого вспышка биоразнообразия, трудноопределимая для планет, которые являются единственными обитаемыми в системе.
Звезда: не слишком белая, не слишком красная
Важной учёные считают и массу «системной» звезды. Светила легче 0,6 солнечной массы будут излучать волны в основном в районе 700 нм (ИК) и более, в то время как Солнце даёт свет с длиной волны от 400 до 700 нм. Авторы не вдаются в описание возможностей экстремофилов выживать и фотосинтезировать под таким светом, поэтому полагают экзопланеты у красных карликов непригодными для «сверхобитаемости». Мимоходом, правда, они замечают, что банальная цианобактерия, которая, строго говоря, совсем не экстремофил, вполне может фотосинтезировать при помощи хлорофилла d, то есть при длине волны входящего света более 700 нм и вплоть до 750 нм. Правда, условия Земли (те самые 400–700 нм) даже хлорофилл d делают востребованным только в морских глубинах, так что, вообще говоря, мы понятия не имеем о том, насколько мог бы сдвинуться в ИК хлорофилл в системах красных карликов.
Но и слишком массивное солнце — это тоже плохо. Сегодня мы располагаем атмосферой, которая почти полностью поглощает ультрафиолет в диапазоне 200–285 нм и в основном — в диапазоне 285–315 нм. Однако, отмечают Эллер и Армстронг, там, где озонового слоя нет или он слаб (а в бескислородной атмосфере это немудрено), слишком сильное УФ-излучение, разрушающее ДНК, не даст местной жизни в прямом смысле поднять голову. Кстати, в основном в УФ-диапазоне излучают белые звёзды главной последовательности класса F, следующие по массивности за классом жёлтых карликов, к которому принадлежит Солнце. И ещё одно: оранжевые карлики, способные порождать свет, используемый нынешними земными растениями, имеют гораздо меньше ультрафиолета в своём излучении, из-за чего авторы считают их системы сверхобитаемыми: жизни там возникнуть проще, разовьётся она раньше, что — смотри выше — дополнительно поднимет обитаемость мира у оранжевого солнца.
Не слишком массивные звезды несколько легче Солнца имеют и другую приятную особенность: они долго живут. На главной последовательности они существуют 15–30 млрд лет, то есть пока ни одна из них ещё не умерла, просто в силу ограниченного возраста Вселенной. Из этого легко понять, что поскольку сверхобитаемость прямо зависит от срока существования жизни на экзопланете, то и тела у долгоживущих звёзд умеренной массы автоматически находятся в выгодном положении относительно Земли. Если мы зажаримся в ближайший миллиард лет от роста солнечной светимости, то такие же процессы у оранжевых карликов происходят в 2–3 раза медленнее, то есть до закипания океанов у них не 5–6 млрд лет, как у нашей планеты с её желтым Солнцем, а полноценные десяток–полтора миллиардов.
Луна: хранитель жизни на Земле или враг её сверхобитаемости?
А вот часто эксплуатируемый сторонниками теории «уникальной Земли» наклон оси вращения планеты авторы к факторам «сверхобитаемости» относить не готовы. Их точка зрения проста: считается, что Земля идеальна для жизни – а значит, наклон оси вращения необходим планете, чтобы на ней зародилась жизнь (термодинамическая нестабильность и т. п.). Поскольку стабильность наклона нашей оси вращения объясняется влиянием случайно возникшей из-за межпланетного бильярда Луны, то вероятность повтора таких условий для возникновения жизни мала, рассуждают «уникальщики».
Интересная логика, говорят нам Эллер и Армстронг. Да только для её работы желателен (а то и необходим для развития жизни) постоянный наклон земной оси; кроме того, предположительно благоприятная роль этого фактора не должна подавляться известным влиянием Луны на скорость вращения Земли. Все как-то забывают в подобных спорах о том, что наши сутки сейчас впятеро короче, чем были 4,5 млрд лет тому назад. Следовательно, Луна сильно поменяла и наш климат, и много чего ещё. В лучшую ли сторону, учитывая, что суточные колебания температур явно выросли и вряд ли на 20%?..
Оранжевый карлик Эпсилон Эридана (10,5 св. лет). Вокруг него среди прочего вращается Эпсилон Эридана b. Как утверждают авторы работы, приливной разогрев лун этой планеты, что потяжелее Юпитера, может сделать её массивные спутники вполне тёплыми и обитаемыми даже без большой близости к звезде. (Иллюстрация NASA / StSl.)
Выясняются и другие интересные вещи. Во-первых, недавняя работа показала, что ось вращения Земли вполне могла быть стабильной и без крупного спутника типа Луны. Другая группа учёных и вовсе заявила, что стабильность наклона оси вращения не то что необязательна, а прямо нежелательна для развития живых существ. То есть, натурально, меняющийся наклон земной оси был бы лучше для эволюции жизни. Возьмем, например, общее замерзание планеты, случившееся несколько сот миллионов лет назад: при изменении наклона оси Земля постепенно разморозилась бы из-за нарушения обратной связи «лёд — альбедо». Более того, исподволь меняющийся наклон земной оси провоцировал бы ползучую, но непрерывную эволюцию живых существ, не давая экосистемам застаиваться в теплично-парниковых условиях неизменного климата и тем самым делая их менее уязвимыми ко всяким падающим астероидам и прочим беспардонным явлениям внешнего, астрономического происхождения, которые подозреваются в частом провоцировании массовых вымираний на Земле. Так что, увы и ах, Эллер и Армстронг полагают вполне вероятным, что, не будь у Земли массивного спутника — и наша жизнь могла бы быть лучше, а то и веселее.
Больше газа — больше жизни?
И два слова об атмосфере. Резонно считается, что более массивные аналоги Земли будут иметь более плотную газовую оболочку, и, по всем признакам, замечают авторы, это явный помощник достижения биопроцветания. Более стабильный климат без резких и быстрых колебаний, лучшая защита от космической радиации и ультрафиолета вряд ли могут негативно повлиять на жизнь. Наконец, говорят Эллер и Армстронг, нынешний 21% кислорода в атмосфере тоже далеко не идеален. Хотя кислород выше 35% в атмосфере резко усложнил бы жизнь на планете (самопроизвольно возгорались бы леса), содержание этого газа в диапазоне 22–35% явно ускорит метаболизм наземных и морских животных и растений, с понятными благоприятными последствиями.
Общий вывод из работы вполне очевиден. Мы не знаем, купили ли уже авторы акции компании, продающей места на первый рейс к Альфе Центавра, но это, безусловно, очень солидный промоушен ближайшей звёздной системы, где, кстати, есть одна планета с размерами, близкими к земным. Её звезда — α Центавра B — вполне средний оранжевый карлик (K1 V), примерно на миллиард лет старше Солнца. Статистика известных экзопланет как бы намекает, что там, скорее всего, будут и «суперземли». Учитывая, что они массивнее нашей планеты и старше её, можно предполагать, что сверхобитаемые миры есть именно там. Будем надеяться, что рейс Земля — Центавра пока привлекает только одну сторону.
No related links foundtainy.net
Канадец Рене Эллер (René Heller) и американцец Джон Армстронг (John Armstrong) задались целью основательно критически перетрясти не отдельные концепции сегодняшней науки о потенциальной обитаемости экзопланет, а скорее сам подход, явленный в этой области знания. «Учёные разработали такой язык, — пишут они, — который отрицает возможность существования миров, предлагающих лучшие условия для жизни, чем на Земле». С одной стороны, они вроде бы ошибаются, ибо в последнее время в целом ряде работ проскальзывали упоминания о местах, где те или иные параметры обитаемости лучше наших, земных. А с другой — они, конечно же, правы. Несравненная Земля — венец творения, или Мы просто ещё не сравнивали? Обычно, говоря о том, какой должна быть обитаемая экзопланета, её сравнивают с нашим домом: «близнец Земли», «двойник» и т. д., и т. п. — и это не выдумки, а полноценные термины, изначально введённые в оборот сайтом препринтов arXiv.org и иными кузницами вне- и дожурнального научного знания. Но откуда такой, не побоимся этого слова, геоцентризм? Часто можно услышать: мы знаем одну обитаемую планету, поэтому, по принципу среднего, должны полагать, что если нам попался случайный объект из набора, то его характеристики будут ближе к средним для набора, чем к крайним. Следовательно, «самые-самые» обитаемые должны иметь массу, солнечную постоянную и атмосферу, один в один совпадающие с земными. А все остальные будут, так сказать, эрзац-обитаемыми. Увы, принцип среднего не работает, замечают наши герои. Для начала мы должны быть уверены, что Земля именно из этого набора — то есть из племени обитаемых планет, за пределами которого обитаемости нет. Попросту говоря, в предложении «Нет Бога, кроме Бога» вывод о правоте монотеизма следует только после второй его половины. То есть логика принципа среднего работает, если все обитаемые планеты представлены теми, что получают основную часть своего тепла от звезды, имеют обширную гидросферу, атмосферу умеренной плотности и прочее, и прочее. Учёные показывают, что в действительности множество миров могут быть обитаемыми, если они получают значительную часть тепла, не дающего воде на их поверхности замёрзнуть, от приливного взаимодействия с другими небесными телами. Это не только пресловутые экзолуны у планет-гигантов далёких систем, которые в рассматриваемой работе называют «суперевропами». Речь идёт и о более экзотических сценариях: так, подчёркивается, что если бы Тейя, ударив по Землелуне порядка 4,5 млрд лет назад, распределила бы массы обоих получившихся тел равномернее (сильнее «ободрав» Землю), то две итоговые планеты могли бы сильно разогреваться друг о друга, и такие конфигурации двойных планет в принципе не исключены. Не обязательна для планеты и обширная гидросфера или даже наличие континентов, которые иные полагают непременным условием углеродного цикла и жизни. Так, напоминают Эллер и Армстронг, давно показана возможность существования «Дюн» — сухих землеподобных планет, на которых ничтожное количество влаги в атмосфере делает невозможным безудержный парниковый эффект и полную потерю воды, необходимой для жизни. Более того, замечают учёные, континенты часто имеют внутренние области, не очень подходящие для процветания жизни (что легко заметить и на Земле), ибо колебания климата там не умеряются близостью моря. Таким образом, архипелаги, острова и континентальный шельф куда важнее для биоразнообразия. Более того, планета а-ля Земля вполне может находиться в зоне обитаемости и тем не менее не быть обитаемой. Классический пример — Марс: на его орбите довольно солнечного света для жизни, будь на его месте Земля. Да что Земля — авторы говорят, что если в молодой Солнечной системе поменять Венеру и Марс местами, то четвёртая планета вполне могла бы быть обитаемой благодаря своей значительной гравитации и атмосфере. Выборка, основанная лишь на Земле, из-за всех этих альтернатив очень груба и вводит в заблуждение, утверждают учёные. Что не менее важно, она не случайна — а значит, применить к ней принцип среднего вообще нельзя. Будь астробиологи двоякодышащими рыбами аммиачного океана с планеты X, которые случайно выбрали одну землеподобную планету для исследования, они могли бы сказать: вот один образец, который, скорее всего, ближе к средним параметрам. Однако мы оказались на Земле до того, как задались вопросом обитаемости экзопланет — а следовательно, для нас принцип среднего неработоспособен, так как у нас случайной выборки нет вовсе. В общем, говорят Эллер и Армстронг, если это так, то Земля вполне может оказаться планетой, в части обитаемости далёкой как от идеальных показателей, так и от средних. На этой основе они предполагают существование так называемых сверхобитаемых миров — мест, где жизнь цветёт буйнее, а пахнет сильнее, чем у нас. Они ищут — и, что характерно, находят — краткий список моментов, которые могут обусловить такую ситуацию. Где трава зеленее, чем у нас, или Размер имеет значение Что это? Факторов, улучшающих обитаемость выше земных стандартов, может быть довольно много. В частности, поверхность экзопланеты, где существует жидкая вода, может быть физически больше, чем на нашей планете. Как ни смешно, судя по специфике биоценозов изолированных островов и той же Австралии, протяжённая обитаемая территория способна здорово ускорить развитие жизни и способствовать появлению значительного количества видов, а также придать больше устойчивости экосистеме в целом. Такой планетой может быть как тело размером с Землю, но без сильного наклона оси вращения, так и экзопланета с более плотной атмосферой или находящаяся в системе оранжевого (или красного) карлика, где значительная часть излучения приходится на инфракрасную часть спектра, то есть льды и снег его не отражают, в силу чего покрытые ими регионы не выхолаживаются до приполярного состояния, как на Земле, а, напротив, существуют в умеренном климате. Конечно, если планета просто будет больше нашей, это тоже поднимет её формальную обитаемость, но, как замечают учёные, лишь до определённого предела: более пяти земных масс — и она может быть слишком тяжёлой для продолжения тектонической активности (хотя это и спорный вопрос) или даже настолько массивной, что не успеет лишиться водорода, присутствовавшего в её атмосфере в ранний период истории. Тогда планета будет перегреваться и, по всей видимости, станет малообитаемой. Итак, лучшим размером для сверхобитаемого мира Эллер и Армстронг считают «слегка больше Земли». Кстати, добавляют они, в случае Солнечной системы самой обитаемой планетой очевидно является самая массивная изо всех землеподобных, и это ещё один аргумент в пользу сверхобитаемости многих «суперземель». И миры-архипелаги, и пустынные планеты лучше Пангеи Другим фактором процветания жизни может быть рельеф. Планеты, покрытые в основном архипелагами и неглубоким шельфом, должны быть обитаемее Земли: биопродуктивность шельфа много больше открытого моря с океанскими глубинами. Острова же почти не знают пустынь и обычно характеризуются умеренным климатом без резких колебаний температур — тем, чего так не хватает расположенным в центре континентов Сахаре, Гоби, пустыням Австралии и Аризоны. Как ни странно, но более обитаемыми могут быть и планеты, где водой покрыта не слишком большая часть поверхности (вплоть до «Дюн»), но при этом резервуары с ней расположены равномерно по всей поверхности. В этом случае они не только умеряют колебания климата, но и предупреждают безудержный парниковый эффект на внутренней границе так называемой зоны обитаемости. Вместе с тем на её внешней границе планеты будут не очень склонны к переходу в состояние Земли-«снежка», поскольку не смогут покрыться общим ледовым покровом и тем самым резко повысить альбедо и снизить поток поглощаемого тепла. Вес тектонике не помеха? Тектоника плит может быть другим неожиданным фактором «сверхобитаемости». Хотя многие учёные и считают, что слишком тяжёлые «суперземли» будут иметь массу и вязкость мантии, необходимые для прекращения тектоники плит, некоторые свежие исследования указывают: поскольку в конечном счёте тектоника плит вызвана разностью температур между центром планеты и её поверхностью, по мере роста массы разность эта будет расти, и «склонность к тектонике плит» испытывает пик при массе планеты в 1–5 земных. Итог: до двух масс Земли экзопланеты будут сверхобитаемы в сравнении с нами из-за более активной тектоники плит, которая через углеродный цикл сможет быстрее стабилизировать климат, не давая разыграться массовым вымираниям (из-за резких изменений климата). Магнитосфера и её последствия Магнитное поле, по мнению авторов работы, тоже может быть признаком суперобитамости. Если планета будет легче 0,07 земной массы, поток заряженных частиц от её звезды со временем может унести молекулы воды, а затем и кислорода с азотом, оставив один углекислый газ (сценарий Марса). Эллер и Армстронг полагают, что, кроме маломассивных планет, сверхобитаемыми не могут быть и экзолуны, а также планеты, подвергнувшиеся приливному захвату (то есть вращающиеся вокруг красных карликов). Следовательно, магнитное поле там будет слабее, и, кажется, на этом основании авторы исключают тела у красных карликов из списка склонных к сверхобитаемости. Впрочем, по поводу магнитного поля и приливного захвата есть и принципиально иные точки зрения… Углеродный цикл может быть и на океанидах Климатический «термостат» «суперземель» — вот ещё один потенциальный фактор сверхобитаемости последних. Напомним: доминирующая до недавнего времени модель «суперземель»-океанид показывает, что они покрыты 100-километровым (и более) по глубине океаном, на дне которого лежит экзотический лёд — горячая субстанция находящегося тем не менее в твёрдом состоянии из-за огромного давления сверхглубокого океана. В таких местах углеродный цикл земного типа не действует, так как углекислый газ не будет связываться силикатами планетарной коры, поскольку между ней и атмосферой находится слой вечного льда. Грусть-тоска? Вряд ли, считают исследователи. Дело в том, что при определённой насыщенности первоначальным углекислым газом начнёт происходить нечто, что на Земле имеет место с метаном (метангидраты): углекислый газ и вода образуют клатраты, соединения, в которых углекислый газ будет удерживаться на морском дне при его избытке в океане и из которых он может высвободиться при его недостатке. Более того, уже при контакте углекислого газа, поднимающегося с вулканической активностью с экзотическим льдом на стокилометровых глубинах, образующиеся при больших давлениях клатраты вполне могут успешно сформироваться и затем постепенно мигрировать по толще льда вверх, по сути, обеспечивая тот самый углеродный цикл, что на океанидах считался невозможным. Тепло? Бог с ними, с мухами! Очередным весомым фактором сверхобитаемости Эллер и Армстронг справедливо посчитали среднюю температуру поверхности. Учёные констатируют: видовое разнообразие и биопродуктивность в абсолютных цифрах в тропиках выше, чем в умеренном климате; следовательно, в периоды истории Земли, когда на ней было теплее, чем сегодня, её биота была отличалась бόльшим разнообразием и многочисленностью, чем в наши дни, когда планета в целом имеет 14–15 °C. Мы уже ждём ваших вопросов «А как же глобальное потепление?» — и авторы специально поясняют, что сверхобитаемой тёплая планета будет только в том случае, если это её привычный климат, а если вы на 14-градусной Земле устроите резкое потепление, то вымирание видов случится, простите, по-любому. Собственно говоря, всё это уже есть, хотя пока в основном и по другим причинам. Наши учёные мужи оговариваются: поднимать среднюю температуру выше 25°C тоже неразумно, поскольку в этом случае в океанской воде будет слишком мало кислорода (пермское вымирание), что приведёт сначала к массовой гибели морской жизни, а затем и вымиранию связанной с ней наземной. Тем не менее в диапазоне 15–25°C они полагают планету более обитаемой, чем Земля. Несколько неожиданным фактором сверхобитаемости названа… обитаемость. Нет, это масло не масленое: дело в том, что, судя по целому ряду признаков, чем раньше жизнь возникает и чем усиленней развивается, тем лучше условия для неё. Не верите? Эллер и Армстронг напоминают: возникновение несомненно биогенного кислорода в атмосфере 2,5 млрд лет назад вначале вызвало вымирание. Однако почти сразу после этого океаны были заселены водорослями, которые впоследствии резко изменили мир, обусловив появление животных, их поедающих, а затем и колонизацию планетарной суши. Наконец, недавнее появление методов фотосинтеза, который идёт при более низком содержании углекислого газа, означает настоящий прорыв в обитаемости нашей Земли. В течение следующих 500 млн лет концентрация углекислого газа упадёт ниже 50 частей на миллион, ведь по мере нагрева планеты углекислый газ всё сильнее будет связываться горными породами. То есть C3-фотосинтезу, а вместе с ним и деревьям с лесами определённо придет конец. Фотосинтез С4, изобретённый некоторыми цветковыми, станет той единственной вещью, которая позволит выжить наземным растениям и поедающим им животным, включая, возможно, нас. Вывод прост: чем дольше обитаема планета, тем выше её шансы на сверхобитаемость, поскольку биосфера явно модифицирует планетарную среду и одновременно изменяется под неё сама, добиваясь максимальной отдачи на единицу доступных ресурсов. А ещё хорошо бы, чтобы обитаемой была не только сама экзопланета, но и соседи по системе. В вышеупомянутых сценариях Венеры на месте Марса и Луны весом в пол-Земли с высокой вероятностью жизнь возникает и сможет развиваться более чем на одном теле Солнечной системы. Авторы считают, что при этом неизбежен взаимный обмен формами жизни и вытекающая из этого вспышка биоразнообразия, трудноопределимая для планет, которые являются единственными обитаемыми в системе. Звезда: не слишком белая, не слишком красная Важной учёные считают и массу «системной» звезды. Светила легче 0,6 солнечной массы будут излучать волны в основном в районе 700 нм (ИК) и более, в то время как Солнце даёт свет с длиной волны от 400 до 700 нм. Авторы не вдаются в описание возможностей экстремофилов выживать и фотосинтезировать под таким светом, поэтому полагают экзопланеты у красных карликов непригодными для «сверхобитаемости». Мимоходом, правда, они замечают, что банальная цианобактерия, которая, строго говоря, совсем не экстремофил, вполне может фотосинтезировать при помощи хлорофилла d, то есть при длине волны входящего света более 700 нм и вплоть до 750 нм. Правда, условия Земли (те самые 400–700 нм) даже хлорофилл d делают востребованным только в морских глубинах, так что, вообще говоря, мы понятия не имеем о том, насколько мог бы сдвинуться в ИК хлорофилл в системах красных карликов. Но и слишком массивное солнце — это тоже плохо. Сегодня мы располагаем атмосферой, которая почти полностью поглощает ультрафиолет в диапазоне 200–285 нм и в основном — в диапазоне 285–315 нм. Однако, отмечают Эллер и Армстронг, там, где озонового слоя нет или он слаб (а в бескислородной атмосфере это немудрено), слишком сильное УФ-излучение, разрушающее ДНК, не даст местной жизни в прямом смысле поднять голову. Кстати, в основном в УФ-диапазоне излучают белые звёзды главной последовательности класса F, следующие по массивности за классом жёлтых карликов, к которому принадлежит Солнце. И ещё одно: оранжевые карлики, способные порождать свет, используемый нынешними земными растениями, имеют гораздо меньше ультрафиолета в своём излучении, из-за чего авторы считают их системы сверхобитаемыми: жизни там возникнуть проще, разовьётся она раньше, что — смотри выше — дополнительно поднимет обитаемость мира у оранжевого солнца. Не слишком массивные звезды несколько легче Солнца имеют и другую приятную особенность: они долго живут. На главной последовательности они существуют 15–30 млрд лет, то есть пока ни одна из них ещё не умерла, просто в силу ограниченного возраста Вселенной. Из этого легко понять, что поскольку сверхобитаемость прямо зависит от срока существования жизни на экзопланете, то и тела у долгоживущих звёзд умеренной массы автоматически находятся в выгодном положении относительно Земли. Если мы зажаримся в ближайший миллиард лет от роста солнечной светимости, то такие же процессы у оранжевых карликов происходят в 2–3 раза медленнее, то есть до закипания океанов у них не 5–6 млрд лет, как у нашей планеты с её желтым Солнцем, а полноценные десяток–полтора миллиардов. Луна: хранитель жизни на Земле или враг её сверхобитаемости? А вот часто эксплуатируемый сторонниками теории «уникальной Земли» наклон оси вращения планеты авторы к факторам «сверхобитаемости» относить не готовы. Их точка зрения проста: считается, что Земля идеальна для жизни – а значит, наклон оси вращения необходим планете, чтобы на ней зародилась жизнь (термодинамическая нестабильность и т. п.). Поскольку стабильность наклона нашей оси вращения объясняется влиянием случайно возникшей из-за межпланетного бильярда Луны, то вероятность повтора таких условий для возникновения жизни мала, рассуждают «уникальщики». Интересная логика, говорят нам Эллер и Армстронг. Да только для её работы желателен (а то и необходим для развития жизни) постоянный наклон земной оси; кроме того, предположительно благоприятная роль этого фактора не должна подавляться известным влиянием Луны на скорость вращения Земли. Все как-то забывают в подобных спорах о том, что наши сутки сейчас впятеро короче, чем были 4,5 млрд лет тому назад. Следовательно, Луна сильно поменяла и наш климат, и много чего ещё. В лучшую ли сторону, учитывая, что суточные колебания температур явно выросли и вряд ли на 20%?.. Оранжевый карлик Эпсилон Эридана (10,5 св. лет). Вокруг него среди прочего вращается Эпсилон Эридана b. Как утверждают авторы работы, приливной разогрев лун этой планеты, что потяжелее Юпитера, может сделать её массивные спутники вполне тёплыми и обитаемыми даже без большой близости к звезде. (Иллюстрация NASA / StSl.) Выясняются и другие интересные вещи. Во-первых, недавняя работа показала, что ось вращения Земли вполне могла быть стабильной и без крупного спутника типа Луны. Другая группа учёных и вовсе заявила, что стабильность наклона оси вращения не то что необязательна, а прямо нежелательна для развития живых существ. То есть, натурально, меняющийся наклон земной оси был бы лучше для эволюции жизни. Возьмем, например, общее замерзание планеты, случившееся несколько сот миллионов лет назад: при изменении наклона оси Земля постепенно разморозилась бы из-за нарушения обратной связи «лёд — альбедо». Более того, исподволь меняющийся наклон земной оси провоцировал бы ползучую, но непрерывную эволюцию живых существ, не давая экосистемам застаиваться в теплично-парниковых условиях неизменного климата и тем самым делая их менее уязвимыми ко всяким падающим астероидам и прочим беспардонным явлениям внешнего, астрономического происхождения, которые подозреваются в частом провоцировании массовых вымираний на Земле. Так что, увы и ах, Эллер и Армстронг полагают вполне вероятным, что, не будь у Земли массивного спутника — и наша жизнь могла бы быть лучше, а то и веселее. Больше газа — больше жизни? И два слова об атмосфере. Резонно считается, что более массивные аналоги Земли будут иметь более плотную газовую оболочку, и, по всем признакам, замечают авторы, это явный помощник достижения биопроцветания. Более стабильный климат без резких и быстрых колебаний, лучшая защита от космической радиации и ультрафиолета вряд ли могут негативно повлиять на жизнь. Наконец, говорят Эллер и Армстронг, нынешний 21% кислорода в атмосфере тоже далеко не идеален. Хотя кислород выше 35% в атмосфере резко усложнил бы жизнь на планете (самопроизвольно возгорались бы леса), содержание этого газа в диапазоне 22–35% явно ускорит метаболизм наземных и морских животных и растений, с понятными благоприятными последствиями. Общий вывод из работы вполне очевиден. Мы не знаем, купили ли уже авторы акции компании, продающей места на первый рейс к Альфе Центавра, но это, безусловно, очень солидный промоушен ближайшей звёздной системы, где, кстати, есть одна планета с размерами, близкими к земным. Её звезда — α Центавра B — вполне средний оранжевый карлик (K1 V), примерно на миллиард лет старше Солнца. Статистика известных экзопланет как бы намекает, что там, скорее всего, будут и «суперземли». Учитывая, что они массивнее нашей планеты и старше её, можно предполагать, что сверхобитаемые миры есть именно там. Будем надеяться, что рейс Земля — Центавра пока привлекает только одну сторону. |
www.planetanovosti.com
