Содержание
когда человечество будет жить на других планетах? «В мире науки» № 1-2
В 1942 г. американский писатель-фантаст Джек Уильямсон опубликовал повесть «Орбита столкновения». Главный герой, молодой инженер, провел терраформирование астероида и сделал его пригодным для жизни. Можно ли воплотить идеи научной фантастики? Что нового узнали ученые о планетах? Рассказывает член-корреспондент РАН Олег Игоревич Кораблев, заведующий отделом физики планет Института космических исследований РАН.
— Олег Игоревич, давайте начнем с определения «планеты земной группы», куда помимо Земли входят Марс и Венера, которые на первый взгляд совершенно непригодны для жизни человека. Почему тогда используется такой термин?
— Тут все просто. Термин указывает не на возможность жизни на планете, а на строение планет. Планеты земной группы — это твердые тела, которые имеют преимущественно минеральный состав. Напротив, планеты-гиганты — другая группа, представленная в Солнечной системе, по составу они близки к Солнцу, и фактически твердой поверхности у таких планет нет. Поэтому и Марс, и Земля, и Венера, и даже Меркурий, на котором нет атмосферы, относятся к планетам земной группы.
— Есть ли предположение, почему ближе к Солнцу образовались планеты с твердой поверхностью, а дальше от звезды — газовые гиганты?
— Ученые все еще выясняют детали формирования планет, особенно гигантов. Но в самых общих чертах можно сказать, что планеты земной группы образовались внутри так называемой снеговой линии. Она разделяет теплые и холодные области протопланетного диска звезды. Ближе к звезде вода оставалась в газовой фазе, и планеты земной группы образовались в результате слипания преимущественно пылевых, минеральных частиц. Вода и другие летучие соединения, скорее всего, были занесены на Землю позднее, при столкновениях с телами, прилетевшими из дальних областей.
Когда мы движемся от звезды, по мере понижения температуры первую снеговую линию образует вода, поскольку она замерзает раньше других летучих веществ. За этой линией основную долю «эмбрионов» планет составлял уже лед. В результате они росли быстрее и могли достигнуть пяти-десяти масс Земли. Такие тяжелые «эмбрионы» притягивали частицы не только льда и пыли, но и окружающего газа протопланетной туманности — того же, из чего в основном состоит и звезда, — водорода и гелия. Образовались газовые гиганты: Юпитер, Сатурн. Их спутники содержат много водяного льда. Еще дальше от Солнца при все более низких температурах конденсируются аммиак, метан. Вместе с водяным льдом эти разновидности льда образуют так называемые ледяные гиганты — Уран, Нептун. В состав Плутона входит даже азотный лед.
— Все ли группы планет устроены таким образом или есть различия?
— Сегодня мы наблюдаем большое многообразие планетных систем. И на самом деле систем, похожих на Солнечную систему, мало. Это связано, в том числе и с тем, что системы наподобие Солнечной трудно наблюдать, поскольку планеты сильно удалены от звезды, а сама звезда — достаточно яркая. Поэтому при наблюдении мы видим только звезду.
Это характеризуется определением «наблюдательная селекция»: мы видим только то, что можем увидеть. В основном это большие планеты, вращающиеся около звезды. Но все же техника совершенствуется — и астрономы уже находят планеты, похожие на Землю, которые вращаются возле не очень ярких звезд.
— Вернемся к нашей Солнечной системе. В свое время была очень популярна идея терраформирования планет. Как вы считаете, насколько это осуществимо в обозримом будущем?
— Мне кажется, в определенных кругах эта идея популярна и сегодня. Конечно, это вдохновляющая мысль — приспособить планету для жизни человека. Когда мы окончательно испортим свою, придется переселиться на какую-то другую. Между тем проводятся серьезные исследования, которые включают оценку энергетических возможностей человечества. Согласно данным, в ближайшие 100 тыс. лет подобное мероприятие нам пока не под силу, хотя бы потому, что это обойдется недешево. Одно дело — колонизация, возможно, построение постоянно действующей базы, как в Антарктиде. Но другое дело — переделать планету и обеспечить условия, к которым мы привыкли на Земле. Это гораздо труднее.
Изображение художника ранней марсианской среды (слева), которая, как считается, содержала жидкую воду и более плотную атмосферу, в сравнении с холодной и сухой средой, наблюдаемой на Марсе сегодня (справа)
Источник: NASA’s Goddard Space Flight Center
— Чем специалистов-планетологов и энтузиастов терраформирования привлекает Венера? В свое время ее даже называли младшей сестрой Земли. При этом условия на ней совсем неподходящие.
— Здесь нам стоит рассмотреть такой известный термин, как «зона обитаемости». Он характеризует область расстояний между родительской звездой и планетой, где может существовать жидкая вода. Мы подразумеваем, что именно вода — основа жизни. Зона обитаемости зависит не только от расстояния до звезды, но и от того, насколько интенсивно светит сама звезда.
В нашей Солнечной системе Венера попала за границу зоны обитаемости. При этом Венера очень похожа на Землю. И нельзя сказать, что Солнце на ней сильно жарит. Поток приходящего солнечного излучения определяется не только расстоянием от Солнца. Так, Венера всего на 30% ближе к Солнцу, чем Земля. Есть другой важный фактор — цвет, который определяет, насколько планета отражает солнечное излучение. А Венера отражает его очень хорошо. По сути, она белая, светлая. Если Земля отражает 30% процентов солнечного излучения, то Венера — практически 90%. Поэтому она получает меньше энергии от Солнца, чем Земля.
Венера
Источник: SSV, MIPL, Magellan Team, NASA
Однако сегодня мы видим, как события прошлого отразились на настоящем Венеры. Считается, что на ней когда-то был океан, но его судьба была печальной: он перешел в газообразную форму — водяного пара, вызвав сильный парниковый эффект. На самом деле, водяной пар — главный участник цикла круговорота воды в природе. На Земле вода испаряется и конденсируется, переходя обратно в жидкую форму. Но на Венере этот процесс был нарушен, то есть водяной пар не конденсировался из-за близости к Солнцу. И вся вода, которая была на Венере, перешла в форму пара, создав жуткую паровую атмосферу. Парниковый эффект в такой атмосфере настолько разогрел газ, что произошла массовая потеря воды. Фактически Венера сейчас совсем сухая. А то, что осталось, — это углекислый газ.
По всей видимости, первичные атмосферы и на Земле, и на Венере, и на Марсе состояли в основном из углекислого газа. Кислород на Земле появился уже в результате деятельности живых организмов, первичных форм жизни. А углекислый газ, азот были всегда. Так вот, на Венере остался только углекислый газ со следами воды.
Другая интересная особенность Венеры, причина которой до конца не ясна, связана с тем, что на ней отсутствует тектоническое движение литосферных плит. Этот процесс на Земле обеспечивает захоронение углекислого газа. В океане из него образуются карбонаты, в конечном итоге — известняковые массивы, а движение плит опускает его в мантию. Поскольку на Венере такого процесса нет, то и углекислый газ остался почти в полном объеме. Венера — это урок для человечества: вот что бывает с планетой, когда парниковый эффект работает на полную катушку.
— А что случилось с Марсом? Там, как я понимаю, наоборот очень холодно?
— Марс существенно меньше, чем Земля или Венера. Скорее всего, это главный фактор. И, конечно, расстояние от Солнца до Марса больше по сравнению с другими планетами. Поэтому Марс находится на внешней границе зоны обитаемости.
Существует множество предположений, почему атмосфера Марса так слаба. Некоторые ученые предполагают, что углекислый газ был почти полностью удален из атмосферы. Это гипотетическое явление называют гидродинамическим выносом. Скорее всего, он происходил на всех планетах на раннем этапе, когда они имели еще расплавленную поверхность и подвергались интенсивной бомбардировке. Возможно, часть углекислоты на Марсе захоронена, как и на Земле, в карбонатах. Известно, что карбонаты на поверхности есть, но сколько — неясно. Пока они едва уловимы при наблюдениях, мешает пыльная поверхность Марса. Их удалось обнаружить на редких скалистых участках, и это стало большим открытием.
Дистанционное исследование минералогии Марса велось в целом трудно. Сначала не видели глин, потом их удалось обнаружить. Значит, все-таки на Марсе была когда-то вода. Карбонаты тоже искали долго, и только очень высокое разрешение позволило их заметить.
Воды на Марсе довольно много, но она находится в основном в форме вечной мерзлоты и немного в виде льда на полярных шапках.
Сравнение атмосфер Марса и Земли
Источник: ESA
Если вместо Марса взять идеальный шар и распределить по нему всю разведанную воду, как будто она жидкая, то глубина такого сферического слоя воды на Марсе будет примерно равна 30 м. Для сравнения: средняя глубина Мирового океана на Земле — 3736 м, или примерно 2,7 тыс. м сферического слоя. Что касается Марса, то это некоторая минимальная оценка. Несмотря на все усилия и исследования, ведущиеся на Марсе широким фронтом, мы не можем точно сказать, сколько воды содержится в вечной мерзлоте. Мы знаем, сколько воды на глубине до 1-2 м, но не знаем, сколько ее на глубине 500 или 1 тыс. м, где она, по всей вероятности, есть, пусть и в виде льда.
В ближайшее время нам предстоит узнать, что же произошло с Марсом, почему и как исчезли вода и атмосфера. Считается, что это случилось более 3,5 млрд лет назад. С тех пор Марс менялся относительно слабо. По сравнению с Марсом то, что мы видим вокруг себя на Земле, очень молодо. В масштабах миллионов лет ландшафты, которые нас окружают, постоянно меняются.
На Венере возраст поверхности более солидный, но она гораздо моложе Марса — около 700-800 млн лет. Поэтому Марс и его поверхность для нас — настоящий заповедник, хранящий историю Солнечной системы.
— А какие варианты событий предлагают ученые?
— Скорее всего, произошла перестройка внутреннего строения планеты. Пропало магнитное поле, был недолгий эпизод вулканической активности, которая затем утихла.
Согласно теориям, в атмосфере Марса когда-то было вполне приемлемое давление, а по его поверхности текла вода. Может быть, не в таких количествах, как на Земле, но и на Марсе был океан. Северное полушарие планеты представляет собой обширную впадину, которая раньше, вероятно, была заполнена водой.
— В одном из выступлений вы сказали, что на Марс человек уж точно сможет отправиться. Когда это станет возможно и как в таком случае решить проблему с радиацией, которая на Марсе достаточно высокая?
— Этот вопрос стоит задавать не ученым, а скорее политикам или энтузиастам. Речь идет о желании выделить средства, потому что, в общем-то, технологии полета на Марс уже существуют. Остается собраться с духом и, может быть, проявить определенную смелость.
Сегодня по сравнению с эпохой «Аполлона» принять такую степень риска для экипажа, которая была допустима тогда, общество вряд ли сможет. А полет на Марс — по-настоящему рискованная затея. Конечно, энтузиасты найдутся. Но вся ответственность ляжет на плечи тех, кто возьмется за организацию такого полета.
Что касается радиации, мне кажется, главный вопрос в перелете. Все-таки на поверхности Марса радиация меньше. И можно построить убежище, использовать местный грунт, рельеф. Во время перелета, скорее всего, потребуются какие- то защитные конструкции. Это уже технический вопрос. Очевидно, что полет на Марс отличается от времени, проведенного на МКС, потому что орбита станции находится под радиационными поясами Земли. Все, что за ними, в том числе орбита Луны, — это уже совсем космос. Поэтому сегодня, прежде всего обсуждаются полеты к Луне для отработки будущего полета на Марс.
— Не раз было сказано, что человеку незачем лететь к другим планетам. Намного проще отправлять автономные станции и аппараты, способные доставлять грунт. Можно ли утверждать, что дальние полеты человека в космос — скорее доказательство того, что человечество может это сделать?
Да, конечно. В 2021 г. мы наблюдали старт космического корабля с киноэкипажем. И сразу все вспомнили, как, оказывается, сложно отправлять человека в космос, — сколько необходимо учесть разных деталей. И до этого космонавты летали регулярно, но это, в общем-то, уже мало кого интересовало.
Поэтому, конечно, полет человека в космос всегда вдохновляет общество. Грустно, что мы до сих пор соревнуемся. В 1960-х гг. соревновались, кто быстрее довезет атомную бомбу, и сейчас все еще соревнуемся, кто на Марс лучше слетает.
— В этом году мы ожидаем запуска нового аппарата, который отправится на Луну. А нужно ли человечеству снова туда возвращаться, строить базы?
— Движение человечества в космос, к другим планетам, а в будущем и к другим звездам не остановить. Очевидно, что с развитием цивилизации мы продолжим продвигаться все глубже и глубже в космос. Луна, как мне кажется, — очень разумный этап такого продвижения. Она относительно близка. К тому же нельзя сказать, что мы возвращаемся. То, что было в 1960-х гг., уже в прошлом. Сегодня все устроено иначе. Другие системы, другие допустимые степени риска. По сути, все нужно делать заново. Поэтому то, что сейчас во многих странах, в том числе в России, вновь возникла идея полета на Луну, совершенно понятно и резонно.
— С точки зрения космических исследований удобна ли Луна, например, для установки космических телескопов?
— После первых полетов считалось, что Луна для таких установок не подходит, поскольку там очень пыльно. Астронавты вернулись грязные, черные, в этой самой лунной пыли. При этом она липкая и имеет какой-то странный запах.
Между тем известен опыт китайских коллег, которые на первом посадочном аппарате установили небольшой телескоп в ультрафиолетовом диапазоне. У него не было амбициозных задач, но, насколько мне известно, он работает до сих пор. Может быть, его не очень интенсивно используют, поскольку у него нет системы наведения, он смотрит просто в зенит.
Оптические телескопы на Луне имеют право на существование. Возможно, у специалистов по внеатмосферной астрономии в будущем появится такая база. Вряд ли подобные лунные телескопы станут серьезными конкурентами специализированным спутникам-обсерваториям. Хотя при строительстве лунной базы это может стать одной из побочных, но очень полезных сфер деятельности.
На Луне можно использовать диапазон достаточно длинных волн, которые недоступны на Земле из-за ионосферы. На обратной стороне Луны почти нет радиопомех. К тому же можно ставить большие и относительно легкие антенны. Ветра нет, осадков нет, ничего с ними не будет. То есть в принципе это могут быть долгоживущие полуроботизированные установки с редким обслуживанием человеком. Хорошие перспективы для науки.
— Поговорим о космических исследованиях. Расскажите немного об истории проекта «ЭкзоМарс». На каком этапе он сейчас находится? Какие значимые научные результаты были получены благодаря миссии?
— Действительно, «ЭкзоМарс» — это проект с историей. Идея создания подобной миссии принадлежала Европейскому космическому агентству (ЕКА, ESA). Первый запрос на эксперименты для марсохода был в 2000 г. Основная идея проекта — пробурить поверхность Красной планеты. За годы подготовки проекта подобное никем больше не планировалось. Это сложная технологическая операция, но она того стоит.
Марсоход и посадочная платформа миссии «ЭкзоМарс-2022»
Источник: ESA
Марс постоянно испытывает воздействие радиации, космических лучей. А значит, поверхность все время подвергается эрозии. И если мы хотим найти на Марсе следы жизни, нужно искать на глубине, там, где грунт не затронут радиацией. Для этого создано буровое устройство для марсохода «Розалинд Франклин», которое, мы надеемся, сможет достичь глубины двух метров.
Система очень сложная. Бур состоит из секций, они наращиваются. Затем нужно вынуть керн, который загружается в специальный отсек. В нем керн измельчается, полученное вещество исследуется с помощью продвинутых современных приборов так называемой аналитической лаборатории ровера.
За 20 лет работы миссия так или иначе видоизменялась. В какой-то момент в ЕКА и NASA созрело решение сделать совместный проект, дополнив его спутником для измерения малых атмосферных составляющих. Кстати, раньше атмосферы планет были единственными объектами, которые можно было изучать методами наземной астрономии. А когда стали запускать первые спутники и марсоходы, на первый план вышла геология. Именно она десятилетиями доминировала. Но сейчас произошел некий поворот и все вновь стали интересоваться атмосферой.
Равнина Оксия на снимке камеры высокого разрешения HiRISE на борту аппарата Mars Reconnaissance Orbiter (НАСА)
Источник: NASA/JPL/University of Arizona
— С чем это связано?
— Во-первых, возникла идея, что малые газы в атмосфере могут о многом рассказать: о вулканической или тектонической активности на планете. Во-вторых, появилось и активно развивается направление по исследованию экзопланет. Есть надежда, что скоро мы получим такие телескопы, которые позволят оценить состав атмосферы и на внесолнечных планетах.
Помимо этого, исследования атмосферы связаны с поиском следов жизни на Марсе. Например, наличие метана на Красной планете позволяет предположить, что его производят какие-то микроорганизмы. Существует гипотеза, что на Марсе есть так называемые клатраты — газогидраты с соединением метана. Этот газ — самый интересный кандидат для исследователя.
Исследования атмосферы позволяют также вести общий мониторинг атмосферы и климата Марса. Климат здесь влияет и на формирование поверхности планеты, его изучение значимо для планирования будущих экспедиций. Вспомните фильм «Марсианин». Там буря принесла немало бед главным героям. Конечно, в фильме есть некоторые преувеличения. Тем не менее, условия на поверхности планеты существенно меняются в зависимости от погоды.
Во второй половине 2000-х гг. разрабатывалась концепция спутника для исследования малых атмосферных составляющих и ровера. NASA предложило свой уникальный опыт посадки на поверхность, в том числе достаточно тяжелых аппаратов. Но в 2011 г. NASA отказалось от участия в проекте. Однако поскольку у «Роскосмоса» (в те годы Федерального космического агентства) и Европейского космического агентства были давние тесные связи, работа продолжилась. Было достигнуто соглашение, в рамках которого запуск спутника должен был осуществляться с помощью российской ракеты. А еще через несколько месяцев было решено, что и вторая часть экспедиции с марсоходом будет запущена российской ракетой.
Возник вопрос, как она сядет. Ведь ранее за эту часть должны были отвечать специалисты из NASA. Тогда европейские коллеги решили создать демонстратор посадки (Entry Decent Module). Его назвали «Скиапарелли». К сожалению, его посадка прошла неудачно из-за досадной ошибки в компьютерной программе, которая отвечала за обработку данных при посадке. Но все же был приобретен ценный опыт.
Макет «Скиапарелли» в Европейском центре управления космическими полётами
Источник: Wikipedia
— Как вы оцениваете вклад российских коллег?
— Вклад очень большой. Разработка системы посадки марсохода, который будет запущен в 2022 г., совместная. Аэродинамический экран, да и сам посадочный аппарат разработаны в России. Парашютная система и система управления посадкой европейские. Наш ровер унаследовал самое лучшее от «Скиапарелли», при этом проведена соответствующая работа над ошибками.
Напомню, что на борту марсохода установлены два российских эксперимента. Плюс ко всему мы серьезно поработали над посадочной платформой, которая тоже оснащена приборами и предназначена для исследований, которые удобно и целесообразно проводить на неподвижной автоматической станции. Основная часть приборов на ней российская, с небольшим участием европейских коллег. То есть техническая симметрия соблюдена, как и на космическом аппарате TGO, который продолжает успешно работать.
На борту орбитального аппарата установлены четыре прибора: два европейских, два российских. Один из них измеряет малые атмосферные составляющие и анализирует особенности атмосферы, второй занимается исследованием воды на поверхности.
— Недавно была опубликована новость, что российский спектрометр обнаружил следы хлороводорода на Марсе. Что это может значить для научного сообщества и для нашего понимания того, как устроен Марс?
— В принципе, мы и раньше знали, что на поверхности Марса есть хлор. Скорее всего, его происхождение связано с существованием океана. Но было странно, что его нет в атмосфере, ведь соединения хлора очень активные. Благодаря нашему прибору его наконец обнаружили. И теперь фотохимия марсианской атмосферы нуждается в существенной доработке. Но пока ни одной модели опубликовано не было.
Такая вот маленькая атмосфера, почти в сто раз слабее земной, но каждый раз преподносит что-то новое. Поэтому прежде чем кого-то туда посылать, надо еще немного поработать.
— Чего мы ждем от запуска в 2022 году?
— Мы ждем успешного запуска, перелета и посадки на Марс. Это самое главное для миссии. А дальше мы начнем реализацию научной программы. Сверхзадача — пробурить поверхность, возможно, найти следы или свидетельства биологических процессов в прошлом планеты, а может и в настоящем.
И, конечно, необходимо выполнить большую программу экспериментов и на марсоходе, и на посадочной платформе. Наконец-то мы и европейские коллеги вступим в дружную семью людей, которые «прикоснулись» к поверхности Марса.
Беседовала Анастасия Рогачева
Мы уникальны. И, вероятно, одиноки / Хабр
Каждому, кто убеждён (пусть и в душе) в своём превосходстве над другими и в величии своего жизненного пути, нужно почаще смотреть на эту фотографию:
Та самая pale blue dot. Это Земля, какой её увидел в 1990-м году «Вояджер-1», к тому моменту улетевший на 6 млрд километров от Солнца. Никто не сказал ещё об этой фотографии лучше Карла Сагана. Человеческая цивилизация невообразимо незначительна даже в масштабах Солнечной системы, что уж говорить о Млечном Пути или ещё более крупных звёздных скоплениях… Одиноки ли мы как цивилизация? Или хотя бы как жизнь, возникшая на планете? У сторонников ответов «да» и «нет» есть пачки аргументов, от «если мы не одни, то где все?» до «мы такие примитивные, что пока не можем никого заметить».
Недавно в журнале «Ежемесячные заметки Королевского астрономического общества» опубликовали исследование, которое добавляет монеток в копилку тех, кто считает, что кроме нас во Вселенной вряд ли есть цивилизации. Потому что им мало где можно возникнуть.
Гипотеза уникальной Земли
Каждому, кто интересуется темой внеземной жизни, знаком парадокс Ферми. Остальным напомню. В 1950-м году физик Энрико Ферми, работавший в Лос-Аламосе и Манхэттенском проекте, задался вопросом: в Галактике несметное количество звёзд и планет, и есть большая вероятность того, что должны были возникнуть технически развитые цивилизации, освоившие межзвёздные перелёты и колонизировавшие Галактику; но почему тогда мы до сих пор никого не увидели в телескопы и не услышали в радиодиапазоне? Где все?
Ответов на парадокс Ферми за прошедшие с тех пор 70 лет предложили немало. В какой из них верить, выбирайте сами. Например, «Великое Молчание» объясняют «гипотезой уникальной Земли»: мы — единственная жизнь в Галактике. Или хотя бы единственная, создавшая цивилизацию. Сторонники этой гипотезы считают, что, несмотря на обилие экзопланет в Млечном Пути, подходящие условия для возникновения и развития сложной экосистемы встречаются очень редко. И ещё не факт, что жизнь там обязательно возникнет, не говоря уже о появлении развитой цивилизации. То есть мы все выиграли в уникальной лотерее.
Если задуматься, то это вовсе не такой самонадеянный вывод, как может показаться. Предположение о распространённости разумных форм жизни строится на двух идеях:
изотропности Вселенной, которая на макроскопическом уровне неизменна во всех направлениях;
принципе Коперника, согласно которому если какой-то образец был выбран случайным образом, то велика вероятность, что он представляет некое большинство. Применительно к космологии это означает, что планеты земного типа должны быть распространены во Вселенной.
А если принцип Коперника в нашем случае не соблюдается? Вдруг Земля относится к очень редкому типу планет? Что если мы — пиковый всплеск? Учитывая, что с нашими возможностями по наблюдению за космосом в разных диапазонах излучения мы до сих пор не нашли никаких доказательств существования внеземного разума, гипотеза уникальной Земли вовсе не выглядит надуманной.
Гипотезу сформулировали в своей книге Rare Earth: Why Complex Life Is Uncommon in the Universe Питер Уорд (профессор палеонтологии) и Дональд Браунли (профессор астрономии). Они предположили, что в планетарных системах часто встречаются микробные формы жизни, а развитые формы (животные) — редко. То есть на нашей планете сложилась крайне редкая цепочка причинно-следственных связей, которая привела к формированию столь сложной биосферы.
Противники этой гипотезы часто приводят в качестве аргумента формулу Дрейка. Её предложил 1960-м году профессор астрономии и астрофизики Фрэнк Дрейк для вычисления количества технологически развитых цивилизаций в Млечном Пути, с которыми мы можем встретиться.
где:
N — количество разумных цивилизаций, готовых вступить в контакт;
R — количество звёзд, образующихся в год в нашей галактике;
fp — доля солнцеподобных звёзд, обладающих планетами;
ne — среднее количество планет (и спутников) с подходящими условиями для зарождения цивилизации;
fl — вероятность зарождения жизни на планете с подходящими условиями;
fi — вероятность возникновения разумных форм жизни на планете, на которой есть жизнь;
fc — отношение количества планет, разумные жители которых способны к контакту и ищут его, к количеству планет, на которых есть разумная жизнь;
L — время, в течение которого разумная жизнь существует, может вступить в контакт и хочет этого.
Слабое место этой формулы в том, что она очень субъективна и с её помощью можно получить любые результаты: сегодня мы просто не можем подставить точные значения большинства переменных — мы их не знаем. Да, с развитием науки и техники учёные постепенно уточняют расчёты. Например, сейчас считается, что в Млечном пути 250-500 млрд звёзд. В 2013 году учёные предположили, что планет земного размера в зонах обитаемости может быть порядка 40 млрд, из них 11 млрд могут вращаться вокруг звёзд наподобие Солнца.
Однако как быть с такими субъективными переменными из этой формулы, как «вероятность зарождения жизни на планете с подходящими условиями» и «вероятность возникновения разумных форм жизни на планете, на которой есть жизнь»? Да, на Земле 4 млрд лет назад возникли одноклеточные организмы, от которых произошли все известные нам существа, в том числе и мы. Является ли это неизбежным, или хотя бы распространённым сценарием? Или очень редким? Как оценить вышеупомянутые вероятности?
Уорд и Браунли предложили свою версию формулы Дрейка:
Где:
N — количество звёзд в Млечном Пути;
ne — среднее количество планет в зоне обитаемости звезды;
fg — доля звёзд в галактической зоне обитаемости;
fp — доля звёзд с планетами в Млечном Пути;
fpm — доля каменных планет;
fi — доля обитаемых планет с микробными формами жизни;
fc — доля планет со сложными формами жизни;
fl — доля времени жизни планеты, в течение которой на ней существуют сложные формы жизни;
fm — доля обитаемых планет с большим спутником;
fj — доля звёздных систем с большими газовыми гигантами;
fme — доля планет с малым количеством событий, приводящих к вымиранию жизни.
Да, многие переменные здесь тоже субъективны. Но если взять в качестве примера Землю и применить принцип Коперника, то становится очевидно, насколько сложно найти планеты, удовлетворяющие всем этим критериям. Более того, Уорд и Браунли предложили ещё три фактора, которые, по их мнению, помогли возникновению и эволюции жизни на Земле.
Тектоника плит. Благодаря обилию радиоактивных изотопов под земной корой генерируется достаточно тепла, чтобы поддерживать мантию в вязком состоянии и стимулировать тектонику плит. Этот процесс позволяет связывать углерод в виде карбонатных пород и периодически высвобождать CO2 через вулканическую активность. Благодаря этим механизмам в нашей атмосфере поддерживается относительно стабильный уровень двуокиси углерода, что помогло сохранять стабильность климата, а средний уровень температур оставался в допустимых пределах.
Вторые два фактора: глобальные оледенения. За историю Земли она дважды сильно охлаждалась и полностью покрывалась льдом (гипотеза «Земли-снежка»): 2,2 млрд и 635 млн лет назад. Как ни парадоксально, но эти экстремальные оледенения способствовали развитию жизни. Первое стимулировало развитие фотосинтезирующих микроорганизмов, что привело к сильному уменьшению уровня парниковых газов в атмосфере и высвобождению кислорода — Кислородная катастрофа (или революция) в период 2,4-2,2 млрд лет назад. После второго оледенения произошёл Кембрийский взрыв (570-530 млн лет назад): бурное развитие видов и возникновение почти всех существующих сегодня эволюционных веток животных.
Но за прошедшие 20 лет накопились новые научные открытия, которые пошатнули гипотезу уникальной Земли. Например, среди известных нам экзопланет почти 1,5 тысячи приходится на каменные, и многие из них вращаются вокруг красных карликов. Уорд и Браунли утверждали, что на других планетах Солнечной системы нет тектоники плит, но признаки тектонического движения ледяного покрова обнаружили на Плутоне и его спутнике Хароне, на спутниках Юпитера. Есть много свидетельств, что когда-то активное геологическое движение было и на Марсе — так называемая «Марсианская дихотомия». Так что не факт, что тектоника плит обязательна для формирования жизни.
С наличием больших спутников тоже не всё однозначно. Некоторые учёные считают, что они встречаются вовсе не так редко, как думали Уорд и Браунли. Критикуют и такую переменную в их формуле, как наличие газовых гигантов в планетарных системах. Раньше считалось, что Юпитер оттягивал на себя крупные тела, способные погубить всю жизнь на Земле, но есть мнение, что он только усугублял ситуацию.
Кроме того, в учёной среде нет единства и по поводу размеров зоны обитаемости. Одни считают, что она гораздо у̒же, чем считалось, другие — что шире. Быть может, Земля вообще не располагается на самом выгодном расстоянии от Солнца и есть гораздо более пригодные для жизни планеты. Наконец, геологи справедливо указывают, что в древности состав атмосферы и климат сильно отличались от современных, однако это не помешало возникновению жизни и её эволюции.
Свет всему голова
Сегодня нам известно больше 4 тысяч экзопланет в нашей галактике (1, 2). Но планеты земного типа, да ещё и в зоне обитаемости — диапазоне удалений от звезды, когда тепла достаточно для существования жидкой воды на поверхности — встречаются в разы реже. Мы знаем лишь про небольшое количество потенциально пригодных для обитания каменных экзопланет. Но пригодными они считались до упомянутого выше исследования. Его авторы решили выяснить, на каких известных нам экзопланетах есть условия, которые нужны для протекания биохимического процесса, сделавшего возможной жизнь на Земле — кислородного фотосинтеза.
Конечно, это уже само по себе является субъективным допущением, ведь жизнь не обязана возникнуть и развиваться в кислородной среде, мы так судим лишь потому, что не знаем иных условий. Но тем не менее. Сочетая двуокись углерода с водой и светом, растения на нашей планете способны синтезировать сахар и кислород. Причём газ в этом процессе является побочным продуктом. Сам биохимический процесс протекает сложно, но общая формула простая:
6CO2 + 6H2O + свет → C6H12O6 + 6O2
Многие учёные предполагают, что фотосинтез широко распространён в галактике благодаря доступному количеству излучения от звёзд, сравнительной простоте процесса и изобилию исходных химических элементов. Однако авторы исследования пошли дальше и проанализировали, получают ли уже известные нам экзопланеты в зоне обитаемости достаточно фотосинтетически активной радиации (photosynthetically active radiation, PAR) — космического излучения с длиной волны в пределах 400-800 нм, — которую может использовать большинство земных растений для поддержания жизни. На основе этого параметра авторы исследования оценили, на скольких известных нам экзопланетах может поддерживаться биосфера земного типа. Для этого рассчитали долю потока фотонов в диапазоне 400-800 нм. У Солнца на них приходится 34 % излучения.
Вот сравнение уровня фотосинтетически активной радиации на Земле и некоторых экзопланетах, расположенных в зоне обитаемости:
Красные линии — уровень эксергии, синие — полный поток энергии в диапазоне PAR. Графики построены по функциям эффективных температур соответствующих звёзд. Сплошные линии обозначают внутренние границы зоны обитаемости, пунктирные — внешние. Оранжевыми точками обозначены расчётные значения потока энергии на поверхностях планет земного типа:
Trappist-1e
Trappist-1f
Trappist-1g
Kepler-186f
Kepler-62f
Kepler-442b
Kepler-1229b
Kepler-1649c
TOI-700d
Proxima Cen b
Оказалось, что по этому критерию в Млечном Пути трудно найти подходящий для жизни дом. Звёзды, излучающие половину потока энергии Солнца, не дают достаточно энергии даже для возникновения богатой биосферы. Ещё хуже обстоят дела с красными карликами — самым многочисленным типом звёзд в нашей галактике, — которые втрое холоднее Солнца: они вообще не могут поддерживать фотосинтез. На другом конце шкалы находятся огромные и яркие звёзды, дающие достаточно энергии для протекания биосинтеза. Но их ядерное топливо быстро истощается, они либо выгорают, либо взрываются до того, как появившаяся на их планетах жизнь успевает эволюционировать.
Плохие новости для всех, кто ищет признаки внеземной жизни, ведь для поддержания богатой биосферы требуется соблюдение ещё более жёстких ограничений, чем считалось раньше. Земля — достаточно крупная планета с наивысшим уровнем потока PAR-фотонов и наивысшей эксергией. Впрочем, у Kepler-442b уровень PAR-фотонов даже чуть выше, чем нужно для поддержания большой биосферы наподобие земной. К тому же эта планета вращается не синхронно, да ещё и вокруг звезды спектрального класса К, так что она хороший кандидат на поиски признаков жизни. Впрочем, нельзя забывать, что на Земле генерирование биомассы ограничено не только потоком света нужных длин волн, но и доступностью необходимых веществ. Кроме того, процесс фотосинтеза сложен и нелинейно зависит от потока света. То есть сравнимая по размеру с нашей биосфера может возникнуть и на планетах с более низким уровнем PAR-потока. Наконец, исследователи не учитывали эффект поглощения атмосферой части излучения.
Есть и ещё один аргумент, смягчающий неутешительные результаты исследования. Авторы отталкивались от «принятого» на Земле диапазона длин волн 400-800 нм, но в других мирах могут возникнуть организмы, способные преобразовывать в органические вещества свет других длин волн. Например, рядом со звёздами красной части спектра могут жить существа, потребляющие почти инфракрасное излучение длиной 1050 и 1400 нм, то есть процесс фотосинтеза будет протекать с использованием трёх или четырёх фотонов, а не двух, как на Земле. А ещё возможна биосфера на основе бескислородного фотосинтеза, когда вместо воды используется другой донор водорода. Скажем, на Земле есть анаэробные пурпурные бактерии, которые заменили воду на H2S. Подобные организмы способны использовать свет с большей длиной волны, что могло бы стать эволюционным преимуществом на планетах, вращающихся вокруг холодных звёзд.
Формально, ставить крест на поисках внеземной жизни рано. Хотя исследование сильно сократило количество потенциально пригодных для развития жизни планет, их количество всё же не исчезающе мало.
Происхождение всего: почему на Земле появилась жизнь
Как все везде появилось: звезды и галактики, атмосфера Земли, океаны, клетка и, наконец, человеческие цивилизации. Сочетая юмор и научную канву, автор проводит читателей сквозь пространство и время — почти 14 млрд лет, — показывая при этом связи между теориями, помогающие понимать такие темы, как физика частиц, тектоника плит и фотосинтез. Все это — о книге Дэвида Берковичи «Происхождение всего», переведенной издательством «Альпина нон-фикшн». Indicator.Ru публикует отрывок из этой книги.
В отличие от других планет Солнечной системы на Земле образовался умеренный климат, поэтому на ней сохранялась вода в жидком состоянии, а следовательно, и жизнь, по крайней мере такие ее формы, которые нам известны. Первыми живыми организмами, появившимися на Земле, были микроорганизмы, и произошло это за несколько миллиардов лет до того момента, с которого мы, люди, считаем планету пригодной для жизни, не говоря уже гостеприимной. Но даже в наши дни мы нашли на планете микробную жизнь, обитающую в самых неблагоприятных природных условиях — в средах, где температура превышает 100°C, или в кислотных кратерных озерах. Поэтому определение «пригодности для жизни» имеет довольно широкий диапазон. Мы можем обнаружить микробную жизнь, существующую или существовавшую когда-то на других планетах, условия на которых не хуже самых плохих условий на Земле.
Вода исключительно важна для жизни, поэтому список потенциально пригодных для жизни планет включает в себя Марс и ледяные спутники Юпитера и Сатурна (Европу и Энцелад соответственно), на которых точно есть вода в жидком состоянии. Как бы то ни было, мы точно знаем, что на нашей планете выработался особенно стабильный и мягкий климат, давший жизни достаточно времени, чтобы она могла стать сложной и многоклеточной. Разговор об условиях, необходимых для существования жизни на планете, нужно начать с классического понятия «зоны возможной жизни». Эта зона, по сути, является диапазоном орбит в любой планетной системе, где условия на поверхности находящихся в ней планет позволяют существовать воде в жидком состоянии. Другими словами, планета должна быть не так далеко от звезды, чтобы вся вода замерзла (как, вероятно, произошло на Марсе, хотя это становится все более сомнительным), но и не так близко, чтобы вся вода испарилась (как на Венере). Это понятие до сих пор используется астрономами, обнаруживающими планеты в других планетных системах, так как основными характеристиками, которые они устанавливают, по крайней мере пока, являются расстояние от планеты до звезды и (иногда) масса и / или размер планеты.
Орбита в зоне благоприятного обитания — важная часть теорий о вероятности нахождения разумной внеземной жизни. Под «разумной» я понимаю такую жизнь, которая может передавать в космос сигналы (например, радиоволны), несущие систематизированную информацию. Распознают ли внеземные формы жизни в наших радиоволнах признаки того, что они были посланы разумными существами, или нет, еще не известно, но, если мы сами будем искать в космосе сигналы с альфы Центавра (как в «Стартреке» и «Бонанце», любимых фантастических сериалах моего детства), тогда критерии поиска должны быть очевидны. Вероятность получения нами таких сигналов выражена в известном уравнении Дрейка (в честь американского радиоастронома Франка Дрейка) и равна произведению нескольких вероятностей (например, вероятностей того, что у звезды имеются планеты и по крайней мере одна из них находится в обитаемой зоне жизни, и эта потенциальная форма жизни посылает радиоволны именно тогда, когда мы можем их обнаружить, т. е. не слишком рано и не слишком поздно). Вероятность того, что из звездной системы, где существует жизнь, смогут в нужный момент послать радиоволны и «достучаться» до нас, астрономически мала. Тем не менее только в нашей Галактике миллиарды звезд, которые могли поддерживать жизнь в ходе длительной эволюции (как правило, это небольшие звезды, горящие миллиарды лет). Даже если на малой части из них существует жизнь, способная передавать радиосигналы, тогда таких звезд будут миллионы или по крайней мере десятки или сотни тысяч. В этом случае можно было бы ожидать увидеть хотя бы одно плохое инопланетное телешоу с помощью наших радиотелескопов, но пока этого не произошло.
И это приводит нас к известному вопросу, заданному физиком Энрико Ферми: «Ну и где они?» Почему мы не наблюдаем следов внеземной разумной жизни? Либо условия, необходимые для ее формирования куда сложнее, чем мы предполагали, либо инопланетяне сразу же изобрели кабельное телевидение.
Условия для формирования жизни, сложной и технологически продвинутой, вероятно, более сложны и не исчерпываются астрономическим положением и радиусом орбиты. То есть не только солнечный свет определяет условия нашего ровного климата. Например, в Солнечной системе Земля, естественно, расположена внутри орбитальной зоны жизни (особенно учитывая все эмпирические доказательства того, что она действительно населена). Однако, если бы в атмосфере Земли не было водяного пара или углекислого газа, тогда не было бы и парникового эффекта и поверхность нашей планеты, вероятно, замерзла бы, покрывшись снегом и льдом. Возможно, это и происходило в течение нескольких периодов в далеком прошлом (мы обсудим это далее).
Даже если некоторое количество жидкой воды сохранилось под ледяным покровом, Земля не получала достаточно солнечной энергии для поддержания жизни (учитывая высокую
отражательную способность снега и льда). Если бы жизнь могла получать энергию только из других источников, например вулканизма, то для этого потребовался бы вулканизм в дополнение к нужной орбите. С другой стороны, если весь первоначальный углекислый газ, эквивалентный давлению в 60 атм, который теперь содержится в земной коре, оказался в атмосфере, парниковый эффект слишком сильно нагрел бы поверхность планеты. Мы упоминали микробов, которые могут успешно выживать при очень высоких и низких температурах, но они не эволюционировали за пределы их микробного состояния. По крайней мере, не на Земле.
При экстремальных условиях — слишком высокой или слишком низкой температуре — мы могли бы рассчитывать в лучшем случае лишь на одноклеточную жизнь. Короче говоря, орбита определяет не все. Но тогда каковы они, эти условия жизни? Хороший вопрос.
Гипотеза уникальной Земли, предложенная геологом Питером Уордом и астрономом Дональдом Браунли, — хорошая, хотя и спорная попытка ответить на парадокс Ферми. Она утверждает, что наша планета стала пригодна для жизни благодаря почти невероятному, уникальному стечению обстоятельств, которые позволили возникнуть живым организмам, а следовательно, и людям. Это сочетание благоприятных условий настолько маловероятно, что шансы обнаружить внеземные радиосигналы в ограниченное время наших наблюдений ничтожно малы. Таким образом, ответ на вопрос Ферми заключается в том, что Галактика больше смахивает на пустыню Гоби, чем на Гонконг или Париж.
В соответствии с гипотезой уникальной Земли наша планета отвечает всем необходимым астрономическим условиям, находясь в нужном месте Галактики, т. е. не слишком близко к ее центру со множеством звезд и интенсивным излучением, которое испускает вещество, падающее в сверхмассивную черную дыру. Земля сформировалась в нужное время, чтобы на ней оказались строительные блоки для жизни. Мы находимся в середине орбитальной зоны жизни Солнечной системы, на нашей планете есть вода не только в жидком, но и в газообразном и твердом состоянии (что очень важно для климата; подробнее об этом ниже). В дополнение к благоприятным астрономическим условиям на Земле происходит тектоника плит, стабилизирующая климат. У Земли есть большой спутник, а значит, и приливные зоны, организмы в них должны были выживать и под водой, и на суше, что способствовало выходу жизни на сушу. Также у Земли «правильный» угол наклона оси вращения, что приводит к смене времен года, а это, в свою очередь, увеличивает биологическое разнообразие. В истории Земли происходили массовые вымирания видов, вызванные астероидными бомбардировками планеты и вулканической активностью. Например, Массовое пермское вымирание около 250 млн лет назад, вероятно, было вызвано извержениями вулканов на территории Сибири, когда огромные потоки лавы высвободили токсичные газы и выжгли множество угольных пластов, что способствовало глобальному потеплению.
Образование суперконтинента также приводило к изменению береговой линии и связанных с ней морских экосистем. Каждое массовое вымирание вызывало экологическую перезагрузку, способствуя большему биологическому разнообразию и эволюции.
К сожалению, нам известна только одна такая планета — Земля. У нас слишком мало данных, чтобы определить, является ли сочетание всех этих условий абсолютно необходимым для развития жизнепригодности. Достаточно ли некоторых из этих условий или необходимы они все? У нас только одна планета для сбора данных, поскольку мы не знаем другой планеты земной группы с тектоникой плит, водой в жидком состоянии и большим естественным спутником. Со временем мы узнаем больше, потому что астрономы уже открыли ряд планет земного типа, обращающихся вокруг других звезд.
Раньше или позже мы увидим, есть ли на них условия, необходимые для жизни, правда, для того, чтобы увидеть детали, например океаны и тектонику плит, потребуются телескопы с более высоким разрешением и четкостью.
Мы также не знаем, зависят ли друг от друга некоторые уникальные условия: если они независимы, это делает их одновременное наличие маловероятным, если же они связаны,
одновременность вполне объяснима. Например, наличие воды в жидком виде и тектоники плит (и таких связанных с ними процессов, как вулканизм и суперконтинентальные циклы) сильно зависят друг от друга, и потому их одновременное существование не может быть просто совпадением.
Возможно, на любой планете земного типа, где есть вода в жидком состоянии, есть и тектоника плит — мы этого пока просто не знаем. Точно так же гипотеза уникальной Земли предполагает, что эти условия необходимы для развития живой природы, какой мы ее знаем; в каком-то смысле это лишь «рецепт» для возникновения таких же форм сложной жизни, как на Земле, но не общая теория возникновения сложной жизни вообще. Пока это единственный рецепт, который нам известен. Но мы могли бы узнать рецепты и других форм жизни. Живя на нашей «провинциальной» планете, мы еще слишком мало знаем даже о Солнечной системе и не можем представить себе другие формы жизни.
Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.
Есть ли жизнь вне Земли: что США скрывают в космосе | Юрий Городненко
Юрий Городненко
США практически полностью закрыли результаты своих космических исследований. Все свидетельства существования жизни за пределами Земли исходят не из США, а из других стран.
Фото: © nasa.gov
Читать ren.tv в
15 октября 2021 года представители Управления программы космических полётов Китайской народной республики заявили о намерении сотрудничать с Россией в вопросе коммерческого освоения космоса. Конкретно речь идёт о взаимодействии при создании пилотируемых многомодульных орбитальных станций.
Что такое многомодульная станция
Многомодульная орбитальная станция — это комплекс, одна из главных целей которого заключается в проведении научных исследований и изучении возможности длительного пребывания в космосе. По сути, это прототипы «космических городов», которые предполагается создавать в будущем на других планетах с целью их освоения.
Фото: wikipedia
Заметим, что на сегодняшний день единственной многомодульной орбитальной станцией является Международная космическая станция (МКС), финансируемая 14 странами. В то же время управление МКС, а также координация всех космических программ находятся в руках США. При этом в Штатах на законодательном уровне закреплено, что все космические объекты, в т.ч. Луна, Марс и другие, находятся в американской юрисдикции. Остальные страны могут участвовать в коммерческом освоении других планет, но только с согласия Вашингтона и на его условиях.
Фото: МКС. nasa.gov
Кто хозяин космоса?
Поэтому США практически полностью закрыли результаты своих космических исследований.
Одним из примеров подобной политики являются поиски жизни вне Земли, являющиеся одним из направлений деятельности МКС. В 2017 году экс-глава секретной программы США по поиску внеземных форм жизни Луис Элизондо в интервью CNN заявил:
«Существуют очень убедительные доказательства того, что мы, возможно, не одиноки во Вселенной».
При этом он сослался на данные, собранные Штатами ещё в 2007-2012 гг. В июне 2021 года точно такое же заявление сделал глава NASA Билл Нельсон. Таким образом, высокопоставленные представители США констатировали наличие у них доказательств существования жизни в космосе.
Предполагалось, что данные доказательства будут представлены в конце июня 2021 года. Именно так было прописано в законе о разведывательном сообществе США на 2021 год. Уточним, что в Штатах вся информация о поисках жизни вне Земли аккумулируется не в НАСА, а в Управлении директора национальной разведки. Тем не менее, Национальная разведка США отказалась выполнять нормы закона, в частности, опубликовать отчёт о результатах поиска внеземных форм жизни.
Заметим, что практически все свидетельства существования жизни за пределами Земли исходят не из США, а из других стран.
Исследования космоса
В 2006 году космический аппарат НАСА впервые в истории сбросил на комету зонд, который протаранил её поверхность. Зонд был сброшен на комету Темпеля 1. В составе кометного вещества были выявлены вода и простейшие органические соединения. В то же время информация была опубликована не американскими, а европейскими СМИ.
Фото: Фотография кометы Темпеля 1 спустя 67 секунд после столкновения. Wikipedia
В 2014 году швейцарские и немецкие ученые сообщили о высокой устойчивости ДНК к экстремальным суборбитальным полетам и перелетам в условиях космоса. Исследование дает экспериментальное доказательство того, что генетическая информация ДНК способна выживать в экстремальных условиях космоса и после повторного входа в плотные слои атмосферы Земли.
В 2018 году российские исследователи опубликовали документ об обнаружении на внешней стороне МКС морского планктона и бактерий. Происхождение этих микроорганизмов учёные точно определить не смогли. Было лишь высказано предположение, что «вещества с поверхности Земли способны подниматься на высоты 400-450 км ионосферы».
В 2019 году японский учёный Ёсихиро Фурукава сообщил об обнаружении в метеоритах молекул сахара, в том числе рибозы. Это свидетельствует о том, что метеориты могут служить поставщиками сложной органики, играющей важную роль в возникновении жизни.
Фото: NASA
В 2020 году учёные из Гарвардского университета обнаружили белок гемолитин в метеорите Acfer 086. Это первый и пока единственный белок внеземного происхождения. И вновь сообщение об открытии появилось на страницах не американских изданий, а в Европе.
Тогда же учёные из Венского университета обнаружили класс бактерий, который может выжить в условиях космического пространства. Это доказывает, что бактерии могут путешествовать на значительные расстояния в космосе и попадать на разные планеты.
Наконец, в ходе реализации первой открытой программы по поиску инопланетной жизни, а именно — российско-европейской ExoMars, доказано, что космическая пыль в межзвёздном пространстве в основном состоит из органических веществ. Это означает, что органические соединения, являющиеся основой для зарождения жизни, существуют по всему космосу.
Поскольку Штаты предпочитают всё скрывать, международное сотрудничество с США в рамках МКС постепенно теряет смысл. Добавим, что китайскую многомодульную орбитальную станцию планируется ввести в эксплуатацию в 2022 году, а российскую – после 2025 года. Эти проекты могут стать основой уже не для многостороннего, а двустороннего сотрудничества. Они позволят не только приступить к коммерческому освоению космоса, игнорируя претензии США, но и дадут возможность прогнозировать будущее космоса.
Есть ли жизнь на других планетах?
Вероятность существования жизни на других планетах определяется масштабами Вселенной. То есть чем больше Вселенная, тем больше вероятность случайного возникновения жизни где-нибудь в ее отдаленных уголках. Так как согласно современным классическим моделям Вселенной она является бесконечной в пространстве, кажется, что вероятность существования жизни на других планетах стремительно растет. Подробнее данный вопрос будет рассмотрен ближе к концу статьи, так как начать придется с представления самой инопланетной жизни, определение которой довольно размыто.
Содержание:
- 1 Условия для жизни на других планетах
- 1.1 Гравитация
- 1.2 Атмосфера
- 2 Материалы по теме
- 3 Понятие инопланетной жизни
- 4 Внеземная жизнь в Солнечной системе
- 5 Марс
- 6 Европа
- 7 Энцелад
- 8 Есть ли жизнь на других планетах?
- 9 Материалы по теме
Условия для жизни на других планетах
По некой причине до недавнего времени у человечества сложилось четкое представление инопланетной жизни в форме серых гуманоидов с большими головами. Однако, современные кинофильмы, литературные произведения, следуя за развитием самого научного подхода к этому вопросу, все более выходят за рамки указанных выше представлений. Действительно, Вселенная довольно разнообразна и, учитывая сложную эволюцию человеческого вида, вероятность возникновения схожих форм жизни на разных планетах с разными физическими условиями – крайне мала.
Прежде всего следует выйти за рамки представления жизни таковой, какой она есть на Земле, так как мы рассматриваем жизнь на других планетах. Оглядываясь вокруг, мы понимаем, что все известные нам земные формы жизни являются именно такими не просто так, а в силу существования на Земле некоторых физических условий, пару из которых мы и рассмотрим далее.
Гравитация
В границах этого диапазона возможны самые различные формы жизни. Прежде всего гравитация влияет на рост живых организмов. Вспоминая самую известную гориллу в мире – Кинг-Конга, следует отметить, что он не выжил бы на Земле, так как умер бы под давлением собственного веса. Причиной этому служит закон квадрата-куба, согласно которому с увеличением тела в два раза, его масса увеличивается в 8 раз. Поэтому если мы рассматриваем планету с пониженной гравитацией – следует ожидать обнаружение форм жизни в крупных размерах.
Также от силы гравитации на планете зависит крепость скелета и мышц. Вспоминая еще один пример из мира животных, а именно самое большое животное – синего кита, отметим, что в случае попадания его на сушу кит задыхается. Однако происходит это не потому, что они задыхаются словно рыбы (киты – млекопитающие, а посему они дышат не жабрами, а легкими, как и люди), а потому, что сила тяжести мешает их легким расширяться. Из этого следует, что в условиях повышенной гравитации человек обладал бы более крепкими костьми, способными удержать массу тела, более крепкими мышцами, способными противодействовать силе тяжести, и меньшим ростом для понижения собственно самой массы тела согласно закону квадрата-куба.
Перечисленные физические характеристики тела, зависящие от гравитации, — это лишь наши представления о влиянии силы тяжести на организм. На самом деле гравитация может определять значительно больший диапазон параметров тела.
Атмосфера
Материалы по теме
Другим глобальным физическим условием, определяющим форму живых организмов, является атмосфера. Прежде всего наличием атмосферы сознательно сузим круг планет с возможностью жизни, так как ученым не удается представить организмы, способные выживать без вспомогательных элементов атмосферы и при убийственном влиянии космической радиации. Поэтому предположим, что планета с живыми организмами должна обладать атмосферой. Сперва рассмотрим атмосферу с содержанием кислорода, к которому мы все так привыкли.
Рассмотрим к примеру насекомых, размер которых явно ограничен из-за особенностей дыхательной системы. Она не включает легкие и состоит из тоннелей трахей, выходящих наружу в виде отверстий — дыхалец. Подобная тип транспортировки кислорода не позволяет иметь насекомым массу более 100 грамм, так как при больших размерах теряет свою эффективность.
Каменноугольный период (350-300 млн. лет до нашей эры) характеризовался повышенным содержанием кислорода в атмосфере (на 30-35%), и присущие тому времени животные могут Вас удивить. А именно, гигантские дышащие воздухом насекомые. К примеру, стрекоза Meganeura могла иметь размах крыльев более 65-ти см, скорпион Pulmonoscorpius достигать 70-ти см, а многоножка Arthropleura — 2,3 метра в длину.
Земля глазами спутника GOES-16
Таким образом, становится очевидно влияние концентрации кислорода в атмосфере на диапазон различных форм жизни. Кроме того, наличие кислорода в атмосфере не есть твердым условием для существования жизни, так как человечеству известны анаэробы – организмы, способные жить без потребления кислорода. Тогда если влияние кислорода на организмы столь высоко, какова же будет форма жизни на планетах со совершенно другим составом атмосферы? – сложно представить.
Так перед нами возникает немыслимо большой набор форм жизни, которые могут нас ожидать на другой планете, учитывая лишь два перечисленных выше фактора. Если же рассматривать и другие условия, вроде температуры или атмосферного давления, то разнообразие живых организмов выходит за рамки восприятия. Но и в этом случае ученые не боятся делать более смелые предположения, определяемые в альтернативной биохимии:
- Многие убеждены, что все формы жизни могут существовать лишь при наличии в их составе углерода, так как это наблюдается на Земле. Данное явление в свое время Карл Саган назвала как «углеродный шовинизм». Но на самом деле основным строительным элементом инопланетной жизни может быть совсем не углерод.
Среди альтернатив углероду ученые выделяют кремний, азот и фосфор или азот и бор.
- Фосфор – также один из основных элементов, составляющих живой организм, так как входит в состав нуклеотидов, нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) и прочих соединений. Однако, в 2010-м году астробиолог Фелиса Вольф-Саймон обнаружила бактерию, во всех клеточных компонентах которой фосфор заменяется мышьяком, к слову токсичным для всех других организмов.
- Вода – один из важнейших компонентов для жизни на Земле. Однако, и воду можно заменить иным растворителем, согласно исследованиям ученых, это может быть аммиак, фтороводорот, цианистый водород и даже серная кислота.
Зачем же мы рассматривали вышеописанные возможные формы жизни на других планетах? Дело в том, что с увеличением разнообразия живых организмов размываются границы самого термина жизни, который, к слову, до сих пор не имеет явного определения.
Понятие инопланетной жизни
Так как предметом данной статьи есть не разумные существа, а живые организмы, следует определить понятие «живого». Как оказалось, это достаточно сложная задача и существует более 100 определений жизни. Но, дабы не углубляться в философию, пойдем по следам ученых. Наиболее широкое понятие жизни должны иметь химики и биологи. Исходя из привычных признаков жизни, вроде размножения или питания, к живым существам можно приписать некоторые кристаллы, прионы (инфекционные белки) или вирусы.
Доподлинное определение границы между живым и неживым организмом должно быть сформулировано прежде, чем возникнет вопрос о существовании жизни на других планетах. Биологи считают такой пограничной формой – вирусы. Сами по себе, не взаимодействуя с клетками живых организмов, вирусы не обладают большинством привычных нам характеристик живого организма и представляют из себя лишь частицы биополимеров (комплексы органических молекул). Например, они не имеют обмена веществ, для их дальнейшего размножения потребуется какая-то клетка-хозяин, принадлежащая другому организму.
Вирусы
Однако, вирусы имеют гены, то есть имеют свои ДНК и РНК, а также могут эволюционировать путем естественного отбора. Паразитируя в клетке, они проявляют большую часть общепризнанных признаков жизни. И хотя размножаются они не посредством деления клетки, как, согласно некоторым определениям, живые организмы, все же размножение имеет место быть, причем с наследством мутации в результате естественного отбора. Также в 2013-м году было опубликовано исследование, согласно которому некоторые бактериофаги (вирусы, которые поражают лишь белковые клетки) владеют собственным иммунитетом.
Таким образом можно условно провести грань между живыми и неживыми организмами проходит через обширный слой вирусов. То есть обнаружение вирусоподобного организма на другой планете может стать как подтверждением существования жизни на других планетах, так и еще одним полезным открытием, однако не подтверждающим указанное предположение.
Согласно вышесказанному, большинство химиков и биологов склоняются к тому, что основным признаком жизни есть репликация ДНК – синтез дочерней молекулы на основе родительской молекулы ДНК. Имея такие взгляды на инопланетную жизнь, мы значительно отдалились от уже избитых образов зеленых (серых) человечков.
Однако проблемы определения объекта как живого организма могут возникнуть не только с вирусами. Учитывая указанное ранее разнообразие возможных видов живых существ, можно представить ситуацию, когда человек столкнется с некоторой инопланетной субстанцией (для простоты представления – размеров порядка человека), и поставит вопрос о жизни этой субстанции, — поиск ответа на этот вопрос может оказаться таким же затруднительным, как и в случае с вирусами. Данная проблема просматривается в произведении Станислава Лема «Солярис».
Внеземная жизнь в Солнечной системе
Kepler — 22b-планета с возможной жизнью
Сегодня критерии поиска жизни на других планетах довольно строгие. Среди них в приоритете: наличие воды, атмосферы, и температурных режимов, схожих с земными. Для обладания указанными характеристиками планета должна находиться в так называемой «обитаемой зоне звезды» — то есть на определенном расстоянии от звезды, в зависимости от типа этой звезды. Среди наиболее популярных планет-двойников Земли можно отметить: Глизе 581 g, Kepler-22 b, Kepler-186 f, Kepler-452 b и другие. Однако, сегодня о наличии жизни на таких планетах можно лишь гадать, так как слетать к ним удастся совсем не скоро, в силу огромного расстояния до них (одна из ближайших Глизе 581 g, до которой 20 световых лет). Поэтому вернемся в нашу Солнечную систему, где на самом деле также есть признаки неземной жизни.
Марс
Марсианские облака снятые зондом MOM (Индия) в сентябре 2014 года.
Согласно критериям существования жизни, некоторые из планет Солнечной системы обладают подходящими условиями. Например, на Марсе был обнаружен сублимирующийся (испаряющийся) лед – шаг на пути к обнаружению жидкой воды. Кроме того, в атмосфере красной планеты был найден метан – известный продукт жизнедеятельности живых организмов. Таким образом даже на Марсе есть вероятность существования живых организмов, хоть и простейших, в определенных теплых местах с менее агрессивными условиями, вроде полярных шапок.
Европа
Следы водяных выбросов на Европе, снимки телескопа Хаббл
Небезызвестный спутник Юпитера – Европа – довольно холодное (-160 °C — -220 °C) небесное тело, покрытое толстым слоем льда. Однако, ряд результатов исследований (движение коры Европы, наличие индуцированных токов в ядре) все больше приводят ученых к мысли о существовании жидкого водного океана под поверхностными льдами. Причем в случае существования, размеры этого океана превышают размеры мирового океана Земли. Разогрев этого жидкого водяного слоя Европы скорее всего происходит посредством гравитационного влияния Юпитера, которое сжимает и растягивает спутник, вызывая приливы. В результате наблюдения за спутником были также зафиксированы признаки выбросов водяного пара из гейзеров со скоростью примерно 700 м/с на высоту до 200 км. В 2009-м году американским ученым Ричардом Гринбергом было показано, что под поверхностью Европы имеется кислород в объемах, достаточных для существования сложных организмов. Учитывая другие указанные данные о Европе, можно с уверенностью предположить о возможности существования сложных организмов, пусть подобных рыбам, которые обитают ближе ко дну подповерхностного океана, где судя по всему расположены гидротермальные источники.
Энцелад
Спутник Сатурна Энцелад
Наиболее многообещающим местом для обитания живых организмов является спутник Сатурна – Энцелад. Несколько похожий на Европу, этот спутник все же отличается от всех других космических тел Солнечной системы тем, что на нем обнаружена жидкая вода, углерод, кислород и азот в форме аммиака. Причем результаты зондирования подтверждаются реальными фотографиями огромных фонтанов воды, бьющих из трещин ледяной поверхности Энцелада. Собрав воедино полученные свидетельства, ученые утверждают о наличии подповерхностного океана под южным полюсом Энцелада, температура которого лежит в диапазоне от -45°C до +1°C. Хотя существуют оценки, согласно которым температура океана может достигать даже +90. Даже если температура океана не высока, все же нам известны рыбы, живущие в водах Антарктики при нулевой температуре (Белокровные рыбы).
Помимо этого, данные, полученные аппаратом «Кассини», и обработанные учеными из института Карнеги, позволили выяснить щелочность среды океана, которая составляет 11-12 pH. Данный показатель является довольно благоприятным для зарождения, а также поддержания жизни.
Есть ли жизнь на других планетах?
Материалы по теме
Вот мы и подобрались к оценке вероятности существования инопланетной жизни. Все написанное выше несет оптимистичный характер. Исходя из широкого разнообразия земных живых организмов, можно сделать вывод, что даже на самой «суровой» планете-двойнике Земли может возникнуть живой организм, пусть и совсем отличный от привычных для нас. Даже исследуя космические тела Солнечной системы, мы находим закоулки, казалось, мертвого мира, не похожего на Землю, в которых все же существуют благоприятные условия для углеродных форм жизни. Еще сильнее укрепляет наши убеждения о распространенности живого во Вселенной возможность существования не углеродных форм жизни, а неких альтернативных, использующих вместо углерода, воды и других органических веществ некоторые иные вещества, вроде кремния или аммиака. Таким образом допустимые условия для жизни на другой планете значительно расширяются. Умножив это все на размеры Вселенной, конкретнее – на количество планет, получим достаточно высокую вероятность возникновения и поддержания инопланетной жизни.
Анимация вращения экзопланет вокруг звезды HR 8799 в 129 световых лет от нас. Снимки обсерватории Кек, Гавайи.
Есть лишь одна проблема, которая возникает перед астробиологами, равно как и перед всем человечеством – мы не знаем, как возникает жизнь. То есть как и откуда взяться хотя бы простейшим микроорганизмам на других планетах? Вероятность зарождения самой жизни, даже при благоприятных условиях, мы оценить не можем. А потому оценка вероятности существования живых инопланетных организмов крайне затруднительна.
Если переход от химических соединений к живым организмам определить, как естественное биологическое явление, вроде самовольного объединения комплекса органических элементов в живой организм, то вероятность возникновения такого организма высока. В таком случае можно сказать, что на Земле так или иначе появилась бы жизнь, имея она в наличии те органические соединения, которые она имела, и соблюдая те физические условия, которые она соблюдала. Однако, ученые так и не выяснили природу этого перехода и факторов, которые могут на него влиять. Потому среди факторов, влияющих на само возникновение жизни, может быть что угодно, вроде температуры солнечного ветра или расстояния до соседней звездной системы.
Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!
Просмотров записи: 43485
Запись опубликована: 27.01.2017
Автор: Владимир Соловьев
Есть ли жизнь на других планетах доклад, проект
- Главная
- Разное
- Образование
- Спорт
- Естествознание
- Природоведение
- Религиоведение
- Французский язык
- Черчение
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Геометрия
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Математика
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, фоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
Презентация на тему Проект: Есть ли жизнь на других планетах, предмет презентации: Астрономия. Этот материал в формате pptx (PowerPoint) содержит 19 слайдов, для просмотра воспользуйтесь проигрывателем. Презентацию на заданную тему можно скачать внизу страницы, поделившись ссылкой в социальных сетях! Презентации взяты из открытого доступа или загружены их авторами, администрация сайта не отвечает за достоверность информации в них, все права принадлежат авторам презентаций и могут быть удалены по их требованию.
Возможна ли жизнь на других планетах?
Автор: ученица 4 класса Маскалева Олеся
Руководитель: Маскалев А.Д.
МКОУ Большереченская СОШ
Вид проекта: познавательный
Цель проекта:
Выяснить, возможно ли существование жизни на других планетах.
Задачи проекта:
Узнать возможна ли жизнь на планетах Солнечной системы и на других планетах Вселенной.
Расширить знания о планетах.
Объяснить условия необходимые для возникновения жизни.
Первоначально я узнала, что из себя представляют планеты Солнечной системы
Что такое солнечная система и как она образовалась?
Солнечная система — включает в себя центральную звезду — Солнце — и все космические объекты, вращающиеся вокруг солнца. Она образовалась путём гравитационного сжатия газопылевого облака.
Большая часть массы объектов солнечной системы приходится на Солнце; остальная часть содержится в восьми планетах, имеющих почти круговые орбиты.
И только на одной планете существует жизнь.
Меркурий – это планета, которая находится ближе всего к Солнцу. Меркурий движется быстрее других планет .На Меркурии нет атмосферы, небо там тёмное, как ночь, и всегда ярко светит Солнце. Поэтому там очень жарко днём и очень холодно ночью. Температура поверхности: плюс 350 градусов днем и минус 170 градусов ночью.
Третья планета от Солнца, Земля – планета на которой мы живем.
Единственное известное человеку на данный момент тело Солнечной системы населённое живыми организмами.
Предположительно жизнь появилась на Земле примерно 3,9 миллиардов лет назад.
Приблизительно 70 процентов поверхности планеты занимает Мировой океан, остальную часть поверхности занимают континенты и острова. Почва, вода, умеренное тепло и кислород делают возможным жизнь на Земле.
Средняя температура поверхности составляет 22 градуса.
Самой крупной планетой солнечной системы является Юпитер. Атмосферные явления на нем такие как штормы, молнии, полярные сияния имеет масштабы, на порядки превосходящие земные.
Юпитер виден невооружённым глазом как один из самых ярких объектов на ночном небосклоне после Луны и Венеры. Средняя температура минус 150 градусов.
Сатурн — это номер 2, по величине из планет солнечной системы. Сатурн привлекает к себе взгляды благодаря системе колец, образованную из льда, камней и пыли, которые обращаются вокруг планеты. Средняя температура на Сатурне, как и все газовых гигантах очень низкая минус 180 градусов
Уран с массой в 14 раз больше, чем у Земли, является самой лёгкой из внешних планет. Уникальным среди других планет его делает то, что он вращается «лёжа на боку»: наклон оси его вращения к плоскости равен примерно 98 градусов. Средняя температура минус 214 градусов.
Нептун считается последней планетой Солнечной системы. Его открытие происходило способом математических расчётов, а потом уже увидели в телескоп. Ну а средняя температура равна минус 220 градусов. Нептун – газовая планета, достаточно далеко удалена от Солнца.
Гипотеза: на планетах Солнечной системы, кроме планеты Земля, нет условий для роста и развития растений.
Основываясь на своих наблюдениях за растениями, как за представителями живой природы, я поняла, что для их жизнедеятельности необходимы следующие факторы: почва, воздух, вода, свет, тепло.
Существуют ли все эти необходимые условия для жизни на какой-нибудь другой планете? Ни на одной из планет Солнечной системы, кроме Земли, не существует одновременно 5 факторов жизнедеятельности. Поэтому жизнь на других планетах Солнечной системы отсутствует.
Теперь ответим на вопрос возможна ли жизнь далеко во Вселенной?
Мы знаем, что космос состоит из неисчислимого количества звездных систем, собранных в отдельные Галактики. Только лишь в одной нашей Галактике находится около ста миллиардов звездных систем,
подобных на шей солнечной системе, а дальше, в других Галактиках,
собраны миллионы, миллиарды, триллионы различных небесных тел.
Многие ученые рассматривают гипотетическое существование внеземной жизни в контексте вопроса о происхождении жизни на самой Земле. Ведь гипотеза о космических истоках земной жизни остается популярной и периодически находит всё новые и новые подтверждения.
По предположению ученых ближайшая планета пригодная к возникновению жизни, расположена не менее чем в 27 световых годах от Земли.
Так, что смотрим на звезды и мы возможно встретимся с инопланетянами взглядами.
Которые с улыбкой машут нам рукой!
1. На планетах солнечной системы (кроме планеты Земля) жизнь не возможна:
Если ограничиться хотя бы одним из условий для жизни и роста растений, то растение погибает.
Меркурий, Венера – планеты, расположенные слишком близко к Солнцу, растения на них погибнут от высокой температуры.
На Марсе нет воздуха и воды, поэтому растения на Марсе не вырастут.
Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун – не имеют почвы, не имеют воздуха, более удалены от Солнца – растения не смогут развиваться в таких условиях.
2. Вселенная огромна и в ней расположено бесчисленное количество звёзд, а значит вокруг любой из них может вращаться планета с зачатками или развитой жизнью.
Делаю выводы:
Источник информации:
https://ru.wikipedia.org/wiki/
http://space-start.net/planety.html
http://www.luchiksveta.ru/enziklop
Скачать презентацию
Что такое shareslide.ru?
Это сайт презентаций, где можно хранить и обмениваться своими презентациями, докладами, проектами, шаблонами в формате PowerPoint с другими пользователями. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами.
Для правообладателей
Обратная связь
Email: Нажмите что бы посмотреть
планет за пределами нашей Солнечной системы
Планеты и спутники нашей Солнечной системы, некоторые из которых показаны на этой иллюстрации, необычайно разнообразны. Некоторые из них имеют признаки потенциальной обитаемости. Иллюстрация: NASA/JPL-Caltech/Lizbeth B. De La Torre.
Путешествие по нашей Солнечной системе открывает ошеломляющее разнообразие миров, от обугленных Меркурия и Венеры до замерзших пределов Облака Оорта.
Между ними есть несколько заманчивых перспектив жизни за пределами Земли — может быть, подземный Марс или спутники планет-гигантов с их скрытыми океанами — но пока это только мы.
«В Солнечной системе больше нет ничего, на чем было бы много жизни, — сказала Мэри Войтек, старший научный сотрудник отдела астробиологии в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне, округ Колумбия. — В противном случае мы, вероятно, обнаружили бы это».
Тем не менее, НАСА продолжает искать в Солнечной системе признаки жизни, прошлые или настоящие, и десятилетия исследований начали сужать возможности. Жаркое внутри Солнечной системы кажется маловероятным (хотя высотные облака Венеры остаются возможными).
То же самое и с покрытыми облаками газовыми гигантами, с их сокрушительным атмосферным давлением и кажущимися бездонными глубинами — возможно, твердой поверхности вообще нет, а если она и есть, то на ней нет места ни для одного живого существа.
Самые дальние провинции с их карликовыми планетами и потенциальными кометами, запертыми в глубокой заморозке, тоже кажутся плохой ставкой, хотя их нельзя исключать. То же самое и с карликовой планетой Церера в поясе астероидов, считавшейся возможным «водным миром» либо сейчас, либо ранее в ее истории.
Это возвращает нас к соблазнительным перспективам. Есть Марс, теперь холодная, почти безвоздушная пустыня, но когда-то умеренная и наполненная водой.
И у газовых гигантов остается много надежд — не сами большие планеты, а их длинный список спутников. Европа Юпитера и Энцелад Сатурна, несмотря на их замерзшие, неприступные поверхности, скрывают подо льдом обширные океаны — среди нескольких спутников с подповерхностными океанами.
Начнем путешествие с нашей самой горячей планеты.
Венера, дразнящая цель
Венера, которую часто называют нашей «планетой-сестрой», по размеру и структуре похожа на Землю, но имеет важные отличия: поверхность достаточно горячая, чтобы расплавить свинец, сокрушительно тяжелая атмосфера и чрезвычайно вулканическая геология . Венера начала свое существование так же, как и Земля, возможно, даже с океанами, охватывающими весь земной шар. Но две планеты пошли совершенно разными путями. Безудержный парниковый эффект, вероятно, испарил океаны Венеры и превратил планету в вечный ад — самый жаркий мир в Солнечной системе.
Тем не менее, Венера также оказывает непреодолимое притяжение на астробиологов — ученых, которые изучают происхождение жизни, ее необходимые ингредиенты и планетарную среду, которая может ей потребоваться. Венера — это своего рода негатив по отношению к позитиву Земли; изучая, что пошло не так, мы могли бы узнать, что нужно, чтобы наладить жизнь.
«Венера дает нам пример альтернативной эволюции планет», — сказала Викки Медоуз, астробиолог, возглавляющая виртуальную планетарную лабораторию в NASA Nexus для системных исследований экзопланет.
Расходящийся путь планеты включает в себя «потерю пригодности для жизни, потерю воды на поверхности, сернокислотные облака и плотную углекислотную атмосферу», — сказал Медоуз. «Это также предупреждение о том, как умирают планеты земной группы».
Венера также имеет большое значение для изучения экзопланет — планет, вращающихся вокруг других звезд. Многие близкие к своим звездам, вероятно, являются мирами, подобными Венере; Венера — ближайшая лаборатория, показывающая, как такие планеты могут развиваться.
Постоянные темные полосы в облаках Венеры, где температура и давление более благоприятны, также вызывают интригующие предположения: могут ли они быть взбитыми ветром группами микробных форм жизни? Недавнее исследование даже предположило наличие одного потенциального признака жизни, газа под названием фосфин, в атмосфере Венеры. Бактерии на Земле производят его. На данный момент эта возможность остается в колонке «маловероятно, но возможно», говорят ученые; только дальнейшее исследование даст определенный ответ.
Земля как аналог в поисках жизни
Пока мы пролетаем мимо нашего единственного примера живого мира, мы можем взять страницу из более ранней эпохи исследования планет, любезно предоставленную Карлом Саганом. Астроном и отмеченный наградами автор также был ключевым членом научных групп для различных миссий НАСА по исследованию Солнечной системы, включая Галилео.
В 1990 году, когда космический зонд пронесся мимо Земли для гравитационного толчка, который должен был отбросить его к внешней части Солнечной системы, он направил свои инструменты на родную планету. Вопрос Сагана: мог ли Галилей обнаружить признаки жизни на Земле?
Так и случилось. Кислород. Метан. Всплеск в инфракрасной части светового спектра, называемый «красным краем», явный признак отражающей растительности на поверхности. Галилей даже обнаружил то, что сегодня можно было бы назвать «техносигнатурой» — признаком разумной жизни. В данном случае мощные радиоволны, которые вряд ли исходили из естественных источников.
«Очень важно подумать о том, как наша собственная планета будет выглядеть для инопланетянина», — сказал Джада Арни, астроном и астробиолог из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. «Важно подумать о том, какие признаки жизни они на самом деле могли увидеть из космоса».
Арни, которая говорит, что большая часть ее работы связана с «осмыслением Земли как экзопланеты», фокусируется на окутанных дымкой мирах. Когда мы ищем признаки жизни вокруг других звезд, она напоминает нам, что наша собственная планета выглядела бы совсем по-разному в разные эпохи в далеком прошлом.
Земля миллиарды лет назад, в архейскую эру, возможно, даже не была «бледно-голубой точкой» Сагана. До того, как атмосфера стала богатой кислородом, Земля иногда могла быть «бледно-оранжевой точкой», говорит Арни, ее оранжевая дымка создавалась сложной атмосферной химией с участием метана, вырабатываемого микробами. Подобная дымка наблюдается сегодня в атмосфере спутника Сатурна, Титана, хотя в данном случае она не порождена жизнью.
Чтобы найти среди звезд аналог нашей собственной планеты, мы должны рассматривать «не только современную Землю, но и Землю во времени», — сказала она. «Виды планет, которые можно (считать) похожими на Землю, могут сильно отличаться от современной Земли».
Марс: потенциально обитаемый в какой-то момент
В некотором смысле Красная планета рассказывает историю, повторяющую историю Венеры, но с другой стороны температурной шкалы. Исследования орбитальных аппаратов и марсоходов на поверхности подтверждают, что Марс когда-то был влажным, с реками, озерами и, возможно, даже океанами, и, как и Земля, потенциально обитаем.
«Самое интересное в Марсе — это то, что в какой-то момент времени, 3,5 миллиарда лет назад, климат на Марсе был более похож на земной, и на его поверхности была жидкая вода, — сказал Войтек.
Затем солнечный ветер и радиация уничтожили большую часть его атмосферы. Его минимально активное ядро перестало генерировать защитное магнитное поле. Его поверхность стала неприступно холодной и сухой, несмотря на бомбардировку радиацией.
Изображение предоставлено: NASA/JPL-Caltech/Lizbeth B. De La Torre.
Есть ли что-нибудь живое на Марсе, возможно, под поверхностью или в замерзших полярных шапках? Или, возможно, будущие роботы-исследователи Земли — возможно, когда-нибудь и люди — наткнутся на свидетельства существования вымерших форм с раннего Марса?
Два удара по Марсу, сказал Войтек, — это нехватка доступной воды и отсутствие тектоники плит — процесса на Земле, который перемещает континенты на протяжении тысячелетий и возвращает захороненные питательные вещества обратно на поверхность.
«Многие люди думают, что планета может быть мертва — сейчас нет жизни, потому что на ней не происходит рециркуляция», — сказала она.
Удары в его пользу могут включать обнаружение метана в марсианской атмосфере. На Земле метан, в противном случае недолговечный в атмосфере, пополняется за счет метаболического действия форм жизни. Метан также может образовываться в результате реакции воды и породы, но микробная жизнь под поверхностью — еще одна возможность.
«Хотя условия на поверхности не подходят, мы можем найти доказательства прошлой жизни или, возможно, какой-то жизни, которая все еще существует», — сказал Морган Кейбл, исследователь из группы астробиологии и океанических миров в Лаборатории реактивного движения НАСА.
Недавно запущенный марсоход Perseverance предназначен для сбора образцов марсианской почвы, называемой реголитом, которые позже будут возвращены на Землю для анализа. А спускаемый аппарат Европейского космического агентства «Розалинда Франклин», запуск которого ожидается в 2022 году, будет бурить под поверхностью Марса в поисках признаков жизни.
Океанические миры: спутники газовых гигантов
Величественные гиганты нашей Солнечной системы — Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун — и их цепочки спутников можно считать самостоятельными солнечными системами. Некоторые из этих лун вполне могут быть обитаемыми мирами; один из них, Титан, имеет плотную атмосферу, дождь, реки и озера, хотя состоит из метана и этана, а не из воды.
Сначала мы летим к Европе, спутнику Юпитера с ледяной оболочкой. Однако под замерзшей поверхностью космические зонды обнаружили доказательства существования огромного океана жидкой воды. На двух других спутниках Юпитера, Ганимеде и Каллисто, также, вероятно, есть подземные океаны, хотя они могут быть зажаты между слоями льда. Это делает жизнь менее вероятной, говорит Кейбл.
«Мы думаем, что у Европы есть хороший контакт между жидким водным океаном и каменистыми недрами», — сказала она. «Это важно, потому что энергия, которую вы можете генерировать с помощью химии, может быть использована жизнью».
Потенциально более доступный пример можно найти среди спутников Сатурна, следующей планеты. Энцелад, хотя и крошечный, также скрывает океан жидкой воды под ледяной оболочкой. Но в этом случае ученые знают, что маленькая луна делает что-то экстраординарное.
— К счастью, он посылает в космос бесплатные образцы из своего океана, — говорит Кейбл. «Энцелад — единственное место в Солнечной системе с гарантированным доступом к подземному океану без необходимости копать или бурить».
Космический корабль НАСА «Кассини» обнаружил убедительные доказательства наличия гидротермальных источников на морском дне, а струи океанской воды вырываются из трещин на поверхности Луны, известных как «тигровые полосы» (на Европе могут быть похожие шлейфы). Материал струй Энцелада фактически образует одно из колец Сатурна.
«Кассини» пролетел сквозь шлейф, и хотя его инструменты не были предназначены для анализа проб океанской воды — когда он был построен, природа этих далеких океанских миров была неизвестна — он нашел важные подсказки.
К ним относятся сложные органические молекулы, соли, подобные тем, что содержатся в земных океанах, а также силикатные «нанозерна» и другие свидетельства, указывающие на наличие гидротермальной активности.
Обнаруженные в шлейфе газы, водород и метан, предполагают наличие достаточного количества энергии, чтобы обеспечить топливо для жизни.
«Если энергии так много, почему жизнь не ест ее?» — спрашивает Кейбл. Пока никто не знает ответа.
«Надеюсь, будущая миссия отправится обратно на Энцелад и привлечет к этому испытанию современные чувствительные инструменты», — сказала она.
Затем Титан.
Несмотря на меньшие размеры и меньшую гравитацию, чем на Земле, Титан напоминает нам о нашем собственном мире, хотя, возможно, и отражается в зеркале для смеха. Азот доминирует в атмосфере этой луны, как и в атмосфере Земли. А Титан — единственное тело в Солнечной системе с дождем, озерами и реками — по сути, это целый гидрологический цикл. Его текущие озера и реки состоят из углеводородов, метана и этана.
Проточная вода не подходит; Титан кошмарно холоден, а вода на его поверхности представляет собой камень.
Титан также обладает подповерхностным океаном воды, хотя и глубоко под землей, и неизвестно, вступает ли океан в контакт с чем-либо с поверхности. Если это произойдет, смешивание со сложной химией на поверхности может обеспечить топливо для жизни.
Если нет, есть другая возможность. Химическая смесь на поверхности может питать жизнь такой, какой мы ее не знаем: экзотические формы, основанные на совершенно других компонентах и химических реакциях.
— Титан позволяет нам проверить совершенно отдельную гипотезу жизни, — сказал Кейбл. «У него на поверхности совершенно другая жидкость».
Сильный холод на поверхности Титана, конечно же, означает, что химия происходит очень медленно, если вообще происходит. Это может сделать «странную жизнь» гораздо менее вероятной.
НАСА планирует миссию под названием «Стрекоза», вращающийся летательный аппарат, который будет прыгать с места на место на поверхности и, возможно, разгадает некоторые тайны Титана.
«Чем больше мы изучаем наш собственный космический задний двор, тем больше сюрпризов мы находим», — сказал Кейбл. «И я взволнован. Мы будем удивляться все больше и больше по мере того, как продолжим расширять наши чувства до внешней части Солнечной системы и за ее пределы».
Планеты за пределами нашей Солнечной системы
Получение даже слабого размытого изображения далекого мира, похожего на наш, ознаменовало бы глубокий сдвиг в истории и наше место во Вселенной.
Охота за таким миром описывается как поиск «Земли 2.0», «землеподобной» планеты или даже «близнеца Земли». Но каждый из этих терминов подразумевает свой собственный набор предположений. Мы можем или не можем увидеть экзопланету — планету, вращающуюся вокруг другой звезды, — которая выглядит как современная Земля. Синий, покрытый водой мир с белыми облаками.
Тем не менее, даже наша собственная планета, вероятно, выглядела совсем иначе в далеком прошлом.
Термин «землеподобный» также несет в себе некоторый обременительный багаж. Это начинается с того, как мы это определяем. Какие именно характеристики делают Землю похожей на Землю? Как бы мы распознали эти качества на планете в сотнях или тысячах световых лет от нас?
«Планеты, которые можно считать похожими на Землю, могут сильно отличаться от современной Земли», — сказал Джада Арни, астроном и астробиолог из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд.
И предположим, что жизнь в другом месте — это не «жизнь, которую мы знаем». Узнаем ли мы жизнь такой, какой мы ее не знаем?
Все сводится к одному большому вопросу, который мы задаем себе на протяжении веков: одиноки ли мы?
Мы прошли через усилия НАСА, чтобы ответить на этот вопрос:
Как могла выглядеть жизнь на Земле с огромного расстояния в течение миллиардов лет и как она могла выглядеть где-то еще
Пока мы ищем в небе возможного близнеца, нам придется учитывать стадии роста – от младенчества до зрелости. Каменистая планета с зачатками жизни может быть окутана оранжевой дымкой, как когда-то могла быть Земля.
Время решает все. Наша собственная Земля была непригодна для жизни в течение миллионов лет, и мы могли бы найти планету на аналогичной стадии — возможно, невообразимо горячую или холодную поверхность, на которой в прошлом был океан с жидкой водой, или он может появиться в будущем.
«Мы склонны говорить о планетах, похожих на Землю, как о планетах, подобных нашей сегодня», — сказал Дуглас Хаджинс, научный сотрудник Программы исследования экзопланет НАСА в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне. «Но наша планета радикально отличалась на протяжении всей своей истории, но все же поддерживала изобилие жизни».
Где мы можем найти признаки жизни в нашей Солнечной системе
Марс, когда-то теплый и влажный, а теперь холодный, сухой и неприступный, может обнаружить следы прошлой жизни. Даже настоящую жизнь нельзя исключать.
Живой мир тоже может быть покрыт коркой льда. Луна Юпитера Европа и Энцелад Сатурна скрывают подземные океаны, запечатанные внутри ледяных оболочек.
Титан, другой спутник Сатурна, также является единственным другим телом Солнечной системы с дождем, реками и озерами. Жидкость в этом случае, однако, состоит из метана и этана, а не из воды, но может быть домом для «странной жизни». На Титане также может быть подземный океан. Если на других планетах и лунах в нашей Солнечной системе обитают формы жизни, это не очевидно, но эта возможность активно исследуется НАСА и другими космическими агентствами.
«Чем больше мы изучаем наш собственный космический задний двор, тем больше сюрпризов мы находим», — сказал Морган Кейбл, исследователь из группы астробиологии и океанических миров в Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии. «И я взволнован. Мы будем удивляться все больше и больше по мере того, как продолжим расширять наши чувства до внешней части Солнечной системы и за ее пределы».
Небо, полное экзопланет, обнаруженных на данный момент, и их сравнение с нашим миром
Ученые подтвердили существование более 4000 экзопланет в нашей галактике, многие из которых, вероятно, представляют собой скалистые миры размером с Землю. Ожидается, что еще тысячи будут подтверждены в ближайшие годы. Но один очень особый тип планет все еще ускользает от нас: мир размером с Землю, вращающийся вокруг звезды, подобной Солнцу, на расстоянии, которое дает ему год, сравнимый с нашим.
Хотя вполне возможно, что такие планеты окажутся редкими, другой фактор лучше объясняет загадку. Современные технологии, используемые при поиске экзопланет, в первую очередь космические телескопы и инструменты, которые они несут, с трудом справляются с такими системами.
Как НАСА ищет жизнь во Вселенной?
Жизнь во Вселенной: каковы шансы?
Жизнь во Вселенной: каковы шансы?
Что снаружи? Небо экзопланеты до сих пор
Что снаружи? Небо экзопланеты до сих пор
Жизнь в нашей Солнечной системе? Познакомьтесь с соседями
Жизнь в нашей Солнечной системе? Познакомьтесь с соседями
Среди триллионов планет мы «один дома?»
Жизнь во Вселенной: каковы шансы?
Что снаружи? Небо экзопланеты до сих пор
Жизнь в нашей Солнечной системе? Познакомьтесь с соседями
Искатели
Будущие, более мощные космические телескопы могли бы помочь преодолеть этот разрыв или заглянуть в атмосферу миров размером с Землю, которые были обнаружены в изобилии — на близких орбитах вокруг красных карликов — в поисках признаков обитаемости.
«День, когда мы обнаружим жизнь на экзопланете, станет не чем иным, как коперниканской революцией, — сказал Хаджинс. «Это навсегда изменит то, как люди видят свое место во Вселенной».
Шансы найти жизнь в другом месте
Можно сказать, что шансы найти жизнь где-то еще в галактике увеличиваются. Хотя ученые уже подтвердили наличие тысяч экзопланет, Млечный Путь, вероятно, содержит триллионы. Хороший процент этих экзопланет находится в диапазоне размеров Земли и, как полагают, имеет аналогичный состав.
Но космос упорно молчит по этому вопросу. Технологии поиска экзопланет, хотя и быстро развиваются, вероятно, еще недостаточны для обнаружения признаков возможной жизни в атмосферах экзопланет.
Мы не видели и не слышали никаких заслуживающих доверия указаний на технологический вид среди моря звезд; вопрос полувековой давности: «Где все?» до сих пор нет ответа.
Такие понятия, как «обитаемая зона» — орбитальное расстояние от звезды, позволяющее планете с подходящей атмосферой удерживать жидкую воду на своей поверхности, — помогают астрономам разобраться во многих возможностях, чтобы найти более вероятных кандидатов на существование живых миров. . Тем не менее планеты с жизнью могли бы находиться далеко за пределами этой зоны, если бы существовала, например, покрытая льдом планета с глубоким океаном, поддерживающим водные организмы.
Есть полезная концепция, которую мы используем, чтобы помочь понять, на каком расстоянии от данной звезды вы можете ожидать найти планеты с жидкой водой на поверхности — жидкая вода необходима для жизни, какой мы ее знаем. Это называется обитаемой зоной. У каждой звезды есть обитаемая зона, но расположение этой зоны различается для звезд разного размера и яркости. Кредит НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт
«Чтобы искать жизнь где угодно, у нас есть подход «следуй за водой», — сказал Шон Домагал-Голдман, астроном-исследователь Годдарда. «Везде, где вы найдете воду на Земле, вы найдете жизнь. Будь то жизнь на Марсе, океанские миры или экзопланеты, вода — это первый указатель, который мы ищем».
В настоящее время разрабатывается технология, которая позволит нам заглянуть в атмосферу экзопланет в поисках признаков жизни
Мы стоим на пороге новой эры в науке об экзопланетах: просеивание атмосфер далеких миров в поисках комбинаций газов что может обнаружить живую планету.
Первым на очереди будет космический телескоп Джеймса Уэбба, запуск которого запланирован на октябрь 2021 года. Телескоп Уэбба станет многозадачным космическим телескопом, который заглянет вглубь Вселенной и в ее прошлое, чтобы обнаружить ключи к ее происхождению и ранним формирование.
Телескоп Уэбба также зафиксирует свет звезд, проходящий через атмосферы экзопланет, что позволит составить своего рода профиль присутствующих газов. Это проложит путь к будущим, более мощным космическим телескопам, чтобы наблюдать за маленькими каменистыми планетами, возможно, похожими на нашу собственную.
Разрабатываемые в настоящее время технологии могут выявить признаки возможной жизни — биосигнатуры — в атмосферах экзопланет. Изображение предоставлено: NASA/JPL-Caltech/Lizbeth B. De La Torre.
Благодаря более продвинутым технологиям астрономы могут обнаруживать атмосферные химические вещества, которые считаются «биосигнатурами», потенциально указывающими на влияние форм жизни.
Эта новая эра описания экзопланет продолжится с запуском римского телескопа Нэнси Грейс в середине 2020-х годов. Сложный прибор на борту, называемый коронографом, поможет скрыть блики родительских звезд, чтобы выявить планеты, находящиеся на орбите.
Это будут прямые изображения больших газообразных планет. Эти цели вряд ли будут обитаемыми, но демонстрация этой технологии откроет двери для будущих таких инструментов с большей разрешающей способностью. Телескоп будущего может даже обнаружить небольшой каменистый мир с атмосферой из кислорода, метана и углекислого газа — другими словами, с атмосферой, напоминающей нам о доме.
«На самом деле мы могли бы выяснить: Земля обычная или редкая? Жизнь обычная или редкая?» сказал Аки Роберж, астроном Годдарда. «Честно говоря, мы понятия не имеем, как вообще выглядят обитаемые или обитаемые планеты. Нам действительно нужно просто взглянуть».
Есть ли жизнь на других планетах?
НАУКА — Земля и космос
Задумывались ли вы когда-нибудь…
- Есть ли жизнь на других планетах?
- Что должно быть на планете для поддержания жизни?
- Что бы вы хотели, чтобы инопланетная форма жизни знала о Земле?
Метки:
Просмотреть все Теги
- астрономия,
- житель,
- форма жизни,
- космическое пространство,
- исследовательская,
- Астрономия,
- Житель,
- Форма жизни,
- Космос,
- Исследования
Сегодняшнее чудо дня было вдохновлено Джоном из Алабамы. Джон Уондерс , « есть ли жизнь на других планетах » Спасибо, что ДУМАЕТЕ вместе с нами, Джон!
Астрономы и другие ученые постоянно исследуют и изучают космос. Один из самых интригующих вопросов, на который они надеются когда-нибудь ответить, заключается в том, существует ли жизнь на других планетах. Несмотря на множество исследований в открытом космосе, ученым пока не удалось найти доказательства существования форм жизни на какой-либо другой планете, кроме Земли.
Земля очень гостеприимна, поэтому жить здесь легко. На Земле есть вода, которая необходима живым существам для выживания.
Земля также имеет атмосферу, которая не слишком горячая и не слишком холодная. Его удаленность от Солнца обеспечивает жителей Земли достаточным количеством тепла, солнечного света и энергии.
Хотя могут быть и другие планеты, обладающие некоторыми чертами гостеприимства Земли, пока ученые не нашли ни одной из них со всеми свойствами, которые, по их мнению, необходимы для поддержания жизни. Земля остается единственной в своем роде!
Интересно, что дальше?
Поднимите группу! Вандерополис живет звуками музыки! Завтра мы будем делать прекрасную музыку вместе, когда мы сядем вместе с оркестром и узнаем, из-за чего весь этот шум.
Попробуйте
Представьте, что астрономы обнаружили дружественных существ на далекой планете под названием Вандертрон. Они хотели бы отправить «приветственную посылку» с Земли жителям Вандертрона, и вы были завербованы в качестве представителя Америки, чтобы помочь решить, что отправить.0003
Что будет в вашем приветственном пакете? Напишите краткое описание того, что бы вы отправили инопланетянам Вандертрона.
Поскольку вы не можете отправить посылку в Wondertron, вместо этого отправьте описание по электронной почте в Wonderopolis
- Три предмета, олицетворяющие современную жизнь в Америке
- Три новости о важных моментах американской истории
- Три продукта, которые представляют американскую культуру
- Три разных предмета на ваш выбор
- Три описания уникальных земных привычек (примеры: вечеринки по случаю дня рождения, правописание пчел, домашние животные, сбор ракушек, танцы, парады, лепка снеговиков)
Получил?
Проверьте свои знания
Wonder Contributors
Благодарим:
Мила из AL и Umair
за вопросы по сегодняшней теме Wonder!
Удивляйтесь вместе с нами!
Что вас интересует?
Wonder Words
- космос
- астроном
- доказательства
- формы жизни
- интригующий
- исследования
- доказательство
- гостеприимный
- житель
Примите участие в конкурсе Wonder Word
Оцените это чудо
Поделись этим чудом
×
ПОЛУЧАЙТЕ СВОЕ ЧУДО ЕЖЕДНЕВНО
Подпишитесь на Wonderopolis и получайте
Чудо дня® по электронной почте или SMS
Присоединяйтесь к Buzz
Не пропустите наши специальные предложения, подарки и рекламные акции. Узнай первым!
Поделись со всем миром
Расскажите всем о Вандополисе и его чудесах.
Поделиться Wonderopolis
Wonderopolis Widget
Хотите делиться информацией о Wonderopolis® каждый день? Хотите добавить немного чуда на свой сайт? Помогите распространить чудо семейного обучения вместе.
Добавить виджет
Ты понял!
Продолжить
Не совсем!
Попробуйте еще раз
Жизнь на других планетах? | The University of Chicago Magazine
Большая галактика М-31 в созвездии Андромеды. Это ближайшая к нашей галактика, и она во многом похожа на нее. Темные разломы представляют собой огромные облака космической пыли, из которых, как считается, формируются звезды. В каждой галактике может быть 100 миллионов планет, на которых существует жизнь. (Фотоархив Чикагского университета, apf6-02681, Исследовательский центр специальных коллекций, Библиотека Чикагского университета)
Из нашего печатного архива: Несмотря на часы, проведенные в супер-подзорные трубы, астрономы до сих пор не обнаружили ни одного зеленого человечка на Марсе или какой-либо другой планете. Но они сделали несколько довольно убедительных наблюдений, что жизнь действительно существует на других планетах.
Есть ли жизнь в других мирах? Если другие планеты могут химически поддерживать жизнь в том виде, в каком мы ее знаем здесь, на Земле, как это связано с происхождением самой жизни?
Ученые давно размышляли над теорией о том, что жизнь в ее наиболее примитивной форме может быть следующей ступенью космической эволюции после образования планет. Хотя это все еще только теория, новые идеи о происхождении планет и недавние открытия в области химии поддержали ее.
Например, в сорока миллионах миль от Земли на момент написания этой статьи находится Марс, планета холоднее Земли, без кислорода в атмосфере и с небольшим количеством воды на поверхности. Человек, перенесенный на Марс, задохнется и умрет, как и большинство других знакомых ему организмов.
Тем не менее, уже более полувека астрономы наблюдают небольшие сезонные колебания цвета на планете; вариации, по-видимому, совпадающие с наличием воды. Они были интерпретированы как свидетельство растительной жизни на Марсе, жизни, специально адаптированной к суровым условиям марсианской среды. Если заявленные изменения цвета реальны, другой разумной интерпретации, по-видимому, нет.
Кроме того, маргинальные спектроскопические наблюдения У. М. Синтона предполагают, что на поверхности Марса могут быть молекулы со связями С-Н. Углерод и водород являются основными элементами для всех земных организмов, а связывающая их химическая связь имеет важное значение для структуры белков, нуклеиновых кислот и других биологических строительных блоков. Возможно ли, что один и тот же вид жизни, сходный по своему основному химическому строению, зародился дважды в одной и той же Солнечной системе? Несмотря на спекулятивность некоторых деталей, общая модель космической эволюции довольно хорошо установлена.
Космическая эволюция начинается с огромного облака космической пыли, которое сегодня существует между звездами. Такое облако имеет «космическое» изобилие элементов и состоит в основном из водорода и гелия с небольшой примесью более тяжелых элементов. Кое-где материя будет несколько более плотной, чем в близлежащих областях. Более диффузные области будут гравитационно притягиваться к более плотным областям, которые, как следствие, будут увеличиваться в размерах и массе. По мере того, как материя течет к конденсирующемуся центральному ядру, сохранение углового момента заставит всю область, ядро и текущую материю вращаться все быстрее и быстрее.
Кроме того, поскольку большое количество материи продолжает сталкиваться с ядром, его температура будет неуклонно повышаться. Примерно через сто миллионов лет температура в центре облака повысится примерно до пятнадцати миллионов градусов. Это температура воспламенения термоядерных реакций (таких как превращение водорода в гелий в водородной бомбе). В это время ядро облака станет звездой, «включится» и излучает свет и тепло в близлежащее пространство. Если вращение достаточно быстрое, формирующаяся звезда при определенных условиях разделится на более мелкие части, образуя двойную или множественную звездную систему.
Теперь, когда звезда формируется, большое пылевое облако окружает звезду и вращается вместе с ней. В этом облаке, солнечной туманности, небольшие, более плотные области начинают притягивать близлежащее вещество, как при звездообразовании. Однако протопланеты, которые вырастают из этих областей (в гравитационном поле ближайшей звезды), никогда не поднимаются за счет столкновительного нагрева до температуры термоядерного воспламенения и, таким образом, становятся планетами, а не звездами.
Джерард П. Койпер, профессор астрономии Йерксской обсерватории, описал, как в последние годы таким образом формируются планеты. В формирующихся протопланетах более тяжелые элементы будут иметь тенденцию опускаться к центру, оставляя гораздо более распространенные водород и гелий в качестве основных составляющих атмосферы, окружающей новые планеты. Когда новообразованная звезда «включится», радиационное давление будет стремиться сдуть эту атмосферу.
Однако, если протопланета очень массивна или находится очень далеко от Солнца, гравитационное притяжение протопланеты для молекулы газа может быть больше, чем сила излучения, пытающегося сдуть ее, и протопланета может сохранить атмосферу. Эта атмосфера может быть остаточной от протоатмосферы или может быть связана с газообразными выделениями из недр планеты. Например, нынешняя атмосфера Земли образовалась из-за выдыханий; Нынешняя атмосфера Юпитера является остаточной.
Таким образом, в целом можно понять атмосферы планет в этой солнечной системе:
- Меркурий : Не массивный, близкий к Солнцу, сохраняет незначительную атмосферу.
- Венера : Более массивная, чем Меркурий, дальше от Солнца, содержит только тяжелый газ, двуокись углерода.
- Земля : Сохраняет более легкие газы, азот, кислород и водяной пар, но теряет почти весь водород и гелий.
- Марс : хотя и дальше от Солнца, он менее массивен, чем Земля или Венера, и поэтому содержит в основном только тяжелый газ, углекислый газ.
- Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун : Значительно дальше от Солнца и очень массивны, они сохраняют много водорода и гелия, в то время как другие планеты их потеряли.
Один факт о нашей Солнечной системе, который прозвенел похоронным звоном многих космогоний, заключается в том, что, хотя более 99 процентов массы Солнечной системы находится на Солнце, более 98 процентов углового момента системы приходится на планеты. Это как если бы инерция вращения была передана от солнца к планетам. Г. Альфвен объяснил это магнитным торможением вращения Солнца вследствие взаимодействия «его магнитного поля с ионизированной солнечной туманностью. Исходя из этого, существование солнечной туманности, из которой формируются планетные системы, заставит центральную звезду вращаться все медленнее и медленнее.
Теперь происхождение планет должно зависеть от температуры центральной звезды. Если будет слишком холодно, то атмосфера протопланет не сдуется, в результате чего может образоваться система планет, подобных Юпитеру, но еще более крупных и массивных. С другой стороны, если звезда слишком горячая, радиационное давление быстро рассеет солнечную туманность, в результате чего останутся маленькие безатмосферные планеты или система из миллионов крошечных астероидов. Для образования планет температура звезды должна быть между этими крайними значениями.
Есть еще одна причина полагать, что у горячих звезд нет планет. Если образование планетных систем и замедление звездного вращения связаны с существованием солнечных туманностей, то следует ожидать, что горячие звезды, рассеивающие свои солнечные туманности и не образующие планет, будут вращаться быстрее. Именно это и наблюдается! Чем горячее звезда, тем быстрее вращение. Более холодные звезды вращаются медленнее, чем можно было бы ожидать.
При температуре около 7000 градусов, характерной для так называемых F-звезд, происходит внезапное большое уменьшение средних скоростей вращения, и возможно, что ниже этой температуры все звезды сохраняют достаточное количество своих солнечных туманностей для образования планеты (при условии, что они не израсходовали свои солнечные туманности на образование двойных или множественных солнечных систем).
Количество таких звезд составляет от одного до десяти процентов от общего числа звезд, что позволяет предположить, что только в нашей галактике насчитывается до десяти миллиардов солнечных систем. Из них, возможно, один процент или 100 миллионов имеют планеты, подобные Земле. Какова вероятность жизни на этих мирах?
Поскольку самым распространенным элементом в космосе является водород, атмосфера ранних протопланет любой системы должна содержать много водорода и водородных соединений. Водородные соединения углерода, азота и кислорода, вероятно, являются наиболее распространенными водородными соединениями в протоатмосфере. Это соответственно метан Ch5, аммиак Nh4 и водяной пар h30.
В 1953 году Стэнли Миллер, доктор философии ’54, в то время аспирант, работавший под руководством профессора Гарольда С. Юри, показал, что когда водород, метан, аммиак и водяной пар смешиваются вместе и получают энергию, образуются некоторые фундаментальные органические соединения. . (Источником энергии в протоатмосферах, вероятно, является ультрафиолетовый свет Солнца, вокруг которого вращается протопланета.)
Почти все эти соединения состоят из аминокислот, биохимических строительных блоков, из которых строится белок. Есть также основания полагать, что аминокислоты приводят к образованию пуринов и пиримидинов, которые, в свою очередь, являются строительными блоками для нуклеиновых кислот. Белки и нуклеиновые кислоты являются двумя основными составляющими жизни, какой мы ее знаем на Земле; наследственные материалы, такие как гены и хромосомы, возможно, состоят исключительно из нуклеиновых кислот и белков. Кроме того, ферменты, которые катализируют медленные химические реакции и тем самым делают возможными сложные формы жизни, всегда являются белками.
Эксперименты, сравнимые по важности с экспериментами Миллера, были проведены С. У. Фоксом. Фокс применял тепло в диапазоне от 100 до 200 градусов по Цельсию к простым молекулам, таким как синтезированные Миллером. Эта простая процедура позволила получить небольшое количество сложных органических молекул, широко распространенных во всех земных организмах. В частности, Фокс произвел уреидоянтарную кислоту, ключевой посредник в синтезе нуклеиновых кислот. Требуемые Фоксом температуры легко могут быть обеспечены радиоактивным нагревом коры планеты. Есть свидетельства того, что такой радиоактивный нагрев — нормальная часть ранней эволюции всех планет.
Поразительно, что молекулы, произведенные Миллером и Фоксом, являются именно теми молекулами, которые необходимы для формирования жизни, какой мы ее знаем. Почти не было произведено молекул, принципиально не задействованных в современных земных организмах.
Процессы, описанные Миллером и Фоксом, вероятно, происходили бы, по крайней мере, на одной планете каждой звезды умеренной температуры. Все, что требуется, — это способ собрать молекулы, произведенные в результате этих процессов, в одном месте, где они смогут взаимодействовать. Жидкая среда на поверхности планеты прекрасно служит этой цели. Молекулы, произведенные в атмосфере, попадут в эти тела жидкости, а молекулы, произведенные на суше в результате применения тепла, также будут смыты в них. Хотя можно было бы использовать моря жидкого аммиака или плавиковой кислоты, можно показать, что моря воды были бы наиболее эффективными для сбора и сохранения биомолекул.
Одна планета в каждой системе, которую мы рассматриваем, вероятно, обладала морями жидкой воды в начале своей истории, и поэтому на таких планетах можно ожидать производства белков и нуклеиновых кислот.
Теперь белки и нуклеиновые кислоты обладают некоторыми необычными свойствами; насколько нам известно, те, которые не обнаружены ни в каких других молекулах. Они могут образовать новую молекулу, которая не только может построить другие идентичные молекулы из материи, плавающей в море вокруг нее, но и которая, будучи изменена каким-либо образом, может также построить копии своей измененной структуры. Такая мутирующая, самовоспроизводящаяся молекула или набор молекул должны пройти естественный отбор. По этим причинам его следует идентифицировать как первое живое существо на рассматриваемой планете.
Таким образом, только в этой галактике может быть 100 миллионов планет, на которых процветают организмы, по крайней мере, биохимически родственные нам. С другой стороны, благодаря естественному отбору эти организмы должны быть хорошо приспособлены каждый к своей среде. Поскольку даже незначительные различия в окружающей среде в конечном итоге вызывают огромные различия в строении организмов, мы не должны принимать внеземные формы жизни за что-то знакомое. Но есть основания полагать, что они есть.
Могли ли люди заразить Марс жизнью?
Идет загрузка
Могли ли люди заразить Марс жизнью?
(Изображение предоставлено NASA/JPL-Caltech)
Кристофер Мейсон, 11 мая 2021 г.
С начала космической эры человечество отправило около 30 космических кораблей и спускаемых аппаратов на Красную планету. Теперь мы знаем, какие микробы могли пережить путешествие, говорит генетик Кристофер Мейсон.
T
Когда вы читаете это, катите по поверхности Марса, это замечательная машина. Perseverance — марсоход размером с автомобиль, который благополучно приземлился на поверхности Марса 18 февраля этого года — может иметь максимальную скорость менее 0,1 мили в час (152 м/ч), но он несет широкий спектр инструментов, приборов. и эксперименты, которые уже привели к революционным достижениям.
На борту марсохода длиной 10 футов (3 м) находится машина, превращающая разреженный, богатый углекислым газом марсианский воздух в кислород, и вертолет размером с коробку для салфеток, совершивший первый в истории управляемый полет на Марсе. другая планета. Вертолет, получивший название Ingenuity, уже совершил три успешных полета, каждый из которых длиннее и выше предыдущего.
Но что-нибудь еще пришло со всем этим оборудованием? Могли ли следовые бактерии или споры с Земли случайно попасть в космос и пережить путешествие, чтобы обосноваться на Марсе?
НАСА и его инженеры из Лаборатории реактивного движения (ЛРД) разработали точные и тщательные протоколы для сведения к минимуму количества организмов, которые могут случайно попасть автостопом во время космической миссии. Согласованные на международном уровне стандарты определяют, насколько строгими должны быть эти протоколы, и НАСА соответствует им, а в некоторых случаях даже превосходит их. Тем не менее, два недавних исследования показывают, как некоторые организмы могут пережить процесс очистки, а также путешествие на Марс, а также то, как быстро микробные виды могут развиваться в космосе.
Во-первых, давайте начнем с процесса, необходимого для создания марсохода «Настойчивость», а также большинства космических кораблей, изготовленных на заводе по сборке космических кораблей (SAF) Лаборатории реактивного движения. Там космические корабли кропотливо строятся по одному слою, как луковица, и все очищается перед добавлением. Эти методы ограничивают количество бактерий, вирусов, грибков или спор на оборудовании, которое будет отправлено на миссию.
Космические корабли проходят тщательную очистку по мере их сборки и подготовки к запуску на другие планеты (Фото: НАСА/Джим Гроссманн)
Космические корабли строятся в помещениях с воздушными фильтрами и строгими процедурами биологического контроля. Они предназначены для того, чтобы на каждый квадратный метр могли попасть только несколько сотен частиц, а в идеале — не более нескольких десятков спор на квадратный метр.
Но добиться нулевой биомассы на космическом корабле практически невозможно. Микробы существуют на Земле миллиарды лет, и они повсюду. Они внутри нас, на наших телах и вокруг нас. Некоторые могут проникнуть даже в самую чистую из чистых комнат.
В прошлом тесты на биологическое заражение полагались на способность выращивать (часто называемую культивированием) жизнь из образцов, взятых с оборудования. Новые методы, используемые моими коллегами и мной, берут заданный образец, извлекают всю ДНК, а затем секвенируют ее. Как следует из этого термина, это все равно, что поднести дробовик к клеткам образца, разбить их на миллиарды маленьких фрагментов ДНК, а затем секвенировать каждый фрагмент. Каждая часть (или «прочитанная» последовательность) затем может быть сопоставлена с известными геномами видов, которые уже присутствуют в базах данных последовательностей.
Поскольку теперь мы можем секвенировать все ДНК, присутствующие в чистых помещениях, а не только те, которые можно культивировать, мы получаем более полное представление о том, какие микробы можно найти в чистых помещениях, и если они может выжить даже в космическом вакууме.
В чистых комнатах Лаборатории реактивного движения мы обнаружили микробы, которые могут создавать проблемы во время космических полетов. Эти организмы имеют увеличенное количество генов для восстановления ДНК, что придает им большую устойчивость к радиации, они могут образовывать биопленки на поверхностях и оборудовании, могут выдерживать высыхание и процветать в холодных условиях. Оказывается, чистые комнаты могут служить эволюционным процессом отбора самых выносливых насекомых, у которых тогда будет больше шансов выжить в путешествии на Марс.
Эти результаты имеют значение для формы планетарной защиты, называемой «прямое загрязнение». Именно здесь мы можем принести что-то (случайно или намеренно) на другую планету. Важно обеспечить безопасность и сохранение любой жизни, которая может существовать где-либо еще во Вселенной, поскольку новые организмы могут нанести ущерб, когда они прибудут в новую экосистему.
НАСА имеет строгие протоколы чистых помещений, направленные на минимизацию биологического загрязнения космических кораблей и спускаемых аппаратов (Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех)
У людей на нашей планете плохой послужной список. Оспа, например, была распространена на одеялах, подаренных коренным народам Северной Америки в 19 веке. Даже в 2020 году нам не удалось сдержать быстрое распространение вируса, вызывающего Covid-19, SARS-CoV-2.
Вам также могут понравиться:
- Странное пространство за пределами нашей Солнечной системы
- Как переключатель спас миссию на Луну
- Гигантское растение астрономы не могут найти
Прямое загрязнение также нежелательно с научной точки зрения. Ученые должны быть уверены, что любое обнаружение жизни на другой планете действительно происходит там, а не является ложной идентификацией инопланетного, но выращенного на Земле загрязнения. Микробы потенциально могут добраться до Марса автостопом даже после предстартовой очистки и воздействия радиации в космосе. Их геномы могут измениться настолько, что они выглядят поистине потусторонними. Недавно мы видели, как на Международной космической станции эволюционировали новые микробы. Хотя инженеры НАСА усердно работают над тем, чтобы избежать внедрения таких видов в марсианскую почву или воздух, любые признаки жизни на Марсе должны быть тщательно изучены, чтобы убедиться, что они не возникли здесь, на Земле. Невыполнение этого требования может привести к ошибочным исследованиям универсальных особенностей жизни или марсианской жизни.
Человечество отправило десятки космических кораблей и спускаемых аппаратов на Марс. Те из них, которые оказались успешными, оставили свой след на Красной планете (Фото: NASA/JPL-Caltech/MSSS) для астронавтов – создавая риск для их здоровья и, возможно, даже вызывая сбои в работе оборудования жизнеобеспечения, если они засоряются колониями микроорганизмов.
Но планетарная защита двунаправленная. Другим компонентом планетарной защиты является предотвращение «обратного загрязнения», когда что-то, возвращенное на Землю, представляет потенциальную опасность для жизни на нашей планете, в том числе для людей. Это тема многих научно-фантастических фильмов, где некий вымышленный микроб угрожает всему живому на Земле. Но когда в 2028 году к Марсу будет запущена миссия НАСА и Европейского космического агентства (ЕКА), это может стать вполне реальным вопросом: если все пойдет по текущим планам, миссия по возврату образцов с Марса доставит первые марсианские образцы на Землю. в 2032 году.
Прошлые исследования показали, что марсианские образцы вряд ли содержат активную опасную биологию, и Perseverance ищет любые признаки, которые могли быть оставлены древней микробной жизнью на планете. Но НАСА и ЕКА говорят, что они принимают дополнительные меры предосторожности, чтобы гарантировать, что все образцы, возвращенные с Марса, будут безопасно содержаться в многоуровневой изоляционной системе.
Однако есть шанс, что если мы обнаружим признаки жизни на Марсе, то они могли исходить в первую очередь с Земли. С тех пор, как первые два советских зонда приземлились на поверхность Марса в 1971, за которым последовал спускаемый аппарат США «Викинг-1» в 1976 году, вероятно, на Красной планете были некоторые фрагменты микробной и, возможно, человеческой ДНК. Учитывая глобальные пыльные бури и следовые количества ДНК, которые могли быть унесены с этими космическими кораблями, мы должны быть уверены, что не обманываем себя, что жизнь, которую мы находим, не родом с Земли.
Но даже если «Настойчивость» — или предшествовавшие ему миссии — действительно случайно перенесли организмы или ДНК с Земли на Марс, у нас есть способы отличить их от любой жизни, которая действительно имеет марсианское происхождение. В последовательности ДНК будет скрыта информация о ее происхождении. Текущий проект под названием Metasub (метагеномика метро и городских биомов) секвенирует ДНК, обнаруженную в более чем 100 городах мира. Исследователи из нашей лаборатории, команды Metasub и группа в Швейцарии только что опубликовали эти и другие глобальные метагеномные данные для создать «планетарный генетический индекс» всей секвенированной ДНК, которая когда-либо наблюдалась.
Сравнивая любую ДНК, найденную на Марсе, с последовательностями, обнаруженными в чистых комнатах JPL, метро мира, клинических образцах, сточных водах или на поверхности марсохода Perseverance до того, как он покинул Землю, можно увидеть, действительно новы.
Даже если наши исследования Солнечной системы непреднамеренно перенесли микробы на другие планеты, вполне вероятно, что они уже не будут такими, какими они были, когда они покинули Землю. Испытания космических путешествий и необычные условия, с которыми они столкнутся, оставят свой след и заставят их развиваться. Если организм с Земли адаптировался к космосу или Марсу, имеющиеся в нашем распоряжении генетические инструменты могут помочь нам выяснить, как и почему изменились микробы.
Действительно, странные новые виды, недавно обнаруженные на МКС учеными из JPL и нашей лаборатории, обладали некоторыми адаптациями, сходными с теми, что обнаруживаются в чистых комнатах (включая устойчивость к высоким уровням радиации). По мере того, как все больше и больше экстремальной биологии каталогизируется в программе под названием «Проект экстремального микробиома», также существует потенциал для использования инструментов в их эволюционном наборе инструментов для будущей работы здесь, на Земле. Мы можем использовать их адаптацию, например, для поиска новых солнцезащитных средств или новых ферментов восстановления ДНК, которые могут защитить от вредных мутаций, ведущих к раку, или помочь в разработке новых лекарств.
Бактерии и грибы, способные выживать в экстремальных условиях, процветают на Международной космической станции, несмотря на усилия по поддержанию ее в чистоте (Фото: Esa/Nasa) на и внутри наших тел с ними. Эти микробы тоже, скорее всего, будут адаптироваться, мутировать и изменяться. И мы можем учиться у них тоже. Они могут даже сделать жизнь на Марсе более терпимой для тех, кто туда отправляется, поскольку уникальные геномы, адаптирующиеся к марсианской среде, могут быть секвенированы, переданы обратно на Землю для дальнейшей характеристики, а затем использованы для терапии и исследований на обеих планетах.
Учитывая все запланированные марсианские миссии, мы находимся на пороге новой эры межпланетной биологии, где нам предстоит узнать об адаптациях организма на одной планете и применить их на другой. Уроки эволюции и генетических адаптаций вписаны в ДНК каждого организма, и марсианская среда не будет исключением. Марс запишет свое новое давление отбора на организмы, которые мы увидим, когда секвенируем их, открывая совершенно новый каталог эволюционной литературы.
Это не просто праздное любопытство, а долг нашего вида по защите и сохранению всех других видов. Только люди понимают вымирание, и поэтому только люди могут предотвратить его, что актуально и сегодня, и через миллиарды лет, когда земные океаны начнут кипеть и планета станет слишком горячей для жизни. Неизбежен некоторый перенос человеческой и микробной биологии, когда мы начнем двигаться к другим звездам, но в этом случае у нас не будет выбора. В конце концов, осторожное и ответственное заражение — единственный способ сохранить жизнь, и это шаг, который мы должны начать делать в течение следующих 500 лет.
Эта статья была обновлена 13 мая 2021 года, чтобы предоставить дополнительную информацию о процедурах планетарной защиты, используемых НАСА и во время миссии по возврату образцов с Марса. В более ранней версии неверно указывалось, что НАСА стерилизует компоненты космического корабля перед сборкой, и это было исправлено, поскольку процедуры планетарной защиты не требуют стерилизации отдельных компонентов.
—
* Кристофер Мейсон — профессор геномики, физиологии и биофизики в Медицинском центре Вейла Корнелла Корнельского университета. Он исследует молекулярные и генетические последствия длительного полета человека в космос для НАСА и других астронавтов, а также занимается разработкой новых типов клеток для лечения рака и является автором новой книги, опубликованной MIT Press – Следующие 500 лет: инженерная жизнь для достижения новых миров.
—
Join one million Future fans by liking us on Facebook , or follow us on Twitter or Instagram .
Если вам понравилась эта история, подпишитесь на еженедельный информационный бюллетень bbc.com под названием «The Essential List». Подборка историй из BBC Future, Culture, Worklife и Travel, доставляемых на ваш почтовый ящик каждую пятницу.
Восемь ингредиентов для жизни в космосе
Считается, что на ледяном спутнике Юпитера Европе под корой находится жидкий океан, где может обитать жизнь. Изображение предоставлено NASA/JPL-Caltech/Институтом SETI.
Бета-версия
Во время бета-тестирования
статьи для тестирования могут храниться только в течение семи дней.
Создайте список статей для чтения позже. Вы сможете получить доступ к своему списку из любой статьи в Discover.
У вас нет сохраненных статей.
КОСМОС
Изучая, как люди, растения, животные и микробы выживают и процветают на Земле, ученые определили ключевые ингредиенты, которые необходимы для развития жизни.
На протяжении поколений ученые исследовали нашу галактику в поисках признаков жизни на других планетах. Они ищут определенный набор обстоятельств и химических веществ, чтобы собраться вместе в нужном месте в нужное время.
Доктор Энн Юнгблут, специалист по жизни в экстремальных условиях, и доктор Пол Кенрик, специалист по ранней эволюции жизни, объясняют, что они ищут.
Вода действует как растворитель, позволяя протекать ключевым химическим реакциям © Triff/Shutterstock.com
1. Вода
Почти все процессы, из которых состоит жизнь на Земле, можно разбить на химические реакции, и большинству из этих реакций требуется жидкость для разрушения веществ, чтобы они могли свободно двигаться и взаимодействовать.
Жидкая вода необходима для жизни на Земле, поскольку она действует как растворитель. Он способен растворять вещества и запускать ключевые химические реакции в животных, растительных и микробных клетках.
Его химические и физические свойства позволяют растворять больше веществ, чем большинство других жидкостей. Другими характеристиками, которые делают его хорошей средой обитания для жизни, являются его теплопроводность, поверхностное натяжение, высокие температуры кипения и плавления, а также его способность пропускать свет.
Джунгблут сказал: «Поскольку вода играет такую важную роль в жизни на Земле, присутствие воды было жизненно важно при поиске других обитаемых планет и лун».
Алмазы представляют собой аллотроп углерода
2. Углерод
Многие сложные молекулы необходимы для выполнения тысяч функций, поддерживающих сложную жизнь. Углерод — это простой строительный материал, необходимый организмам для образования органических соединений, таких как белки, углеводы и жиры.
Молекулярная структура углерода позволяет его атомам образовывать длинные цепочки, где каждое звено оставляет две потенциальные связи свободными для соединения с другими атомами. Он особенно легко связывается с кислородом, водородом и азотом.
Свободные связи могут даже соединяться с другими атомами углерода, образуя сложные трехмерные молекулярные структуры, такие как кольца и ветвящиеся деревья.
Молекулы углерода также прочны и стабильны, поэтому они идеально подходят для построения тела.
Юнгблут сказал: «Углерод — один из самых распространенных химических элементов на Земле и основная часть всех живых организмов. Поэтому одна рабочая гипотеза состоит в том, что жизнь на других планетах также может быть основана на углероде».
Азот необходим для создания ДНК. Жидкий азот также используется, потому что он может поддерживать температуру намного ниже точки замерзания воды © Vit Kovalcik/ Shutterstock.com
3. Азот
Углерод является основным компонентом органических соединений, но он не может делать это сам по себе. Сложные белки, необходимые для жизни, состоят из более мелких соединений, называемых аминокислотами — простых органических соединений, содержащих азот.
Азот также необходим для создания ДНК и РНК, носителей генетического кода жизни на Земле.
Многие бактерии могут преобразовывать азот из атмосферы в форму, используемую в живых клетках.
Юнгблут сказал: «Растения не могут использовать атмосферный азот. Они полагаются на аммоний и нитраты, вырабатываемые бактериями в почве и воде, и животные получают их через пищу.
‘Обнаружение азота, пригодного для биохимического использования, может стать важной подсказкой в отношении биологической активности на другой планете.’
Фосфор является жизненно важным элементом клеточных мембран © Magnetix/ Shutterstock.com
4. Фосфор
Фосфор является ключевым компонентом аденозинтрифосфата (АТФ), органического вещества, которое действует как молекулярная единица валюты жизни.
АТФ переносит химическую энергию по клеткам организма, приводя в действие почти все клеточные процессы, требующие энергии.
Фосфор является жизненно важным элементом клеточных мембран, слоя, окружающего внутреннюю часть клеток, который контролирует движение веществ внутрь и наружу.
Как и азот, фосфор необходим для создания ДНК и РНК.
Юнгблут сказал: «Фосфатная группа действует как клей в ДНК, поэтому тела живых организмов не будут работать без нее».
Кристаллический образец серы из коллекции Музея
5. Сера
Сера является частью большинства биохимических процессов на Земле, и без нее не могут функционировать большинство ферментов. Он также является компонентом многих витаминов и гормонов.
При отсутствии кислорода и света возможно использование серы в качестве источника энергии. Бактерии, которые живут в суровых условиях окружающей среды, называются экстремофилами, и было обнаружено, что они получают свою энергию для роста только из серы и водорода.
Юнгблут сказал: «Некоторые микроорганизмы способны расти в экстремальных условиях, таких как вечно замерзшие озера, глубоководные гидротермальные жерла, высокое радиоактивное излучение и повышенная соленость.
‘Они расширяют наше понимание способности некоторых форм жизни противостоять экстремальному стрессу. Это помогает нам понять, насколько пригодными для жизни могут быть другие планеты».
Земля была счастливой планетой, на которой одновременно собрались все составляющие жизни © Vadim Sadovski/ Shutterstock. com
6. Удача
Наличие всех нужных химических веществ на одной планете кажется удачным. А Земле — крошечной планете посреди огромной вселенной — повезло, что у нее достаточно нужных химических веществ для поддержания огромного количества жизни.
Пол Кенрик, музейный палеоботаник, сказал: «Со временем крупные катастрофы, такие как падение астероидов и массивные извержения вулканов, уничтожили многие виды.
‘Однако образовавшиеся бреши дали возможность выжившим процветать. Эти несчастные случаи на дороге означают, что случай играет огромную роль в формировании наших судеб».
Окаменелый плезиозавр из группы морских рептилий, которые произошли от наземных рептилий около 210 миллионов лет назад
7. Время
Развитие сложной жизни занимает миллиарды лет, и на пути от одноклеточных организмов к сложной жизни нет короткого пути.
Земле 4,5 миллиарда лет, но на ранних стадиях она была слишком горячей для поддержания жизни. Самые старые ископаемые свидетельства жизни происходят из горных пород, возраст которых составляет 3,4 миллиарда лет. Потребовалось много времени, чтобы эволюционировать растения и животные из одноклеточных организмов.
Возможно, что жизнь существует и на других планетах, но такой жизни, скорее всего, предстоит многое наверстать в ходе эволюции.
Кенрик, объясняя, почему для формирования сложной жизни потребовалось так много времени, сказал: «Ключевым строительным блоком жизни является клетка с ее сложными генетическими и биохимическими системами. Животные и растения состоят из клеток, поэтому сначала должны были развиться клетки.
‘Чтобы создавать ткани и органы, клеткам необходимо размножаться, выполнять определенные функции и сотрудничать. Эволюция этих основных строительных блоков и их интеграция заняли время.
‘Более крупные организмы требуют еще более специализированных и интегрированных клеточных систем. Летопись окаменелостей говорит нам, что на это ушли миллиарды лет.
Земля находится на идеальном расстоянии от Солнца для поддержания жизни © Triff/ Shutterstock.com
8. Местоположение
Земля попадает в зону Златовласки, что означает, что она находится на правильном расстоянии от Солнца: не слишком жарко и не слишком холодно, чтобы на поверхности была жидкая вода.
Астрономы ищут планеты, находящиеся на таком же расстоянии от своих родительских звезд.
Жизни нужен источник энергии для роста — либо нужное количество света от звезды, либо химически генерируемая энергия. Жизнь также нуждается в защите от определенных длин волн солнечного излучения. Воздействие ультрафиолета В повреждает ДНК, но эта длина волны в основном поглощается озоновым слоем.
Кенрик сказал: «В поисках жизни в Солнечной системе одна из стратегий — следовать за водой. Жидкая вода может существовать под сухой поверхностью Марса и замерзшей поверхностью спутника Юпитера Европы. Поиски жизни расширились, чтобы рассмотреть миры, далекие от Солнца.