07.12.2016
Экзопланеты

Экзопланеты: в поисках новой Земли

Рейтинг:  0 / 5

Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 

Живем ли мы на лучшей в мире планете? Немецкий философ и математик Готфрид Вильгельм Лейбниц считал именно так: в 1710 г. он писал, что наша планета со всеми ее изъянами — самое прекрасное место на свете.

Мысль Лейбница открыто высмеяли как ненаучную: его упрекали в том, что он принимает желаемое за действительное. Наиболее отличился в этом французский писатель Вольтер в своей философской повести «Кандид, или Оптимизм». Но Лейбница поддерживала по меньшей мере одна группа ученых — астрономы, которые на протяжении многих десятилетий изучали пространство за пределами Солнечной системы и рассматривали Землю как золотой стандарт.

Поскольку обитатели Земли — единственная известная нам форма жизни, это дает некоторые основания считать нашу планету эталоном при поисках жизни где-либо еще, например в наиболее сходных с земными областях на Марсе или спутнике Юпитера Европе, на котором есть вода. Однако с открытием потенциально обитаемых планет, обращающихся вокруг других звезд (их называют экзопланетами), этот геоцентрический подход вызывает сомнение.

За последние 20 с небольшим лет астрономы открыли более 1,8 тыс. экзопланет, а согласно статистике, в нашей Галактике их не менее 100 млрд. Из миров, обнаруженных к настоящему времени, лишь немногие чем-то напоминают Землю. Они отличаются от нашей планеты параметрами орбит, размерами, составом и строением, а кроме того обращаются вокруг самых разнообразных звезд, в том числе существенно меньших по размеру и значительно уступающих по светимости нашему Солнцу. Многообразие свойств экзопланет наводит на мысль, что Земля действительно может быть не лучшим местом для жизни. Условия на некоторых экзопланетах, существенно отличающихся от нашей, могут способствовать формированию и поддержанию стабильной биосферы. И, возможно, именно на них следует искать внеземную и внесолнечную жизнь.

Конечно, у нашей планеты множество достоинств, благодаря которым она представляется идеальным местом для существования жизни. Земля обращается вокруг звезды среднего возраста, которая стабильно сияет на протяжении миллиардов лет, создав условия для зарождения и поддержания жизни. Значительную часть поверхности планеты занимают океаны, что объясняется тем, что она движется вокруг Солнца в пределах так называемой зоны жизни, узкой полосы, где излучение звезды не слишком велико, но и не очень слабо. На планетах, находящихся ближе к Солнцу, вода превращается в пар, а дальше — в лед. Кроме того, у Земли подходящий для жизни размер: она достаточно велика, чтобы благодаря гравитации удерживать стабильную атмосферу, но достаточно мала, чтобы под действием той же гравитации плотный, непроницаемый для света покров не окутал планету. Поддержанию жизни благоприятствуют размеры Земли и ее твердое состояние, а также регулирующая климат тектоника плит и магнитное поле, которое защищает биосферу от опасной космической радиации.

Однако чем глубже ученые исследуют способность нашей планеты к поддержанию жизни, тем яснее становится, что она для этого не очень-то подходит. Сегодня относительно большая часть ее территории остается безжизненной — вспомним о засушливых пустынях, скудных питательными веществами глубинах океанов и скованных мерзлотой полярных областях. К тому же обитаемость Земли со временем меняется. Так, в течение большей части каменноугольного периода, примерно 350-300 млн лет назад, атмосфера планеты была теплее, в ней содержалось больше паров воды и кислорода, чем сейчас. В морях процветали ракообразные. рыбы и кораллы, континенты были покрыты пышными лесами, а насекомые и другие наземные существа достигали огромных размеров. Земля каменноугольного периода была способна обеспечить существование значительно большего количества биомассы, чем в наши дни, а это означает, что сегодня она менее обитаема, чем в древние времена.

Далее: мы знаем, что в будущем Земля станет еще менее пригодной для жизни. Примерно через 5 млрд лет Солнце израсходует свое водородное топливо, в его недрах начнется превращение гелия в углерод, ядро сожмется, а внешние слои расширятся — наша звезда превратится в красный гигант, который испепелит Землю. Однако жизнь на Земле угаснет задолго до этого. По мере того как Солнце сжигает водород, температура его ядра постепенно возрастает, что сопровождается медленным увеличением светимости — примерно на 10% за миллиард лет. Это означает, что зона жизни со временем отодвигается все дальше от нашего светила и в конце концов окажется за пределами орбиты Земли. Что еще хуже, согласно недавно проведенным расчетам, Земля находится не в середине этой зоны, а вблизи ее внутреннего края, уже приближаясь к границе перегрева.

Следовательно, в течение примерно полумилли-арда лет наше Солнце будет светить так ярко, что климат на Земле будет становиться все более неустойчивым, представляющим угрозу существованию сложных многоклеточных форм жизни. Примерно через 1,75 млрд лет наша планета нагреется настолько, что ее океаны испарятся, исключив существование любых, даже простейших форм жизни. Фактически времена расцвета жизни на Земле миновали, и биосфера быстро движется к исчезновению. Все говорит о том, что уже сейчас наша планета обитаема лишь в самой малой степени.

В поисках пригодного для жизни мира

В 2012 г. я впервые задумался над тем. как могут выглядеть миры, более пригодные для жизни: в то время я занимался поисками признаков жизни на массивных спутниках газовых планет-гигантов. Обращающийся вокруг Юпитера Гани-мед — самый крупный спутник во всей Солнечной системе, масса которого составляет всего 2,5% массы Земли, — слишком мал, чтобы стабильно удерживать атмосферу, подобную той, что окружает нашу планету. Но я понимал, что в других планетных системах могут существовать спутники, сравнимые по массе с Землей, которые обращаются вокруг газовых гигантов и находятся в пределах зоны жизни своих звезд, и их атмосфера может быть похожа на земную.

Такие массивные экзоспутники могут оказаться пригодными для жизни благодаря наличию разнообразных источников энергии, необходимых для существования биосферы. В отличие от Земли, жизнь на которой почти целиком зависит от Солнца, сверхпригодные экзоспутники могут получать свет и тепло, испускаемые и отражаемые от их ближайших планет-гигантов, и даже существовать за счет создаваемого этими планетами гравитационного поля. На спутник, обращающийся вокруг гигантской планеты, действуют периодические приливные силы, которые деформируют его то в одном, то в другом направлении, порождая трение, которое нагревает спутник изнутри. Возможно, именно под действием этого приливного нагрева под поверхностью Европы, спутника Юпитера, и Энцелада, спутника Сатурна, образовались океаны. Это говорит о том, что разнообразие источников энергии может оказаться палкой о двух концах для массивных экзоспутников, поскольку даже незначительное нарушение равновесия между перекрывающимися источниками энергии способно превратить мир в непригодный для обитания.

ПРЕИМУЩЕСТВА СВЕРХЗЕМЕЛЬ КАК МЕСТ СУЩЕСТВОВАНИЯ ЖИЗНИ

Астрономы ищут признаки жизни в окрестности других звезд, обращая особое внимание на сверхземли — планеты, до десяти раз раз более массивные, чем наша, но меньшие, чем газовые гиганты, и, по-видимому, твердые. Особый интерес представляют сверхземли, в два раза превышающие Землю по массе, поскольку они обладают рядом особенностей, делающих их потенциально сверхпригодными для жизни, т.е. более «дружественными», чем наша планета.

Во многих отношениях наша планета представляется оптимальным местом для возникновения и поддержания жизни. Она находится на удачном расстоянии от стабильной звезды среднего возраста, на ней есть глубоководные океаны, покрывающие большую часть поверхности, и обширные континенты, пригодные для жизни. Планета достаточно велика, чтобы стабильно удерживать атмосферу, но и достаточно мала, чтобы на ней не могли накапливаться губительные для жизни газы. Земля относится к категории каменных планет, в ее недрах сохраняется значительное количество тепла для поддержания стабилизирующей климат тектоники плит и защищающего планету магнитного поля.

Жизнь в сверхпригодном мире

Каменная сверхпригодная сверхземля примерно вдвое массивнее нашей планеты; из-за большей силы тяжести окутывающая ее атмосфера плотнее, вследствие интенсивного выветривания горы не слишком высокие, рельеф поверхности плоский. Это скорее всего «островной мир», а не привычный нам мир с глубокими океанами и огромными континентами. Возможно, такая география более благоприятна для жизни, если вспомнить, что разрозненные земные архипелаги — это места наибольшего биологического разнообразия на планете. И все же разгадку тайны сверхпригодности для жизни сверхземли следует искать в недрах самой планеты.

Неспокойное ядро

Каменная сверхземля, вдвое превосходящая по массе нашу планету, содержит значительно больше внутреннего тепла, сохранившегося еще с эпохи формирования и поддерживаемого распадом радиоактивных элементов в мантии. Под действием этого тепла у сверхземли могло образоваться вращающееся расплавленное ядро, подобное тому, что есть у нашей Земли, но произошло это гораздо раньше. Процессы, протекающие в жидком ядре, порождают вокруг планеты мощное магнитное поле, которое защищает ее атмосферу и поверхность от высокоэнергичных космических лучей.

Круговорот углерода

Большое количество конвективного тепла (оранжевые стрелки) в недрах сверхземли поддерживает вулканическую деятельность и тектонику плит дольше, чем это происходит на Земле. Эти процессы необходимы для регуляции круговорота углерода на планете и стабилизации климата. При извержении вулканов в атмосферу выбрасывается раскаленный диоксид углерода, который затем вместе с осадками проникает в горные породы. Под действием тектоники плит эти породы опускаются во внутренние слои планеты, откуда диоксид углерода при извержении вулканов снова попадает в атмосферу. Согласно существующим моделям, сверхземли, от двух до пяти раз превышающие по массе нашу планету, могут оказаться слишком большими для поддержания тектоники плит, поэтому планеты, примерно вдвое более массивные, чем Земля, оказываются наиболее подходящими из всех сверхземель кандидатами на роль сверхпригодных для жизни.

Стабильность сияния звезды

Обитаемость планеты — вне зависимости от ее особенностей — определяется прежде всего характеристиками звезды, вокруг которой она обращается. Звезды меньшие нашего Солнца расходуют свое ядерное топливо более экономно и светят значительно дольше, так что у их планет гораздо больше времени для формирования стабильной биосферы. В отличие от Солнца, продолжительность жизни которого оценивается в ю млрд лет, крошечные тусклые звезды, так называемые К-карлики, светят многие десятки миллиардов лет, поддерживая жизнь. Таким образом, маленькие сверхземли, обращающиеся вокруг К-карликов в пределах зоны жизни, могут оказаться идеальным местом для процветания жизни.

Читайте продолжение....

Автор: Рене Хеллер (Rene Heller) — доктор наук, работающий в Институте происхождения Университета Макмастера в провинции Онтарио, Канада, и участник Канадской астробиологической обучающей программы. Занимается исследованием процесса образования экзопланет, вопросами их обнаружения, эволюции орбит и обитаемости. Неофициально признан лучшим в мире поваром немецкого происхождения — специалистом по приготовлению рисового пудинга.

  1. Последние
  2. Популярные
Загрузка...

Новости технологий сегодня

Наш сайт посвящен новостям в сфере высоких технологий, а также инноваций в мире интернета, автопромышленности.

Представлены материалы по развитию технологических компаний и стартапов. Интересным будет информация по настройке и хакингу гаджетов и устройств на Android, Apple iOS и прочее. Покажем как правильно выбирать устройства для покупок.

В процессе наших экспериментов с сайтами по оптимизации и настройке, в рубрике Вебмастер Мы делимся своим опытом в том как создать свой сайт на популярных платформах Joomla, Wordpress, настроить его и оптимизировать.

Самые популярные метки