пояс жизни в солнечной системе

Журнал «Все о Космосе»

Зона обитаемости

Пример системы нахождения обитаемой зоны в зависимости от типа звёзд.

В астрономии, обитаемая зона, зона обитаемости, зона жизни ( habitable zone, HZ ) — это условная область в космосе, определённая из расчёта, что условия на поверхности находящихся в ней планет будут близки к условиям на Земле и будут обеспечивать существование воды в жидкой фазе. Соответственно, такие планеты (или их спутники) будут благоприятны для возникновения жизни, похожей на земную. Вероятность возникновения жизни наиболее велика в обитаемой зоне в окрестностях звезды ( circumstellar habitable zone, CHZ ), находящейся при этом в обитаемой зоне галактики ( galactic habitable zone, GHZ ), хотя исследования последней пока находятся в зачаточном состоянии.

Следует отметить, что нахождение планеты в обитаемой зоне и её благоприятность для жизни не обязательно связаны: первая характеристика описывает условия в планетной системе в целом, а вторая — непосредственно на поверхности небесного тела.

В англоязычной литературе обитаемую зону также называют зоной Златовласки ( Goldilocks Zone ). Это название представляет собой отсылку к английской сказке Goldilocks and the Three Bears, на русском языке известной под названием «Три медведя». В сказке Златовласка пытается воспользоваться несколькими наборами из трёх однородных предметов, в каждом из которых один из предметов оказывается чересчур большим (твёрдым, горячим и т. п.), другой — чересчур маленьким (мягким, холодным…), а третий, промежуточный между ними, предмет оказывается «в самый раз». Аналогично, для того, чтобы оказаться в обитаемой зоне, планета не должна находиться ни слишком далеко от звезды, ни слишком близко к ней, а на «правильном» удалении.

Обитаемая зона звезды

Границы обитаемой зоны установлены, исходя из требования наличия на находящихся в ней планетах воды в жидком состоянии, поскольку она является необходимым растворителем во многих биохимических реакциях.

За внешней границей обитаемой зоны планета не получает достаточно солнечной радиации, чтобы компенсировать потери на излучение, и её температура опустится ниже точки замерзания воды. Планета, расположенная ближе к светилу, чем внутренняя граница обитаемой зоны, будет чрезмерно нагреваться его излучением, в результате чего вода испарится.

Расстояние от звезды, где это явление возможно, вычисляется по размеру и светимости звезды. Центр обитаемой зоны для конкретной звезды описывается уравнением:

<\displaystyle d_=<\sqrt /L_>>> , где: <\displaystyle d_> — средний радиус обитаемой зоны в астрономических единицах, <\displaystyle L_> — болометрический показатель (светимость) звезды, <\displaystyle L_> — болометрический показатель (светимость) Солнца.

Обитаемая зона в Солнечной системе

Существуют различные оценки того, где простирается обитаемая зона в Солнечной системе:

Галактическая обитаемая зона

Галактическая обитаемая зона представляет собой, по имеющимся на данный момент представлениям, кольцеобразный регион расположенный в плоскости галактического диска. По оценкам, в Млечном Пути обитаемая зона расположена в регионе от 7 до 9 кпк от центра галактики, расширяющемся со временем и содержащем звёзды возрастом от 4 до 8 миллиардов лет. Из этих звёзд 75 % старше Солнца.

В 2008 году группа учёных опубликовала проведённое обширное компьютерное моделирование, в соответствии с которым, по крайней мере, в галактиках, подобных Млечному Пути, звёзды, подобные Солнцу, могут мигрировать на большие расстояния. Это противоречит концепции, что некоторые зоны галактики более пригодны для образования жизни, чем другие.

Поиск планет в обитаемой зоне

Планеты в обитаемых зонах крайне интересны для учёных, которые ищут как внеземную жизнь, так и будущие дома для человечества.

Уравнение Дрейка, которое пытается определить вероятность внеземной разумной жизни, включает переменную (n_e) в качестве числа жизнепригодных планет в звёздных системах с планетами. Нахождение экзопланет Златовласки помогает уточнить значения для этой переменной. Крайне низкие значения могут подтвердить гипотезу уникальной Земли, которая утверждает, что серия крайне маловероятных случаев и событий привела к зарождению жизни на Земле. Высокие значения могут усилить принцип заурядности Коперника в положении: большое количество планет Златовласки означает, что Земля не уникальна.

Поиск одинаковых по размеру с Землёй планет в обитаемых зонах звёзд — ключевая часть миссии “Кеплер”, которая использует космический телескоп (запущен 7 марта 2009 года, UTC) для обследования и сбора характеристик планет в обитаемых зонах. На апрель 2011 года было обнаружено 1235 возможных планет, из которых 54 расположены в обитаемых зонах.

Первая подтверждённая экзопланета в обитаемой зоне — Kepler-22 b — была обнаружена в 2011 году. На 3 февраля 2012 года известно четыре достоверно подтверждённых планеты, находящихся в обитаемых зонах своих звёзд.

23 июля 2015 года в созвездии Лебедя была обнаружена экзопланета Kepler-452 b. Её диаметр всего на 60 % больше диаметра Земли, что делает её более похожей на нашу планету по сравнению с ранее обнаруженными. Период обращения планеты вокруг звезды составляет 385 суток, что так же крайне близко к периоду обращения Земли вокруг Солнца.

Критика

Концепция обитаемой зоны критикуется Яном Стюартом и Джеком Коэном в книге «Evolving the Alien». Два основных возражения заключаются в том, что, с одной стороны, предполагается что внеземная жизнь имеет те же требования к условиям окружающей среды, что и земная (т. н. «углеродный шовинизм»), а с другой — упускается из виду то обстоятельство, что близость к светилу — не единственный возможный способ создания достаточной температуры на планете. В частности, спутник Юпитера Европа, как полагают, имеет мощный водный достаточно разогретый подземный океан, глубины которого весьма напоминают глубины земных океанов. Существование на Земле экстремофилов, таких как тихоходки, делает существование жизни на Европе вполне возможным, несмотря на то, что Европа находится вне расчётной обитаемой зоны. На спутнике Сатурна Титане жизнь может иметь не кислородно-углеродную (водную), а скорее метановую основу. По мнению астронома Карла Сагана, неводная жизнь также возможна и на газовых гигантах наподобие Юпитера.

Различные величины вулканической активности, приливных эффектов, массы планеты и даже радиоактивного распада могут повлиять на уровни тепла и излучения на планете и снижать предпосылки жизни на планетах обитаемой зоны. Так, хотя вполне вероятно, что земная жизнь могла адаптироваться к окружающей среде, соответствующей таковой на Европе, зарождение жизни на последней гораздо менее вероятно ввиду жесточайшей радиации, которой подвергается Европа от мощного магнитного поля Юпитера. И возможно, что на планете, которая со временем вышла за пределы обитаемой зоны (например, на тех же газовых гигантах и Титане или другом спутнике Сатурна Энцеладе), жизнь более вероятна, чем на той, которая по общим расчётам входит в неё.

Источник

Что такое «зона Златовласки»?

Мы обнаружили сотни экзопланет в галактике. Но лишь немногие из них обладают нужным сочетанием факторов, чтобы поддерживать жизнь, подобно Земле. Прогноз погоды на большинство экзопланет неутешителен. Палящее солнце, ежегодные наводнения и глубокий снег существенно усложняют жизнь местных обитателей (если они, конечно, имеются).

Плохая новость в том, что планета Земля — единственное пригодное для жизни место в целой Вселенной, насколько нам известно. Как вид мы интересуемся обитаемостью других планет по ряду причин, политических, финансовых, гуманитарных и научных. Мы хотим понять, как меняется наш собственный климат. Как мы будем жить в климате будущего и что мы можем сделать, чтобы остановить нарастающую волну парникового эффекта. Ведь еще немного и райская пока Земля будет безнадежно утрачена.

Едва ли мы всерьез озаботимся поисками чистых источников энергии или уговорим политиков заняться климатическими вопросами во вред финансовой выгоде. Куда интереснее вопрос: когда мы увидим инопланетян?

Пригодная для жизни зона, также известная как «зона Златовласки», — это регион вокруг звезды, где средняя температура планеты позволяет существовать жидкой воде, к которой мы так привыкли. Мы охотимся за жидкой водой не только для будущего использования, но и чтобы найти ориентир: возможно, где-то там может быть иная жизнь. Ведь логично?

Проблемы за пределами этой зоны довольно очевидны. Если будет слишком жарко, среда станет нестерпимой паровой баней, либо начнет разбивать воду на кислород и водород. Затем кислород будет соединяться с углеродом, образуя диоксид углерода, а водород — улетучиваться в космос.

Это происходит с Венерой. Если же планета будет слишком холодной, вода образует твердые куски. Возможно, под коркой льда будут карманы с жидкой водой, но в общем и целом это не самое приятное место для жизни. Такое мы нашли на Марсе и спутниках Юпитера и Сатурна. И если можно грубо определить потенциально обитаемую зону, то это место, где могла бы существовать жидкая вода.

К сожалению, это уравнение состоит не только из расстояния до звезды и количества вырабатываемой энергии. Атмосфера планеты играет серьезную роль. Вы будете удивлены, но Венера и Марс находятся в потенциально обитаемой зоне Солнечной системы.

Атмосфера Венеры настолько густая, что удерживает энергию Солнца и создает неблагоприятную для жизни печь, которая расплавит любые намеки на жизнь быстрее, чем скажете «две чашки чая этому господину».

На Марсе же все совершенно противоположно. Тонкая атмосфера не может удержать тепло совершенно, поэтому планета очень холодная. Улучшите атмосферы обеих планет — и получите миры, которые вполне смогут приютить жизнь. Возможно, мы могли бы столкнуть их вместе и смешать атмосферы? Надо подумать.

Когда мы смотрим на другие миры Млечного Пути и пытаемся понять, есть ли там жизнь, недостаточно просто оценить их расположение в зоне Златовласки. Нам нужно знать форму атмосферы.

Астрономы нашли планеты, расположенные в обитаемых зонах вокруг других звезд, но судя по всему, эти миры не особо расположены для жизни. Они вращаются вокруг красных карликовых звезд. В принципе, жить в условиях красноватых отблесков не так плохо, но есть одна проблема. Красные карлики, как правило, ведут себя очень плохо в молодости. Они порождают мощнейшие вспышки и корональные выбросы массы. Это очищает поверхность любой планеты, которая окажется слишком близко.

Правда, существует некоторая надежда. Спустя несколько миллионов лет высокой активности эти красные карликовые звезды успокаиваются и начинают сосать свои резервы водорода с потенциалом в триллионы лет. Если жизнь сможет продержаться достаточно долго в ранние периоды существования звезды, ее может ожидать долгая счастливая жизнь.

Когда вы думаете о новом доме среди звезд или пытаетесь найти новую жизнь во Вселенной, ищите планеты в потенциально обитаемой зоне. Но не забывайте, что это весьма условный ориентир.

Источник

Пояс жизни

В нашей солнечной системе, различные ее планеты движутся на разных расстояниях от Солнца и получают неодинаковое количество солнечной энергии. В связи с этим, в солнечной системе может быть выделен своеобразный тепловой пояс жизни. В него входят Земля и две соседние с ней планеты — Венера, более близкая к Солнцу, и более далекая от Солнца планета Марс.

Остальные планеты находятся в неблагоприятных тепловых условиях и не приходится ожидать, что на их поверхности могут существовать живые организмы земного типа.

Знакомство с небесными телами, расположенными в поясе жизни солнечной системы, мы начнем с нашей космической соседки, спутника Земли,— Луны. На первый взгляд физические условия на Луне полностью исключают возможность существования живых организмов. Мы уже говорили о том, что на Луне отсутствует атмосферная оболочка, нет воды. Мало пригодны для жизни на этом небесном теле и температурные условия. На Земле атмосфера играет роль гигантского воздушного одеяла, предохраняющего земную поверхность от потери тепла в мировое пространство. На Лупе атмосферы нет, и поэтому вполне естественно, что разница между температурами дня и ночи должна быть здесь весьма ощутима. Специальные измерения, проведенные в последние годы советскими астрономами, показали, что в ночное время температура лунной поверхности составляет около минус 150 градусов Цельсия. С наступлением же дня он быстро поднимается до 130 градусов выше нуля.

К этому надо еще добавить, что земная атмосфера служит своеобразным экраном, защищающим биосферу, нашей планеты от губительного действия первичных космических лучей, а также рентгеновской и ультрафиолетовой радиации Солнца. Воздушная броня «прикрывает» пас и от мельчайших метеорных частиц, которые с огромными скоростями носятся в космическом пространстве и сталкиваются с Землей. Если бы не атмосфера, стремительные космические лучи грозили бы в любую секунду пронизать нас насквозь. На Луне же, благодаря отсутствию газовой оболочки, поверхность подвергается постоянной «обработке» метеоритами, частицами, входящими в состав космического излучения и корпускулярных потоков Солнца, а также жесткой электромагнитной радиацией.

Пока можно лишь гадать о том, существуют ли в природе достаточно высокоорганизованные формы жизни, способные развиваться при подобных условиях. Это скорее область фантастики. Если же оставаться на почве реальных фактов, то можно гарантировать, что для подавляющего большинства известных нам организмов лунные условия абсолютно непригодны.

Исключение могут составлять лишь микробы и бактерии, которые, как известно, способны приспосабливаться к самым, казалось бы, неблагоприятным условиям. Не говоря уже о том, что многие микроорганизмы могут в течение длительного времени переносить нагревание и глубокое охлаждение, некоторые формы бактерий способны существовать в условиях облучения ультрафиолетовыми и радиоактивными излучениями, губительными для высокоорганизованных существ. Так, известны микроорганизмы, живущие непосредственно па урановых рудниках. Были обнаружены бактерии в тяжелой воде атомных реакторов, в зоне постоянной интенсивной радиации.

Многие микроорганизмы хорошо выдерживают и сильное охлаждение. Они не погибают даже при температурах, близких к абсолютному нулю. Более того, оказалось, что подобную температуру способны переносить не только одноклеточные, но и некоторые высшие растения, например, всем хорошо известная черная смородина.

Столь широкая и быстрая приспособляемость микроорганизмов к необычным условиям объясняется тем, что микробы и бактерии необычайно быстро размножаются, давая в короткие промежутки времени большое количество поколений. Чем быстрее происходит смена потомств, тем больше мутаций, тем чаще появляются всевозможные отклонения от нормы. Следовательно, тем больше вероятность возникновения таких форм, которые лучше прежних отвечают изменившимся условиям внешней среды. Естественный отбор и наследственность закрепляют эти качества в последующих поколениях и в конце концов приводят к образованию новой формы микроорганизмов, соответствующих данным конкретным условиям.

Во всяком случае, в настоящее время ряд ученых считает, что на Луне имеются органические вещества. Они могли образоваться здесь на заре существования Луны или быть занесенными на ее поверхность метеоритами. Высказываются даже предположения, что под внешним слоем лунного грунта, на глубине примерно около 10 м расположен целый мощный слой сложных органических соединений.

Правда, на Луне нет воды, а согласно теории Опарина переход от первичных органических веществ к образованию живых организмов происходит именно в водной среде. Однако не исключена возможность, что когда-то Луна обладала атмосферой и жидкой водой. Возникшие в те времена живые организмы, разумеется, весьма примитивные, впоследствии могли уйти в глубину лунного грунта, где сравнительно невелики температурные колебания и могла в каком-то виде сохраниться вода.

Некоторые наблюдатели отмечали изменения цвета отдельных участков лунной поверхности, которые они склонны были связывать даже с какими-то растительными процессами. Так, например, было замечено, что во время полнолуния середина одного из морей, Моря Ясности, приобретает зеленовато-серый оттенок. Правда, окраска эта очень слаба и имеет вид легкой дымки.

В другом месте, к северо-западу от кольцеобразных гор Аристарх и Геродот, на много километров тянется холмистая нагорная область. В обычное время она имеет почти такой же цвет, как и остальные части лунной поверхности. Но вблизи полнолуния вся эта область становится желтовато-зеленой. И это уже не легкая цветная дымка, а довольно яркая окраска. Во время первой и последней четверти близ середины лунного диска появляется довольно большое расплывчатое пятно. Оно, подобно тени, покрывает даже некоторые горные цепи, так что их вершины становятся едва различимыми. Но совершенно очевидно, что это не тень. Немного севернее этого пятна расположено другое, также имеющее желтовато-зеленоватую окраску. Во время полнолуния это пятно становится очень темным, а в центре его появляется круглая светлая поверхность.

Во всех указанных случаях изменения окраски происходят в соответствии со сменой лунных фаз, т. е. с изменением высоты Солнца над лунным горизонтом. Поэтому весьма вероятно, что отмеченные изменения связаны с условиями освещения и обогревания лунной поверхности лучами Солнца.

При изучении Луны и в особенности других планет солнечной системы с помощью космических аппаратов необходимо иметь в виду, что земные бактерии, занесенные на поверхность других космических тел, могут дать потомство, способное существовать в новых условиях. Нетрудно представить себе, что произошло бы, если бы земные микробы и бактерии попали на лунную поверхность и начали там размножаться. В короткий срок они заселили бы всю Луну, и тогда в будущем оказалось бы весьма трудным, а может быть, и невозможным, дать ответ на вопрос, существуют ли на Луне собственные формы микроорганизмов или они по неосторожности занесены нами с Земли?

В одном из фантастических произведении Артура Кларка рассказывается о том, как космическая экспедиция, высадившаяся на Венере, натолкнулась на местную растительность, совершенно непохожую наемную. Устроив перерыв в своей прогулке по планете, космонавты раскинули герметическую палатку и принялись завтракать. Закончив трапезу, они сложили остатки пищи в специальные мешочки и беспечно оставили их в том месте, где устраивали привал. Но мешочки были закрыты недостаточно плотно, и земные микроорганизмы нашли дорогу наружу. Венернанская жизнь оказалась под угрозой уничтожения.

Действительно, при освоении космоса мы не имеем права забывать о том( что земные микробы и бактерии могут оказаться губительными для местных форм жизни. В связи с этим необходима тщательная стерилизация всех земных объектов, направляемых па другие небесные тела.

Стерилизация деталей ракеты производится либо путем многодневного нагревания до сравнительно невысокой температуры порядка 105° Цельсия, либо путем их облучения ионизирующими излучениями, губительными для микробов. Иногда применяется и так называемая «чистая» сборка. Устройство или прибор собираются из стерильных деталей в специальных стерильных боксах с очищенным от микроорганизмов воздухом. При этом сборщики работают в стерильных скафандрах и герметических шлемах.

Правда, по отношению к лунным аппаратам требование стерилизации, к сожалению, выполняется не слишком строго. Например, американские ученые подвергали стерилизации лишь первые аппараты серии «Рейнджер», а затем отказались от этой меры предосторожности, ссылаясь на то, что жизнь на Луне весьма маловероятна.

Но когда дойдет очередь до межпланетных полетов человека, то вопрос о стерилизации встанет со всей остротой, особенно стерилизации при возвращении на Землю. Ведь точно так же, как земные микробы опасны для инопланетной жизни, микроорганизмы, занесенные на Землю с других космических миров, представляют собой серьезную угрозу для человечества. Поэтому со временем будут, вероятно, разработаны надежные меры обезвреживания космических аппаратов и оборудования после возвращения из полетов на другие небесные тела. Что же касается экипажей космических кораблей, то они будут подвергаться после посадки длительному карантину.

Сейчас трудно сказать, какими именно причинами вызываются изменения цвета тех или иных лунных деталей. Большинство исследователей все же не склонно связывать эти явления с какими-либо органическими процессами. Но тем не менее, несмотря на суровые условия Лупы, там в принципе не исключена возможность существования низших организмов, например, типа земных анаэробных бактерий.

Есть основания предполагать, что на Луне происходит выделение из грунта углекислого газа. Возможно, что этот газ выделяется не только во время вулканических извержений, но и постоянно из трещин на дне некоторых кратеров. В пористом лунном грунте микроорганизмы могут найти и необходимые питательные вещества. Кроме того, углекислый газ, взаимодействуя с горными породами, может, как говорят химики, восстанавливаться; при этом процессе происходит выделение кислорода. Кроме того, недавние наблюдения горьковских радиоастрономов показали, что с увеличением глубины температура лунного грунта довольно быстро растет. Это, возможно, создает достаточно благоприятные условия для того, чтобы лунные микроорганизмы могли переживать холодные и длинные ночи.

Если окажется, что на Луне действительно существуют микроорганизмы, их изучение представит колоссальный интерес для науки. Оно поможет нам глубже разобраться в сложных биологических закономерностях жизненных процессов. Дальнейшее исследование Луны с помощью автоматических станций, путь которым проложили советские космические аппараты, позволит получить ответ на эти волнующие вопросы.

Вернемся, однако к планетам теплового пояса жизни. Что касается Венеры, то на вопрос о возможности существования жизни на этой планете ответить весьма затруднительно, так как условия на ее поверхности до сих пор все же остаются для нас в значительной степени загадкой.

Но если температура па поверхности Венеры действительно высока, то приходится признать, что, несмотря на наличие атмосферной оболочки, условия на этой планете малопригодны для жизни.

Гораздо перспективнее в этом отношении Марс.

Вот уже на протяжении почти целого столетия красноватая планета привлекает к себе самое пристальное внимание ученых, да и не только ученых. Привлекает, главным образом, именно потому, что имеются достаточно веские основания предполагать возможность существования на этой планете живых организмов.

Источник