Zinātnieki ir noteikuši otru nosacījumu zelta cirtņu zonai. Eksoplanetas: Zemes attālie radinieki meklē planētas apdzīvojamajā zonā

Laika prognoze lielākajai daļai eksoplanetu ir neapmierinoša. Dedzinošā saule, ikgadējie plūdi un dziļais sniegs būtiski apgrūtina vietējo iedzīvotāju dzīvi.

Zinātniekus interesē citu planētu apdzīvojamība vairāku politisku, finansiālu, humanitāru un zinātnisku iemeslu dēļ. Viņi vēlas saprast, kā mainās mūsu pašu klimats.

Kā mēs dzīvosim nākotnes klimatā un ko varam darīt, lai apturētu pieaugošo siltumnīcas efektu. Galu galā, vēl mazliet un paradīze, līdz Zeme būs bezcerīgi zaudēta.

Diez vai mēs nopietni nodarbosimies ar tīru enerģijas avotu meklēšanu vai pierunāsim politiķus risināt klimata problēmas uz finansiāla labuma rēķina. Daudz interesantāks ir jautājums: kad mēs redzēsim citplanētiešus?

Dzīvojamā zona, kas pazīstama arī kā "Zelta spārna zona", ir reģions ap zvaigzni, kur planētas vidējā temperatūra ļauj pastāvēt šķidrajam ūdenim, pie kura esam tik pieraduši. Mēs meklējam šķidru ūdeni ne tikai izmantošanai nākotnē, bet arī, lai atrastu pavedienu: varbūt kaut kur varētu būt cita dzīvība.

Problēmas ārpus šīs zonas ir diezgan acīmredzamas. Ja tas kļūst pārāk karsts, vide kļūs par nepanesamu tvaika pirti, vai arī tā sāks sadalīt ūdeni skābeklī un ūdeņradi.

Tad skābeklis savienosies ar oglekli, veidojot oglekļa dioksīdu, un ūdeņradis izplūdīs kosmosā. Tas notiek ar Venēru.

Ja planēta ir pārāk auksta, ūdens veidos cietus gabalus. Zem ledus garozas var būt šķidra ūdens kabatas, taču kopumā tā nav īpaši patīkama vieta, kur dzīvot.

Mēs to atradām uz Marsa un Jupitera un Saturna pavadoņiem. Un, ja jūs varat aptuveni definēt potenciāli apdzīvojamu zonu, tad šī ir vieta, kur varētu pastāvēt šķidrs ūdens.

Diemžēl šis vienādojums nesastāv tikai no attāluma līdz zvaigznei un saražotās enerģijas daudzuma. Lielu lomu spēlē planētas atmosfēra.

Jūs būsiet pārsteigti, bet Venera un Marss atrodas Saules sistēmas potenciāli apdzīvojamajā zonā. Venēras atmosfēra ir tik bieza, ka tā aiztur Saules enerģiju un rada neviesmīlīgu krāsni, kas izkausēs jebkuru dzīvības mājienu mazāk nekā divās tējas tasēs šim kungam. Uz Marsa viss ir otrādi.

Plānā atmosfēra vispār nevar noturēt siltumu, tāpēc planēta ir ļoti auksta. Uzlabojiet abu planētu atmosfēru un iegūstiet pasaules, kas spēj nodrošināt dzīvības patvērumu.

Varbūt mēs varētu tos saspiest un sajaukt atmosfēru? Jādomā. Kad mēs skatāmies uz citām pasaulēm Piena ceļā un cenšamies noskaidrot, vai tur ir dzīvība, nepietiek tikai novērtēt to atrašanās vietu Goldilocks zonā.

Mums ir jāzina atmosfēras forma. Astronomi ir atraduši planētas, kas atrodas apdzīvojamās zonās ap citām zvaigznēm, taču šķiet, ka šīs pasaules nav īpaši piemērotas dzīvībai.

Tās riņķo ap sarkanajām pundurzvaigznēm. Principā dzīvot sarkanīgās atspulgos nav nemaz tik slikti, bet ir viena problēma.

Jaunībā sarkanie punduri mēdz uzvesties ļoti slikti. Tie rada spēcīgus uzliesmojumus un koronālās masas izmešanu.

Tas attīra jebkuras planētas virsmu, kas nonāk pārāk tuvu. Tiesa, zināma cerība ir.

Pēc dažiem miljoniem gadu ilgas augstas aktivitātes šīs sarkanās pundurzvaigznes apmetas un sāk iesūkt savas ūdeņraža rezerves ar potenciālu triljoniem gadu. Ja zvaigznes pirmajās dienās dzīve var izdzīvot pietiekami ilgi, to var sagaidīt ilga, laimīga dzīve. Kad jūs domājat par jaunu māju starp zvaigznēm vai mēģināt atrast jaunu dzīvi Visumā, meklējiet planētas potenciāli apdzīvojamā zonā.

Dzīvojamā zona (Goldilocks zona)

Reiz bija Saules sistēma, un tad kādu dienu — sen, pirms aptuveni četriem miljardiem gadu — viņa saprata, ka ir gandrīz izveidota. Venera parādījās netālu no pašas Saules – un tā atradās tik tuvu Saulei, ka saules staru enerģija iztvaikoja visu tās ūdens krājumu. Un Marss bija tālu no Saules - un viss tā ūdens sasala. Un tikai viena planēta - Zeme - izrādījās tieši tādā attālumā no Saules - "tieši pareizi" -, ka ūdens uz tās palika šķidrs, un tāpēc dzīvība varēja rasties uz Zemes virsmas. Šī josla ap Sauli kļuva pazīstama kā apdzīvojamā zona. Pasaka par trim lāčiem tiek stāstīta bērniem daudzās valstīs, un Anglijā tās varoni sauc par Zeltīti. Viņai arī patika, lai viss būtu “tikai pareizi”. Trīs lāču mājā viena putras bļoda bija par karstu. Otra ir pārāk auksta. Un tikai trešais ieradās Goldilocks "tieši pareizi". Un trīs lāču mājā bija trīs gultas, un viena bija pārāk cieta, otra bija pārāk mīksta, un trešā bija "tieši pareizi", un Zeltītis tajā aizmiga. Kad trīs lāči atgriezās mājās, viņi atrada ne tikai putras zudumu no trešās bļodas, bet arī Zeltīti, kas saldi gulēja mazā lācīša gultā. Es neatceros, kā tas viss tur beidzās, bet, ja es būtu trīs lāči - visēdāji plēsēji pašā barības ķēdes augšgalā -, es būtu ēdis Zeltīti.

Zeltīti varētu interesēt Veneras, Zemes un Marsa relatīvā apdzīvojamība, taču patiesībā šo planētu sižets ir daudz sarežģītāks nekā trīs putras bļodas. Pirms četriem miljardiem gadu ar ūdeni bagātas komētas un minerāliem bagāti asteroīdi joprojām bombardēja planētu virsmas, lai gan daudz retāk nekā iepriekš. Šīs kosmosa biljarda spēles laikā dažas planētas migrēja no savām dzimtajām vietām tuvāk Saulei, un dažas tika izsistas lielāka diametra orbītās. Un daudzas no desmitiem izveidoto planētu nokļuva nestabilās orbītās un iekrita Saulē vai Jupiterā. Vēl dažas planētas tika vienkārši izmestas no Saules sistēmas. Atlikušās vienības galu galā griezās tieši tajās orbītās, kuras izrādījās “tieši pareizas”, lai uz tām izdzīvotu miljardiem gadu. Zeme apmetās orbītā, kuras vidējais attālums no Saules bija aptuveni 150 miljoni kilometru. Šādā attālumā Zeme pārtver ļoti nelielu daļu no kopējās Saules izstarotās enerģijas - tikai divas miljarddaļas. Ja mēs pieņemam, ka Zeme absorbē visu šo enerģiju, tad mūsu planētas vidējā temperatūra ir aptuveni 280 K, tas ir, 7 ° C - pa vidu starp ziemas un vasaras temperatūru.

Normālā atmosfēras spiedienā ūdens sasalst 273 K un vārās 373 K, tāpēc mums par lielu prieku gandrīz viss ūdens uz Zemes atrodas šķidrs stāvoklis. Tomēr nav nepieciešams steigties. Dažreiz zinātnē jūs saņemat pareizās atbildes no nepareizām telpām. Faktiski Zeme absorbē tikai divas trešdaļas no Saules enerģijas, kas to sasniedz. Pārējo atstarojas atpakaļ kosmosā zemes virsma (īpaši okeāni) un mākoņu sega. Ja formulai pievieno atstarošanas koeficientu, tad Zemes vidējā temperatūra jau pazeminās līdz 255 K, kas ir daudz zemāka par ūdens sasalšanas punktu. Mūsdienās ir jādarbojas kādam citam mehānismam, kas uztur vidējo temperatūru ērtākā līmenī. Atkal, veltiet laiku. Visas zvaigžņu evolūcijas teorijas vēsta, ka pirms četriem miljardiem gadu, kad uz Zemes veidojās dzīvība no sakāmvārdiem sauktās pirmatnējās zupas, Saule bija par trešdaļu blāvāka nekā šodien, kas nozīmē, ka Zemes vidējā temperatūra bija zem nulles. Varbūt Zeme tālā pagātnē vienkārši bija tuvāk Saulei? Tomēr pēc smagas bombardēšanas perioda, kas jau sen ir beidzies, mēs nezinām nevienu mehānismu, kas varētu pārvietot stabilas orbītas Saules sistēmā. Varbūt siltumnīcas efekts agrāk bija spēcīgāks? Mēs droši vien nezinām. Bet mēs zinām, ka apdzīvojamām zonām šo vārdu sākotnējā nozīmē ir tikai attāla saistība ar to, vai dzīvība var pastāvēt uz planētām, kas atrodas šo zonu robežās.

Slavenais Dreika vienādojums, kas vienmēr tiek minēts ārpuszemes intelekta meklējumos, ļauj sniegt aptuvenu aplēsi par to, cik civilizāciju principā var atrast Piena Ceļa galaktikā. Šo vienādojumu pagājušā gadsimta sešdesmitajos gados atvasināja amerikāņu astronoms Frenks Dreiks, un tolaik apdzīvojamās zonas jēdziens aprobežojās ar ideju, ka planētām jāatrodas tādā attālumā no savas zvaigznes, kas ir “tieši pareizā” šīs planētas pastāvēšanai. dzīvi. Vienas Dreika vienādojuma versijas nozīme ir aptuveni šāda: sāksim ar zvaigžņu skaitu galaktikā (simtiem miljardu). Reiziniet šo milzīgo skaitli ar to zvaigžņu daļu, kurām ir planētas. Iegūtais skaitlis tiek reizināts ar planētu daļu, kas atrodas apdzīvojamajā zonā. Tagad rezultātu reizinām ar planētu daļu, uz kurām ir izveidojusies dzīvība. Mēs reizinām rezultātu ar planētu daļu, uz kurām ir izveidojusies saprātīga dzīvība. Mēs reizinām rezultātu ar planētu īpatsvaru, kur tehnoloģiskais progress ir sasniedzis tādu stadiju, ka var izveidot starpzvaigžņu komunikāciju.

Ja mēs tagad ņemam vērā zvaigžņu veidošanās ātrumu un tehnoloģiski attīstītas civilizācijas paredzamo dzīves ilgumu, mēs iegūstam attīstīto civilizāciju skaitu, kuras šajā pašā minūtē, iespējams, gaida mūsu tālruņa zvanu. Mazas, vēsas, zema spožuma zvaigznes dzīvo simtiem miljardu, varbūt triljoniem gadu, kas nozīmē, ka to planētām ir pietiekami daudz laika, lai uz sevis audzētu divu vai trīs veidu dzīvos organismus, taču to apdzīvojamās zonas atrodas pārāk tuvu zvaigznei. Planēta, kas izveidojās šajā zonā, ātri iekrīt tā sauktajā zvaigznes paisuma un paisuma uztverē un vienmēr griežas ar vienu pusi uz to, tāpēc planētas karsēšanā notiek spēcīgs kropļojums - viss ūdens "priekšpusē" planētas puse iztvaikos, un viss ūdens "aizmugurē" sasals. Ja Goldilocks dzīvotu uz šādas planētas, mēs atklātu, ka viņa ēd savu putru, griežoties ap savu asi, kā grilēta vista - uz pašas robežas starp mūžīgo sauli un mūžīgo tumsu. Apdzīvojamajām zonām ap ilgmūžīgām zvaigznēm ir vēl viens trūkums - tās ir ļoti šauras, tāpēc ir ļoti maza iespēja, ka planēta nejauši nonāks orbītā ar "tieši pareizo" rādiusu.

Bet ap karstām, lielām, spožām zvaigznēm ir milzīgas apdzīvojamas zonas. Tomēr šīs zvaigznes diemžēl ir reti sastopamas un dzīvo tikai dažus miljonus gadu un pēc tam eksplodē, tāpēc viņu planētas diez vai var uzskatīt par kandidātēm dzīvības meklējumos mums ierastajā formā, ja vien nepastāv kaut kāds ļoti tur notiek strauja evolūcija. Un maz ticams, ka dzīvnieki, kas spēj izgudrot diferenciālrēķinus, pirmie izkļūs no primitīvajām gļotām. Dreika vienādojumu var uzskatīt par Goldilocks matemātiku, metodi, ar kuras palīdzību var novērtēt, cik liela ir iespēja, ka kaut kur galaktikā viss ir izdevies “tieši pareizi”, kā vajadzētu. Taču Dreika vienādojumā tā sākotnējā formā nav iekļauts, piemēram, Marss, kas atrodas tālu ārpus Saules apdzīvojamās zonas. Tikmēr Marss ir pilns ar līkumotām sausām upēm ar deltām un palienēm, un tas neapgāžami pierāda, ka kādreiz uz Marsa bijis daudz šķidra ūdens.

Bet kā ar Veneru, Zemes "māsu"? Tas iekrīt tieši saules apdzīvojamā zonā. Šai planētai, kuru pilnībā klāj biezs mākoņu slānis, ir visaugstākā atstarošanas spēja Saules sistēma. Nav acīmredzamu iemeslu, kāpēc uz Veneras var būt slikti un neērti. Tomēr tajā ir milzīgs siltumnīcas efekts. Biezā Venēras atmosfēra galvenokārt sastāv no oglekļa dioksīds un absorbē gandrīz 100% no nelielā starojuma daudzuma, kas sasniedz tā virsmu. Temperatūra uz Venēras ir 750 K, kas ir rekords visā Saules sistēmā, lai gan attālums no Saules līdz Venērai ir gandrīz divas reizes lielāks par Merkuru.

Tā kā Zeme ir uzturējusi dzīvību visā tās evolūcijas laikā - miljardiem gadu vētrainu peripetiju, tad pašai dzīvībai ir jānodrošina sava veida atgriezeniskās saites mehānisms, kas notur šķidru ūdeni uz planētas. Šo ideju 70. gados izstrādāja biologi Džeimss Lavloks un Lina Margulis, un to sauc par Gaijas hipotēzi. Šis diezgan populārais, bet strīdīgais minējums liecina, ka komplekts sugas uz Zemes tas ik brīdi darbojas kā kolektīvs organisms, kas nepārtraukti, kaut arī netīši, pielāgo Zemes atmosfēras un klimata sastāvu tā, lai tie veicinātu dzīvības klātbūtni un attīstību, tas ir, šķidra ūdens klātbūtne uz virsmas. Manuprāt, tas ir ļoti interesanti un izpētes vērti. Gaia hipotēze ir iemīļota New Age filozofijas piekritēju hipotēze. Bet es esmu gatavs derēt, ka daži sen miruši marsieši un venērieši noteikti arī atbalstīja šo ideju pirms miljarda gadu...

Ja paplašina apdzīvojamās zonas jēdzienu, izrādās, ka ledus izkausēšanai ir nepieciešams jebkurš enerģijas avots. Viens no Jupitera pavadoņiem ledus Eiropa, silda Jupitera gravitācijas lauka plūdmaiņu spēki. Tāpat kā rakešu lode, kas uzkarst no biežas trieciena, Eiropa uzkarst no dinamiskas slodzes starpības, jo Jupiters vienu tā pusi piesaista vairāk nekā otru. Kāds ir rezultāts? Pašreizējie novērojumu dati un teorētiskie aprēķini liecina, ka Eiropā zem kilometru biezas ledus garozas atrodas šķidra ūdens vai, iespējams, sniega vircas okeāns. Ņemot vērā dzīvības pārpilnību okeāna dzīlēs uz Zemes, Eiropa ir visvilinošākā kandidāte dzīvībai Saules sistēmā ārpus Zemes. Vēl viens nesens izrāviens mūsu izpratnē par to, kas ir apdzīvojama zona, ir dzīvi organismi, kas nesen tika saukti par "ekstremofiliem": organismi, kas ne tikai izdzīvo, bet pat plaukst ārkārtēja aukstuma vai karstuma apstākļos. Ja ekstremofilu vidū būtu biologi, viņi droši vien domātu, ka viņi ir normāli, un ekstremofili ir visi tie, kas dzīvo labi zem telpas temperatūra. Ekstremofilu vidū ir siltummīlīgie termofīli, kas parasti dzīvo zemūdens kalnu grēdu tuvumā okeānu vidū, kur ūdens, kas milzīgā spiedienā uzkarsēts līdz temperatūrai, kas krietni pārsniedz parasto viršanas temperatūru, no zem zemes garozas izšļakstās aukstumā. okeāna biezums. Apstākļi tur ir līdzīgi kā virtuves spiediena katlā: īpaši spēcīgs katls ar hermētisku vāku ļauj uzsildīt ūdeni zem spiediena līdz temperatūrai virs vārīšanās, vienlaikus izvairoties no vārīšanās kā tādas.

Minerāli paceļas no karstajiem avotiem aukstajā okeāna dibenā, veidojot milzu porainas caurules desmit stāvu augstumā – vidū ir karsts, malās nedaudz vēsāks, kur tie tieši pieskaras okeāna ūdenim. Visās šajās temperatūrās caurulēs dzīvo neskaitāmas dzīvo būtņu sugas, kuras nekad nav redzējušas Sauli un kurām ir vienalga, vai tā pastāv vai nē. Šos izturīgos riekstus darbina ģeotermālā enerģija, ko veido tas, kas palicis pāri no Zemes veidošanās, un siltums, kas pastāvīgi iesūcas iekšā. zemes garoza dabā sastopamo, bet nestabilo pazīstamo izotopu radioaktīvās sabrukšanas dēļ ķīmiskie elementi- starp tiem, piemēram, alumīnijs-26, ar ko pietiek miljoniem gadu, un kālijs-40, ar ko pietiek miljardiem. Okeāna dibens, iespējams, ir viena no stabilākajām ekosistēmām uz Zemes. Kas notiek, ja milzu asteroīds saduras ar Zemi un visa dzīvība uz tās virsmas izmirst? Okeāna termofīli dzīvos tā, it kā nekas nebūtu noticis. Iespējams, pēc katra izzušanas viļņa viņi pat attīstās un no jauna apdzīvo zemes zemi. Un kas notiks, ja Saule mistisku iemeslu dēļ pazudīs no Saules sistēmas centra un Zeme izlauzīsies no orbītas un dreifēs kosmosā? Šis notikums pat neiekļūs Thermophile dokumentos. Tomēr paies pieci miljardi gadu, un Saule pārvērtīsies par sarkanu milzi, paplašināsies un absorbēs visu Saules sistēmas iekšējo daļu. Tajā pašā laikā Zemes okeāni vārīsies prom, un pati Zeme iztvaikos. Šī būs sensācija.

Ja termofīli dzīvo visur uz Zemes, rodas nopietns jautājums: kā būtu, ja dzīvība rastos dziļi pazudušo planētu zarnās, kuras tās veidošanās laikā tika izmestas no Saules sistēmas? Viņu "ģeo" termiskie rezervuāri ilgs miljardiem gadu. Un kā ar neskaitāmajām planētām, kuras tika piespiedu kārtā izraidītas no visām pārējām Saules sistēmām, kurām bija laiks veidoties mūsu Visumā? Varbūt starpzvaigžņu telpā mudž dzīvība, kas radusies un attīstījusies bezpajumtnieku planētu dzīlēs? Dzīvojamā zona nepavisam nav glīti norobežota zona ap zvaigzni, kur nokrīt ideāls, "tieši pareizais" saules gaismas daudzums - patiesībā tā ir visur. Tātad trīs lāču māja, iespējams, arī neieņem īpašu vietu pasaku pasaulē. Bļodiņu ar putru, kuras temperatūra bija “pareizi”, varēja atrast jebkurā mājoklī, pat trīs cūku mājiņās. Mēs atklājām, ka atbilstošais faktors Dreika vienādojumā - tas, kas ir atbildīgs par planētu esamību apdzīvojamajā zonā - varētu pieaugt līdz gandrīz 100%.

Tātad mūsu pasakai ir ļoti daudzsološas beigas. Dzīve ne vienmēr ir reta un unikāla parādība, iespējams, tā notiek tikpat bieži kā pašas planētas. Un termofīlās baktērijas ir dzīvojušas laimīgi līdz mūža galam - apmēram piecus miljardus gadu.

Ūdens, ūdens, visapkārt ūdens

Spriežot pēc dažu sausāko un neviesmīlīgāko vietu parādīšanās mūsu Saules sistēmā, varētu domāt, ka ūdens, kas uz Zemes ir daudz, pārējā galaktikā ir reta greznība. Tomēr no visām triatomu molekulām ūdens ir visizplatītākā un ar lielu starpību. Un kosmosā visbiežāk sastopamo elementu sarakstā ūdens sastāvdaļas - ūdeņradis un skābeklis - ieņem pirmo un trešo vietu. Tāpēc nevajag jautāt, no kurienes tajā vai citā vietā nācis ūdens – labāk pajautāt, kāpēc tas joprojām nav visur pieejams. Sāksim ar Saules sistēmu. Ja jūs meklējat vietu bez ūdens un bez gaisa, jums nav jādodas tālu: jūsu rīcībā ir Mēness. Ar zemu atmosfēras spiedienu uz Mēness - tas ir gandrīz nulle - un divu nedēļu dienām, kad temperatūra ir tuvu 100 ° C, ūdens ātri iztvaiko. Divu nedēļu naktī temperatūra noslīd līdz -155 °C: šādos apstākļos sasals gandrīz jebkas.

Apollo astronauti uz Mēnesi paņēma līdzi visu gaisu, visu ūdeni un visas gaisa kondicionēšanas sistēmas, kas viņiem bija vajadzīgas, lai ceļotu turp un atpakaļ. Taču tālā nākotnē ekspedīcijām, visticamāk, vairs nevajadzēs no tā nest ūdeni un dažādus produktus. Dati no kosmosa zondes Clementine pielika punktu ilgstošajām debatēm par to, vai ziemeļu apakšā ir dziļi krāteri. dienvidu polus Mēness ir aizsaluši ezeri. Ja ņem vērā vidējo Mēness sadursmju skaitu ar starpplanētu atlūzām gadā, nākas pieņemt, ka starp gružiem, kas krīt uz virsmas, vajadzētu atrasties diezgan lielām ledainām komētām. Ko nozīmē “pietiekami liels”? Saules sistēmā ir pietiekami daudz komētu, kuras izkusušas atstātu Ēri ezera lielumā peļķi.

Protams, nevar sagaidīt, ka jaunais ezers pārdzīvos daudzas karstas Mēness dienas ar temperatūru tuvu 100 °C, taču jebkura komēta, kas nokrita uz Mēness virsmas un iztvaikoja, daļu no tās ūdens molekulām izmet dziļu krāteru dibenā netālu no Mēness. stabi. Šīs molekulas uzsūcas Mēness augsnē, kur tās paliek mūžīgi mūžos, jo šādas vietas ir vienīgie Mēness stūri, kur burtiski "Saule nespīd". (Ja bijāt pārliecināts, ka viena mēness puse vienmēr ir tumša, tad jūs maldināja dažādas autoritātes, kuru vidū neapšaubāmi bija arī 1973. gadā izdotais Pink Floyd albums The Dark Side of the Moon. ) Kā Arktikas un Antarktikas iemītnieki zini, izsalcis saulīte, šajās vietās Saule nekad nepaceļas augstu virs horizonta – ne dienā, ne gada laikā. Tagad iedomājieties, ka dzīvojat krātera apakšā, kura mala ir augstāka par punktu debesīs, kur lec saule. Tādā krāterī un pat uz Mēness, kur nav gaisa un nav ko izkliedēt gaismu, lai tā nonāktu ēnainos nostūros, būs jādzīvo mūžīgā tumsā.

Arī jūsu ledusskapis ir auksts un tumšs, bet ledus tur galu galā iztvaiko (neticiet - paskatieties, kā izskatās ledus gabaliņi, kad atgriežaties no ilgas prombūtnes), tomēr šo krāteru apakšā ir tik auksts, ka iztvaikošana, būtībā beidzas (vismaz mūsu sarunas ietvaros mēs varam pieņemt, ka tā neeksistē). Nav šaubu, ka, ja mēs kādreiz uz Mēness izveidosim koloniju, tai būs jāatrodas pie šādiem krāteriem. Papildus acīmredzamajām priekšrocībām - kolonistiem būs daudz ledus, būs ko kausēt, attīrīt un dzert - ūdeņradi var iegūt arī no ūdens molekulām, atdalot to no skābekļa. Ūdeņradis un daļa skābekļa nonāks raķešu degvielā, un kolonisti ieelpos pārējo skābekli. Un no kosmosa ekspedīcijām brīvajā laikā no iegūtā ūdens var doties slidot pa aizsalušu ezeru.

Tātad, seno krāteru dati liecina, ka komētas skāra Mēnesi, kas nozīmē, ka tas noticis arī ar Zemi. Ja ņemam vērā, ka Zeme ir lielāka un tās gravitācija ir spēcīgāka, var pat secināt, ka komētas uz Zemi nokrita daudz biežāk. Tā arī ir – no pašas Zemes dzimšanas līdz mūsdienām. Turklāt Zeme no kosmiskā vakuuma neiznāca gatavas sfēriskas komas formā. Tas izauga no kondensētas protosolārās gāzes, no kuras veidojās pati Saule un visas pārējās planētas. Zeme turpināja augt, pie tās pielipot mazām cietām daļiņām, un pēc tam – nepārtrauktas ar minerālvielām bagāto asteroīdu un ar ūdeni bagāto komētu bombardēšanas dēļ. Kādā ziņā tas ir pastāvīgs? Pastāv aizdomas, ka komētu biežums, kas skāra Zemi tās pastāvēšanas sākumposmā, bija pietiekams, lai nodrošinātu ūdeni visiem tās okeāniem. Tomēr daži jautājumi paliek (un vieta debatēm). Salīdzinot ar okeāna ūdeni, mūsu pētāmo komētu ūdenī ir daudz deitērija, ūdeņraža veida, kura kodolā ir papildu neitrons. Ja okeāni bija piepildīti ar komētām, tad komētām, kas nokrita uz Zemi Saules sistēmas pastāvēšanas sākumā, bija nedaudz atšķirīgs ķīmiskais sastāvs.

Vai jūs domājat, ka varat droši doties ārā? Šur tur: jaunākie pētījumi par ūdens saturu augšējos slāņos zemes atmosfēra parādīja, ka uz Zemes regulāri nokrīt ledus gabali mājas lielumā. Šīs starpplanētu sniega bumbas, nonākot saskarē ar gaisu, ātri iztvaiko, bet spēj dot ieguldījumu Zemes ūdens budžetā. Ja kritienu biežums ir bijis nemainīgs visā Zemes vēsturē, kas ilgst 4,6 miljardus gadu, tad šīs sniega bumbas varēja papildināt arī Zemes okeānus. Pieskaitot tam ūdens tvaikus, kas, kā zināms, atmosfērā nonāk vulkānu izvirdumu laikā, un izrādās, ka Zeme savu ūdens krājumu uz virsmas ieguvusi visdažādākajos veidos. Tagad mūsu majestātiskie okeāni aizņem divas trešdaļas zemes virsma, bet tie ir tikai viena piectūkstošā daļa no Zemes masas. Šķiet, ka ļoti maza daļa, bet tā joprojām ir pusotra kvintiljona tonnu, no kurām 2% jebkurā brīdī ir ledus veidā. Ja Zeme kādreiz piedzīvos ārkārtēju siltumnīcas efektu, piemēram, uz Veneras, tad mūsu atmosfēra absorbēs lieko saules enerģiju, paaugstināsies gaisa temperatūra, un okeāni vārīsies un ātri iztvaiko atmosfērā. Būs slikti. Ne tikai Zemes flora un fauna izmirs - tas ir acīmredzams - viens no pārliecinošiem (burtiski) vispārējās nāves iemesliem būs tas, ka atmosfēra, piesātināta ar ūdens tvaikiem, kļūs trīssimt reižu masīvāka. Tas mūs visus sagraus.

Venera daudzējādā ziņā atšķiras no citām Saules sistēmas planētām, tostarp ar tās biezo, blīvo, smago oglekļa dioksīda atmosfēru, kuras spiediens ir simts reizes lielāks nekā Zemes atmosfērā. Mēs tur būtu saplacināti. Tomēr manā Venēras apbrīnojamāko iezīmju vērtējumā pirmo vietu ieņem krāteru klātbūtne, kas visi veidojās salīdzinoši nesen un ir vienmērīgi sadalīti pa visu virsmu. Šī šķietami nekaitīgā iezīme liecina par vienu planētas mēroga katastrofu, kas restartēja krāterēšanas pulksteni un izdzēsa visus pierādījumus par ietekmi pagātnē. Tas ir, piemēram, tādas erozijas klimata parādības kā globālie plūdi varā. Un vēl - liela mēroga ģeoloģiskā (nevis veneriskā) darbība, teiksim, lavas plūsmas, kas visu Veneras virsmu pārvērta par amerikāņu autobraucēja sapni - pilnībā bruģētu planētu. Neatkarīgi no tā, kas restartēja pulksteni, tas notika pēkšņi un pēkšņi. Tomēr šeit ne viss ir skaidrs. Ja uz Venēras patiešām bija vispasaules plūdi, kur tagad pazuda viss ūdens? Pazudis zem virsmas? Iztvaikojis atmosfērā? Vai arī Veneru appludināja nevis ūdens, bet gan kāda cita viela?

Mūsu zinātkāre un neziņa neaprobežojas tikai ar vienu Veneru – tās sniedzas uz citām planētām. Marss kādreiz bija īsts purvs – ar līkumainām upēm, palienēm, deltām, seklu strautu tīklu un milzīgiem kanjoniem, ko izgrebuši tekoša ūdens. Mums jau ir pietiekami daudz pierādījumu, ka, ja jebkur Saules sistēmā bija daudz ūdens avotu, tas ir uz Marsa. Tomēr šodien Marsa virsma ir pilnībā izžuvusi, un kāpēc nav skaidrs. Skatoties uz Marsu un Venēru – mūsu planētas brāli un māsu – es skatos uz Zemi jaunā veidā un domāju par to, cik neuzticami var būt mūsu ūdens avoti uz zemes virsmas. Kā mēs jau zinām, Persivala Louela iztēle lika viņam pieļaut, ka atjautīgo marsiešu kolonijas uz Marsa izveidoja ģeniālu kanālu tīklu, lai no polārajiem ledājiem nogādātu ūdeni uz vairāk apdzīvotajiem vidējiem platuma grādiem. Lai izskaidrotu to, ko viņš redzēja (vai domāja, ka redz), Lowell izgudroja mirstošu civilizāciju, kas kaut kādā veidā zaudēja ūdeni. Savā detalizētajā, bet apbrīnojami maldinošajā traktātā Marss kā dzīves mājvieta (1909) Louels žēlo par viņa fantāzijas radītās Marsa civilizācijas nenovēršamo pagrimumu:

Planētas izžūšana, bez šaubām, turpināsies, līdz tās virsma vairs nespēs uzturēt visu dzīvību. Laiks to noteikti aizpūtīs kā putekļus. Tomēr, kad tās pēdējā dzirkstele nodzisīs, mirušā planēta kā spoks metīsies cauri kosmosam, un tās evolūcijas karjera beigsies uz visiem laikiem.

(Lowell, 1908, 216. lpp.)

Kaut kas Lowell saprata pareizi. Ja kādreiz uz Marsa virsmas bija civilizācija (vai kādi dzīvi organismi), kam bija nepieciešams ūdens, tad kādā nezināmā Marsa vēstures posmā un nezināmu iemeslu dēļ viss ūdens virspusē patiešām izžuva, kas noveda tieši pie beigām. piemēram, Lowell apraksta. Iespējams, pazudušais Marsa ūdens vienkārši nokļuva pazemē un to satvēra mūžīgais sasalums. Kā to var pierādīt? Lielos krāteros uz Marsa virsmas ir vairāk izžuvušu dubļu svītru, kas pārplūst, nekā mazos krāteros. Pieņemot, ka mūžīgais sasalums atrodas pietiekami dziļi, lai pie tā nokļūtu, būs nepieciešama spēcīga ietekme. Enerģijas atbrīvošanai no šādas sadursmes saskarē vajadzēja izkausēt ledu zem virsmas un izšļakstīties netīrumiem. Krāteri ar šādām iezīmēm ir biežāk sastopami aukstos subpolāros platuma grādos, tieši tur, kur jūs varētu sagaidīt, ka mūžīgā sasaluma slānis atrodas tuvāk virsmai. Saskaņā ar dažiem aprēķiniem, ja viss ūdens, kas, kā mums ir aizdomas, slēpās mūžīgajā sasalumā uz Marsa un, kā mēs droši zinām, ir ieskauts ledājos pie poliem, izkustu un vienmērīgi sadalītos pa tā virsmu, Marss pārvērstos par nepārtraukts okeāns desmitiem metru dziļumā. Dzīvības uz Marsa, gan mūsdienu, gan fosilās, meklēšanas plānā jāiekļauj dažādu vietu apskate, īpaši zem Marsa virsmas.

Kad astrofiziķi sāka domāt par to, kur atrast šķidru ūdeni un, pateicoties dzīvībai, viņi sākumā sliecās ņemt vērā planētas, kas riņķo noteiktā attālumā no zvaigznes - tādā attālumā, ka ūdens palika uz to virsmas šķidruma, ne pārāk tālu un ne pārāk tuvu. Šo zonu parasti dēvē par apdzīvojamo zonu jeb Goldilocks zonu (skat. iepriekšējo nodaļu), un sākumā tā bija diezgan pieņemama aplēse. Viņa gan nav ņēmusi vērā dzīvības rašanās iespēju vietās, kur bija citi enerģijas avoti, kuru dēļ ūdens, kur tam vajadzēja pārvērsties ledū, palika šķidrā stāvoklī. Tas varētu nodrošināt nelielu siltumnīcas efektu. Un arī iekšējs enerģijas avots, piemēram, atlikušais siltums pēc planētas veidošanās vai nestabilu smago elementu radioaktīvā sabrukšana, no kuriem katrs veicina Zemes iekšējo uzsilšanu un līdz ar to arī tās ģeoloģisko aktivitāti. Turklāt planētu plūdmaiņas kalpo arī kā enerģijas avots – tas ir vairāk vispārējs jēdziens nekā tikai viļņojošs okeāns, kas dejo ar mēnesi. Kā mēs redzējām, Jupitera pavadonis Io ir pakļauts pastāvīgam spriegumam, ko rada mainīgie plūdmaiņu spēki, jo tā orbīta nav perfekti apļveida un Io pārvietojas uz Jupiteru un no tā. Io atrodas tādā attālumā no Saules, ka citos apstākļos tai nāktos sasalt uz visiem laikiem, taču pastāvīgo paisuma un paisuma izmaiņu dēļ tas ir izpelnījies debess ķermeņa titulu ar visspēcīgāko ģeoloģisko aktivitāti visā Saules sistēmā – viss ir tur: un vulkāni, kas izspiež lavu, un ugunīgas plaisas, un tektoniskās nobīdes. Dažreiz mūsdienu Io tiek pielīdzināts jaunajai Zemei, kad mūsu planēta pēc dzimšanas vēl nav atdzisusi.

Ne mazāk interesanta ir Eiropa – vēl viens Jupitera pavadonis, kas arī smeļ siltumu no plūdmaiņu spēkiem. Zinātniekiem jau sen ir aizdomas un nesen apstiprināja (balstoties uz Galileo kosmosa zondes attēliem), ka Eiropu klāj biezi, migrējoši ledus slāņi, zem kuriem atrodas slāņu vai šķidra ūdens okeāns. Vesels ūdens okeāns! Iedomājieties, kāda ir zemledus makšķerēšana. Patiešām, Reaktīvās dzinējspēka laboratorijas inženieri un zinātnieki jau domā par kosmosa zondes nosūtīšanu uz Eiropu, kas nolaidīsies uz ledus, atradīs tajā atveri (vai pati to pārgriezīs vai izsitīs), nolaidīs dziļjūras videokameru. to, un mēs Redzēsim, kas tur ir un kā. Tā kā dzīvība uz Zemes, visticamāk, radusies okeānā, dzīvības pastāvēšana Eiropas okeānos nekādā gadījumā nav tukša fantāzija, tā var arī būt. Manuprāt, apbrīnojamākā ūdens kvalitāte nav ne pelnītā "universālā šķīdinātāja" etiķete, par kuru mēs visi uzzinājām skolā ķīmijas stundā, ne arī neparasti plašais temperatūru diapazons, kurā ūdens paliek šķidrs. Apbrīnojamākā ūdens īpašība ir tā, ka, lai gan gandrīz visas vielas, tostarp pats ūdens, atdzesējot kļūst blīvākas, ūdens, atdzesējot zem 4 ° C, kļūst arvien blīvāks. Kad tas sasalst pie nulles grādiem, tas kļūst mazāk blīvs nekā šķidrā stāvoklī jebkurā temperatūrā, un tas ir kaitinoši ūdensvadiem, bet ļoti paveicas zivīm. Ziemā, gaisa temperatūrai noslīdot zem nulles, ūdens 4 grādu temperatūrā nogrimst dibenā un tur arī paliek, un uz virsmas ļoti lēni veidojas peldoša ledus kārta, kas siltāko ūdeni izolē no aukstā gaisa.

Ja šī blīvuma inversija nenotiktu ar ūdeni, kura temperatūra ir zemāka par 4 grādiem, tad pie gaisa temperatūras, kas zemāka par sasalšanas punktu, rezervuāra ārējā virsma atdziestu un nogrimtu apakšā, bet siltāks ūdens paceltos uz augšu. Šāda piespiedu konvekcija visu ūdens masu ātri atdzesētu līdz nullei, pēc tam virsma sāktu sasalt. Blīvāks ledus nogrimtu - un visa ūdens stabs sasaltu no apakšas līdz virsmai. Tādā pasaulē nebūtu zemledus makšķerēšanas, jo visas zivis būtu sasalušas – sasalušas dzīvas. Un zemledus makšķerēšanas cienītāji sēdētu vai nu zem ūdens biezuma, kas vēl nav aizsalis, vai arī uz pilnīgi aizsaluša ūdenskrātuves bloka. Ledlaužiem nebūtu nepieciešams ceļot pāri sasalušajai Arktikai: Ziemeļu Ledus okeāns vai nu sasaltu līdz dibenam, vai arī paliktu atvērts normālai kuģošanai, jo zem tā atrastos ledus slānis. Un pa ledu varēji staigāt, cik gribi, un nebaidīties izgāzties. Šādā paralēlā pasaulē nogrimtu ledus gabali un aisbergi, un 1912. gadā Titāniks būtu droši aizbraucis līdz galamērķim – Ņujorkai.

Ūdens esamība galaktikā neaprobežojas tikai ar planētām un to pavadoņiem. Ūdens molekulas, kā arī vairākas citas pazīstamas mājsaimniecības ķīmiskās vielas, piemēram, amonjaks, metāns un etilspirts, šad tad tiek reģistrēti starpzvaigžņu gāzu mākoņos. Noteiktos apstākļos – zemā temperatūrā un lielā blīvumā – ūdens molekulu grupa var atkārtoti izstarot tuvākās zvaigznes enerģiju kosmosā pastiprināta augstas intensitātes virziena mikroviļņu starojuma veidā. Šīs parādības fizika ļoti atgādina visu, kas notiek ar redzamo gaismu lāzerā. Bet šajā gadījumā labāk runāt nevis par lāzeru, bet gan par mazeru - šādi saīsināta frāze "Mikroviļņu pastiprināšana ar stimulēto starojuma emisiju". Tātad ūdens ir ne tikai visur un visur galaktikā - dažreiz tas arī starojoši smaida jums no kosmosa dzīlēm.

Mēs zinām, ka ūdens ir nepieciešams dzīvībai uz Zemes, taču varam tikai pieņemt, ka tas ir nepieciešams nosacījums dzīvības rašanās gadījumam jebkurā galaktikas nostūrī. Tomēr ķīmiski analfabēti cilvēki bieži uzskata, ka ūdens ir nāvējoša viela, ar kuru labāk nesastapties. 1997. gadā Neitans Zoners, četrpadsmit gadus vecs students vidusskolaĒrglrokā, Aidaho štatā, veica pelnītu objektīvu pētījumu par aizspriedumiem pret tehnoloģijām un ar to saistīto "ķīmofobiju". Neitans aicināja garāmgājējus uz ielas parakstīt petīciju, pieprasot stingru kontroli vai pat aizliegumu lietot diūdeņraža monoksīdu. Jaunais eksperimentētājs sniedza šīs vielas murgaino īpašību sarakstu, kam nebija garšas un smaržas:

Diūdeņraža monoksīds ir galvenā skābo lietu sastāvdaļa;

Agrāk vai vēlāk šī viela izšķīdina visu, ar ko tā nonāk saskarē;

Ja nejauši ieelpots, tas var būt letāls;

Gāzveida stāvoklī tas atstāj smagus apdegumus;

Tas ir atrodams termināla vēža slimnieku audzējos.

Četrdesmit trīs no piecdesmit, pie kuriem Zoners vērsās, parakstīja petīciju, seši vilcinājās, un viens izrādījās dedzīgs diūdeņraža monoksīda atbalstītājs un atteicās parakstīties.

Dzīvojamā telpa

Ja jautājat cilvēkam, no kurienes viņš ir, atbildē parasti dzirdēsiet tās pilsētas nosaukumu, kurā viņš dzimis, vai kādu vietu uz zemes virsmas, kur viņš pavadīja savu bērnību. Un tas ir pilnīgi pareizi. Tomēr

astroķīmiski precīza atbilde būtu: "Es nāku no daudzu masīvu zvaigžņu, kas nomira pirms vairāk nekā pieciem miljardiem gadu, eksplozijas paliekām." Kosmoss ir galvenā ķīmiskā rūpnīca. To palaida Lielais sprādziens, kas piegādāja Visumam ūdeņradi, hēliju un litija pilienu – trīs vieglākos elementus. Atlikušie deviņdesmit divi dabiski sastopamie elementi radīja zvaigznes, tostarp katru oglekli, kalciju un fosforu katrā dzīvā organismā uz Zemes, cilvēku un citos. Kam būtu vajadzīgs viss šis bagātīgākais izejvielu sortiments, ja tas paliktu ieslēgts zvaigznēs? Bet, kad zvaigznes mirst, tās atgriež lauvas tiesu no savas masas kosmosā un papildina tuvākos gāzes mākoņus ar veselu atomu kopu, kas pēc tam bagātina nākamās paaudzes zvaigznes.

Ja tiek radīti pareizi apstākļi — pareizā temperatūra un pareizais spiediens —, daudzi atomi apvienojas, veidojot vienkāršas molekulas. Pēc tam daudzas molekulas kļūst lielākas un sarežģītākas, un mehānismi tam ir gan sarežģīti, gan izgudrojoši. Beidzot sarežģītas molekulas pašorganizējas noteiktos dzīvos organismos, un tas, iespējams, notiek miljardos Visuma stūru. Vismaz vienā no tām molekulas kļuva tik sarežģītas, ka tās attīstīja inteliģenci un pēc tam spēju formulēt un paziņot viena otrai idejas, kas izteiktas šīs lapas ikonās.

Jā, jā, ne tikai cilvēki, bet arī visi citi dzīvie organismi kosmosā, kā arī planētas un pavadoņi, uz kuriem tie dzīvo, nepastāvētu, ja nebūtu izlietoto zvaigžņu paliekas. Būtībā jūs esat miskaste. Ar to būs jātiek galā. Labāk būt laimīgam. Galu galā, kas varētu būt cēlāks par domu, ka Visums dzīvo mūsos visos? Lai radītu dzīvību, nav vajadzīgas retas sastāvdaļas. Atgādiniet, kuri elementi kosmosa pārpilnības ziņā ieņem pirmās piecas vietas: ūdeņradis, hēlijs, skābeklis, ogleklis un slāpeklis. Izņemot ķīmiski inerto hēliju, kuram nepatīk ne ar vienu veidot molekulas, mēs iegūstam četras galvenās dzīvības sastāvdaļas uz Zemes. Viņi gaida spārnos masīvajos mākoņos, kas apņem galaktikā esošās zvaigznes, un sāk veidot molekulas, tiklīdz temperatūra nokrītas zem pāris tūkstošiem Kelvina grādu. Molekulas no diviem atomiem veidojas uzreiz: tas ir oglekļa monoksīds un ūdeņraža molekula (divi ūdeņraža atomi ir saistīti viens ar otru). Pazeminiet temperatūru vēl nedaudz, un jūs iegūsit stabilas trīs vai četru atomu molekulas, piemēram, ūdens (H2O), oglekļa dioksīds (CO2) un amonjaks (NH3) - vienkārši, bet kvalitatīvi bioloģiskās virtuves produkti. Ja temperatūra pazemināsies vēl nedaudz, būs vesela rinda piecu un sešu atomu molekulu. Un, tā kā ogleklis ir ne tikai plaši izplatīts, bet arī ļoti aktīvs no ķīmiskā viedokļa, tas ir iekļauts lielākajā daļā molekulu - patiesībā trīs ceturtdaļas no visiem starpzvaigžņu vidē novēroto "veidu" molekulām satur vismaz vienu oglekļa atomu. . Daudzsološs. Tomēr telpa molekulām ir diezgan bīstama vieta. Ja tos neiznīcina supernovas sprādzienu enerģija, tad ultravioletais starojums no tuvējām īpaši spilgtajām zvaigznēm šo lietu pabeidz.

Jo lielāka molekula, jo sliktāk tā iztur uzbrukumus. Ja molekulām paveicas dzīvot salīdzinoši klusās vai aizsargātās vietās, tās var izdzīvot, lai kļūtu par kosmisko putekļu graudiem un galu galā asteroīdiem, komētām, planētām un cilvēkiem. Bet pat tad, ja zvaigžņu uzbrukums neatstās dzīvu nevienu no sākotnējām molekulām, būs daudz atomu un laika, lai radītu sarežģītas molekulas - ne tikai šīs vai citas planētas veidošanās laikā, bet arī uz un zem elastīgās virsmas. planēta. Starp visbiežāk sastopamajām kompleksajām molekulām īpaši izceļas adenīns (tas ir šāds nukleotīds jeb "bāze", neatņemama DNS sastāvdaļa), glicīns (olbaltumvielu prekursors) un glikoaldehīds (ogļūdeņradis). Visas šīs un līdzīgas sastāvdaļas ir nepieciešamas dzīvības rašanās mums pazīstamā formā un, protams, nav atrodamas tikai uz Zemes.

Taču visa šī organisko molekulu bakanālija vēl nav dzīvība, tāpat kā milti, ūdens, raugs un sāls vēl nav maize. Lai gan faktiskā pāreja no izejmateriāla uz dzīvu būtni joprojām ir noslēpums, ir skaidrs, ka ir nepieciešami vairāki nosacījumi, lai tas notiktu. Videi vajadzētu mudināt molekulas eksperimentēt savā starpā un tajā pašā laikā aizsargāt pret nevajadzīgiem ievainojumiem. Tam īpaši labi noder šķidrumi, kas nodrošina gan ciešu kontaktu, gan lielisku mobilitāti. Jo vairāk iespēju, lai ķīmiskās reakcijas dod vidi, jo izdomīgāki ir tās iemītnieku eksperimenti. Ir svarīgi ņemt vērā vēl vienu faktoru, par kuru runā fizikas likumi: ķīmiskajām reakcijām ir nepieciešams nepārtraukts enerģijas avots.

Ja ņem vērā plašo temperatūru, spiediena, skābuma un starojuma diapazonu, kurā dzīvība uz Zemes var uzplaukt, un atceroties, ka tas, kas vienam mikrobam ir omulīgs stūrītis, citam ir moku kambaris, kļūst skaidrs, kāpēc zinātniekiem vairs nav tiesības izvirzīt papildu noteikumi dzīvības esamība citur. Lieliska ilustrācija šādu secinājumu ierobežojumiem sniegta septiņpadsmitā gadsimta nīderlandiešu astronoma Kristiana Huigensa burvīgajā grāmatā "Cosmotheoros": autors ir pārliecināts, ka kaņepes ir jāaudzē uz citām planētām – pretējā gadījumā no kā taisītas kuģu virves. kontrolēt kuģus un kuģot jūrā? Ir pagājuši trīs simti gadu, un mēs esam apmierināti ar tikai nedaudzām molekulām. Ja jūs tos labi samaisīsit un novietosiet siltā vietā, jūs varat sagaidīt, ka paies tikai daži simti miljonu gadu – un mums būs plaukstošas ​​mikroorganismu kolonijas. Dzīve uz zemes ir ārkārtīgi auglīga, par to nav šaubu. Un kā ir ar pārējo Visumu? Ja vēl kur ir debesu ķermenis, vismaz nedaudz līdzīgs mūsu planētai, tā varēja veikt līdzīgus eksperimentus ar līdzīgiem ķīmiskiem reaģentiem, un šos eksperimentus organizēja tie paši fizikālie likumi, kas ir vienādi visā Visumā.

Ņemsim, piemēram, oglekli. Viņš zina, kā izveidot visdažādākos savienojumus gan ar sevi, gan ar citiem elementiem, un tāpēc ir iekļauts neticami daudzos ķīmiskos savienojumos - tajā viņam nav līdzvērtīgu visā periodiskajā tabulā. Ogleklis rada vairāk molekulu nekā visi pārējie elementi kopā (10 miljoni - kā jūs domājat?). Parasti, lai izveidotu molekulu, atomiem ir viens vai vairāki ārējie elektroni, kas viens otru iesprosto kā izciļņu savienojumus starp kravas vagoniem. Katrs oglekļa atoms spēj izveidot šādas saites ar vienu, diviem, trim vai četriem citiem atomiem - bet ūdeņraža atoms, teiksim, tikai ar vienu, skābeklis - ar vienu vai diviem, slāpekļa - ar trim.

Kad ogleklis apvienojas ar sevi, tas rada daudzas molekulas no visa veida garu ķēžu, slēgtu gredzenu vai sazarotu struktūru kombinācijām. Šīs sarežģītās organiskās molekulas spēj paveikt varoņdarbus, par kuriem mazas molekulas var tikai sapņot. Piemēram, tie spēj vienā galā veikt vienu uzdevumu, bet otrā – otru, vērpties, locīties, savīties ar citām molekulām, radīt vielas ar arvien jaunām īpašībām un īpašībām – tām nav šķēršļu. Iespējams, visspilgtākā uz oglekli balstīta molekula ir DNS, dubultā spirāle, kas kodē katra dzīvā organisma individuālo izskatu. Bet kā ar ūdeni? Ja mēs runājam par dzīvības nodrošināšanu ūdenim ir ļoti noderīga kvalitāte – tas paliek šķidrs ļoti plašā temperatūras diapazonā, uzskata lielākā daļa biologu. Diemžēl lielākā daļa biologu ņem vērā tikai Zemi, kur ūdens paliek šķidrs 100 grādu robežās pēc Celsija. Tikmēr vietām uz Marsa atmosfēras spiediens ir tik zems, ka ūdens nemaz nav šķidrs – tiklīdz ieleksi sev glāzi H2O, viss ūdens uzvārīsies un sasals vienlaicīgi! Tomēr, lai cik nelaimīgs būtu pašreizējais Marsa atmosfēras stāvoklis, agrāk tas ļāva pastāvēt milzīgas šķidrā ūdens rezerves. Ja kādreiz dzīvība pastāvēja uz sarkanās planētas virsmas, tad tikai tajā laikā.

Kas attiecas uz Zemi, tā ir ļoti labi novietota uz virsmas ar ūdeni, dažreiz pat pārāk labi un pat nāvējoša. No kurienes viņa nāca? Kā jau redzējām, ir loģiski pieņemt, ka komētas to atveda daļēji: var teikt, ka tās ir piesātinātas ar ūdeni (protams, sasalušas), Saules sistēmā to ir miljardiem, ir diezgan lielas. starp tiem, un, kad Saules sistēma tikko veidojās, viņi pastāvīgi bombardēja jauno Zemi. Vulkāni izvirda ne tikai tāpēc, ka magma ir ļoti karsta, bet arī tāpēc, ka karstā magma, kas paceļas uz augšu, pārvērš pazemes ūdeni tvaikā, un tvaiki strauji izplešas, izraisot sprādzienu. Tvaiks vairs neietilpst pazemes tukšumos un norauj vulkānam vāku, izraisot ūdens izkļūšanu virspusē. Ņemot to visu vērā, nevajadzētu pārsteigt, ka mūsu planētas virsma ir pilna ar ūdeni. Ņemot vērā visu dzīvo organismu daudzveidību uz Zemes, tiem visiem ir kopīgas DNS daļas. Biologs, kurš savā mūžā nav redzējis neko citu kā tikai Zemi, tikai priecājas par dzīves daudzpusību, bet astrobiologs sapņo par daudzveidību plašākā mērogā: par dzīvību, kas balstīta uz mums pilnīgi svešu DNS vai pavisam uz ko citu.

Diemžēl līdz šim mūsu planēta ir vienīgais bioloģiskais paraugs. Tomēr astrobiologs var atļauties apkopot hipotēzes par dzīviem organismiem, kas dzīvo kaut kur kosmosa dzīlēs, pētot organismus, kas dzīvo ekstrēmā vidē tepat uz Zemes. Ir vērts sākt meklēt šos ekstremofilus, un izrādās, ka tie dzīvo gandrīz visur: kodolatkritumu izgāztuvēs, skābajos geizeros, skābās upēs, kas piesātinātas ar dzelzi, dziļūdens avotos, kas izplūst ķīmiskās suspensijas, un zemūdens vulkānu tuvumā, mūžīgajā sasalumā, sārņu kaudzēs, rūpnieciskos sāls dīķos un dažādās vietās, kur jūs, iespējams, neietu Medusmēnesis, bet kas, iespējams, ir diezgan raksturīgi lielākajai daļai citu planētu un satelītu. Biologi kādreiz uzskatīja, ka dzīvība rodas kaut kādā "siltā baseinā", kā rakstīja Darvins (Darvins 1959, 202. lpp.); tomēr sakrājies pāri pēdējie laiki pierādījumi sliecas uz priekšstatu, ka ekstremofili bija pirmie dzīvie organismi uz Zemes.

Kā redzēsim nākamajā daļā, pirmo pusmiljardu savas pastāvēšanas gadu Saules sistēma visvairāk līdzinājās šautuvei. Uz Zemes virsmas pastāvīgi krita lieli un mazi bloki, kas atstāja aiz sevis krāterus un sasmalcināja akmeņus putekļos. Jebkurš mēģinājums uzsākt Project Life būtu nekavējoties izjaukts. Taču pirms aptuveni četriem miljardiem gadu bombardēšana mazinājās un zemes virsmas temperatūra sāka kristies, kas ļāva izdzīvot un uzplaukt sarežģītu ķīmisko eksperimentu rezultātiem. Vecajās mācību grāmatās laiks tiek skaitīts no Saules sistēmas dzimšanas brīža, un to autori parasti norāda, ka Zemes izveidošanai bija nepieciešami 700-800 miljoni gadu. Bet tas tā nav: eksperimenti iekšā ķīmiskā laboratorija planētas nevarēja sākties, kamēr debesu bombardēšana nav norimējusi. Jūtieties brīvi atņemt 600 miljonus "karadarbības" gadu — un izrādās, ka vienšūnu mehānismi no primitīvās vircas izkļuva tikai 200 miljonu gadu laikā. Lai gan zinātnieki joprojām nevar precīzi noskaidrot, kā dzīve sākās, šķiet, ka dabai ar to nav nekādu problēmu.

Astroķīmiķi ir gājuši garu ceļu tikai dažu gadu desmitu laikā: vēl nesen viņi vispār neko nezināja par molekulām kosmosā, un tagad viņi jau ir atklājuši daudz dažādu savienojumu gandrīz visur. Turklāt pēdējo desmit gadu laikā astrofiziķi ir apstiprinājuši, ka planētas riņķo arī ap citām zvaigznēm un ka katra zvaigžņu sistēma, ne tikai Saules sistēma, ir pilna ar tām pašām četrām būtiskām dzīvības sastāvdaļām kā mūsu pašu kosmiskajā mājā. Protams, neviens necer atrast dzīvību uz zvaigznes, pat uz “aukstas”, kur tā ir tikai tūkstoš grādu, taču dzīvība uz Zemes bieži sastopama vietās, kur temperatūra sasniedz vairākus simtus grādu. Visi šie atklājumi kopā liek mums secināt, ka patiesībā Visums mums nekādā gadījumā nav svešs un nezināms – patiesībā mēs to jau esam pazīstami fundamentālā līmenī. Bet cik cieši mēs viens otru pazīstam? Kāda ir iespējamība, ka jebkuri dzīvie organismi ir līdzīgi sauszemes organismiem, pamatojoties uz oglekli un dod priekšroku ūdenim, nevis visiem citiem šķidrumiem? Apsveriet, piemēram, silīciju, kas ir viens no visbiežāk sastopamajiem elementiem Visumā. Periodiskajā tabulā silīcijs atrodas tieši zem oglekļa, kas nozīmē, ka tiem ir tāda pati elektronu konfigurācija ārējā līmenī. Silīcijs, tāpat kā ogleklis, var veidot saites ar vienu, diviem, trim vai četriem citiem atomiem. Pareizos apstākļos tas var veidot arī ķēdes molekulas. Tā kā iespējas radīt ķīmiskos savienojumus silīcijam ir aptuveni tādas pašas kā ogleklim, ir saprātīgi pieņemt, ka uz tā pamata var rasties arī dzīvība.

Tomēr ar silīciju ir viena grūtība: papildus tam, ka tas ir desmit reizes retāks nekā ogleklis, tas arī rada ļoti spēcīgas saites. Jo īpaši, ja jūs apvienojat silīciju un ūdeņradi, jūs nesaņemsit pamatus organiskā ķīmija, un akmeņi. Uz zemes šie ķīmiskie savienojumi ir ilgs glabāšanas laiks. Un, lai ķīmiskais savienojums būtu labvēlīgs dzīvam organismam, ir vajadzīgas saites, kas ir pietiekami spēcīgas, lai izturētu ne pārāk spēcīgus uzbrukumus. vide, bet ne tik neiznīcināms, lai nogrieztu iespēju turpmākiem eksperimentiem. Cik svarīgs ir šķidrais ūdens? Vai tiešām tā ir vienīgā vide, kas piemērota ķīmiskiem eksperimentiem, vienīgā vide, kas spēj nogādāt barības vielas no vienas dzīvā organisma daļas uz otru? Varbūt dzīviem organismiem vienkārši nepieciešams jebkurš šķidrums. Piemēram, dabā amonjaks ir diezgan izplatīts. Un etilspirts. Abi ir iegūti no visbagātīgākajiem elementiem Visumā. Amonjaks, kas sajaukts ar ūdeni, sasalst daudz zemākā temperatūrā nekā tikai ūdens (-73°C, nevis 0°C), kas paplašina temperatūras diapazonu, kurā iespējams noteikt šķidrumus mīlošus dzīvos organismus. Ir vēl viena iespēja: uz planētas, kur ir maz iekšējā siltuma avotu, piemēram, tā griežas tālu no savas zvaigznes un ir sasalusi līdz kaulam, metānam, kas parasti ir gāzveida stāvoklī, var būt arī planētas loma. nepieciešamais šķidrums. Šādiem savienojumiem ir ilgs glabāšanas laiks. Un, lai ķīmiskais savienojums būtu dzīvam organismam labvēlīgs, ir vajadzīgas saites, kas ir pietiekami spēcīgas, lai izturētu ne pārāk spēcīgus vides uzbrukumus, bet ne tik nesagraujamas, lai nogrieztu iespēju turpmākiem eksperimentiem.

Cik svarīgs ir šķidrais ūdens? Vai tiešām tā ir vienīgā vide, kas piemērota ķīmiskiem eksperimentiem, vienīgā vide, kas spēj nogādāt barības vielas no vienas dzīvā organisma daļas uz otru? Varbūt dzīviem organismiem vienkārši nepieciešams jebkurš šķidrums. Piemēram, dabā amonjaks ir diezgan izplatīts. Un etilspirts. Abi ir iegūti no visbagātīgākajiem elementiem Visumā. Amonjaks, kas sajaukts ar ūdeni, sasalst daudz zemākā temperatūrā nekā tikai ūdens (-73°C, nevis 0°C), kas paplašina temperatūras diapazonu, kurā iespējams noteikt šķidrumus mīlošus dzīvos organismus. Ir vēl viena iespēja: uz planētas, kur ir maz iekšējā siltuma avotu, piemēram, tā griežas tālu no savas zvaigznes un ir sasalusi līdz kaulam, metānam, kas parasti ir gāzveida stāvoklī, var būt arī planētas loma. nepieciešamais šķidrums.

2005. gadā kosmosa zonde Huygens (nosaukta pēc vārda jūs zināt, kurš) nolaidās uz Titāna, Saturna lielākā pavadoņa, kur organiskie savienojumi un atmosfēra ir desmit reizes biezāka nekā Zemes. Ja neskaita planētas Jupiters, Saturns, Urāns un Neptūns, kuras visas sastāv tikai no gāzes un kurām nav cietas virsmas, tikai četriem debess ķermeņiem mūsu Saules sistēmā ir ievērības cienīga atmosfēra: Venērai, Zemei, Marsam un Titānam. Titāns nekādā gadījumā nav nejaušs izpētes objekts. Tur atrodamo molekulu saraksts rosina cieņu: tie ir ūdens, un amonjaks, un metāns, un etāns, kā arī tā sauktie policikliskie aromātiskie ogļūdeņraži - daudzu gredzenu molekulas. Ūdens ledus uz Titāna ir tik auksts, ka kļuvis ciets kā cements. Tomēr temperatūras un spiediena kombinācija sašķidrina metānu, un pirmajos Huygens attēlos ir redzamas šķidrā metāna straumes, upes un ezeri. Ķīmiskā vide uz Titāna virsmas savā ziņā ir līdzīga jaunai Zemei, tāpēc tik daudzi astrobiologi uzskata Titānu par "dzīvu" laboratoriju Zemes tālās pagātnes izpētei. Patiešām, eksperimenti pirms divām desmitgadēm parādīja, ka, pievienojot ūdeni un nedaudz skābes organiskajai suspensijai, kas rodas, apstarojot gāzes, kas veido Titāna duļķaino atmosfēru, mēs iegūsim sešpadsmit aminoskābes.

Ne tik sen biologi uzzināja, ka kopējā biomasa zem planētas Zeme virsmas, iespējams, ir lielāka nekā uz virsmas. Pašreizējie pētījumi par īpaši izturīgiem dzīviem organismiem laiku pa laikam liecina, ka dzīve nepazīst šķēršļus un robežas. Pētnieki, kas pēta dzīvības rašanās apstākļus, vairs nav "trakie profesori", kas meklē mazus zaļos cilvēciņus uz tuvākajām planētām, tie ir vispārēji zinātnieki, kuriem pieder dažādi instrumenti: viņiem jābūt speciālistiem ne tikai astrofizikas, ķīmijas un bioloģijā, bet arī ģeoloģijā un planetoloģijā, jo viņiem dzīvība jāmeklē jebkur.

Sistēmas piemērs apdzīvojamās zonas atrašanai atkarībā no zvaigžņu veida.

astronomijā, apdzīvojama zona, apdzīvojama zona, dzīves zona (apdzīvojama zona, HZ) ir nosacīts apgabals telpā, kas noteikts, pamatojoties uz to, ka apstākļi tajā esošo cilvēku virsmā būs tuvi apstākļiem un nodrošinās ūdens esamību šķidrā fāzē. Attiecīgi šādas planētas (vai tās) būs labvēlīgas zemei ​​līdzīgas dzīvības rašanos. Dzīvības iespējamība ir vislielākā apdzīvojamajā zonā tuvumā ( apkārtzvaigžņu apdzīvojama zona, CHZ ) kas atrodas apdzīvojamā zonā ( galaktikas apdzīvojamā zona, GHZ), lai gan pētījumi par pēdējo vēl ir sākuma stadijā.

Jāatzīmē, ka planētas atrašanās apdzīvojamajā zonā un tās labvēlība dzīvībai nav obligāti saistīta: pirmā īpašība raksturo apstākļus planētu sistēmā kopumā, bet otrā - tieši uz debess ķermeņa virsmas. .

Angļu valodas literatūrā apdzīvojamo zonu sauc arī zeltītis zona (Goldilocks zona). Šis nosaukums ir atsauce uz angļu pasaku Zeltīti un trīs lāči, krievu valodā pazīstams kā "Trīs lāči". Pasakā Goldilocks mēģina izmantot vairākus trīs viendabīgu priekšmetu komplektus, no kuriem katrā viens no priekšmetiem izrādās pārāk liels (ciets, karsts utt.), otrs ir pārāk mazs (mīksts, auksts .. .), un trešais, starp tiem , vienums izrādās “tieši piemērots”. Tāpat, lai atrastos apdzīvojamajā zonā, planēta nedrīkst atrasties ne pārāk tālu no zvaigznes, ne pārāk tuvu tai, bet gan "pareizajā" attālumā.

Zvaigznes apdzīvojama zona

Apdzīvojamās zonas robežas tiek noteiktas, pamatojoties uz prasību, lai tajā esošajām planētām ūdens būtu šķidrā stāvoklī, jo tas ir nepieciešams šķīdinātājs daudzās bioķīmiskās reakcijās.

Aiz apdzīvojamās zonas ārējās malas planēta nesaņem pietiekami daudz saules starojuma, lai kompensētu radiācijas zudumus, un tās temperatūra pazemināsies zem ūdens sasalšanas punkta. Planēta, kas atrodas tuvāk saulei nekā apdzīvojamās zonas iekšējai malai, tās starojuma dēļ pārkarstu, izraisot ūdens iztvaikošanu.

Attālums no zvaigznes, kurā šī parādība ir iespējama, tiek aprēķināts pēc zvaigznes izmēra un spilgtuma. Apdzīvojamās zonas centru konkrētai zvaigznei apraksta ar vienādojumu:

(\displaystyle d_(AU)=(\sqrt (L_(zvaigzne)/L_(saule)))), kur: - vidējais apdzīvojamās zonas rādiuss, - zvaigznes bolometriskais indekss (spilgtums), - bolometriskais indekss (spīdums) .

Apdzīvojama zona Saules sistēmā

Ir dažādi aprēķini par to, kur atrodas apdzīvojamā zona:

Iekšējā robeža, a.e.	Ārējā robeža a. e.	Avots	Piezīmes
0,725	1,24	Dole 1964. gads	Novērtējums, pieņemot optiski caurspīdīgu un fiksētu albedo.
0,95	1,01	Hārts et al. 1978., 1979. gads	K0 zvaigznēm un tālāk nevar būt apdzīvojama zona
0,95	3,0	Fogs 1992. gads	Vērtēšana, izmantojot oglekļa ciklus
0,95	1,37	Casting et al. 1993. gads
-	1-2% tālāk...	Budyko 1969, Pārdevēji 1969, Ziemeļi 1975	… noved pie globālā apledojuma.
4-7% tuvāk...	-	Rasool & DeBurgh 1970	…un okeāni nekondensēsies.
-	-	Šneiders un Tompsons 1980	Hārta kritika.
-	-	1991. gads
-	-	1988. gads	Ūdens mākoņi var sašaurināt apdzīvojamo zonu, jo tie palielina albedo un tādējādi novērš siltumnīcas efektu.
-	-	Ramanatāns un Kolinss 1991	Siltumnīcas efektam infrasarkanajam starojumam ir spēcīgāka ietekme nekā mākoņu dēļ palielinātajam albedo, un Venērai vajadzēja būt sausai.
-	-	Lovelock 1991. gads
-	-	Whitemire et al. 1991. gads

Galaktiskā apdzīvojamā zona

Apsvērumi par to, ka planētu sistēmas atrašanās vietai, kas atrodas galaktikā, vajadzētu ietekmēt dzīvības attīstības iespējamību, noveda pie koncepcijas par t.s. "galaktiskā apdzīvojamā zona" ( GHZ, galaktikas apdzīvojamā zona ). Koncepcija izstrādāta 1995. gadā Giljermo Gonsaless neskatoties uz izaicinājumu.

Galaktikas apdzīvojamā zona saskaņā ar šobrīd pieejamajām idejām ir gredzenveida reģions, kas atrodas galaktikas diska plaknē. Tiek lēsts, ka apdzīvojamā zona atrodas reģionā 7–9 kpc no galaktikas centra, laika gaitā paplašinās un satur 4–8 miljardus gadu vecas zvaigznes. 75% no šīm zvaigznēm ir vecākas par Sauli.

2008. gadā zinātnieku grupa publicēja plašu datormodelēšana, saskaņā ar kuru, vismaz tādās galaktikās kā piena ceļš, tādas zvaigznes kā Saule var migrēt lielos attālumos. Tas ir pretrunā ar uzskatu, ka daži galaktikas apgabali ir piemērotāki dzīvībai nekā citi.

Meklēt planētas apdzīvojamajā zonā

Planētas apdzīvojamās zonās ļoti interesē zinātniekus, kuri meklē gan ārpuszemes dzīvību, gan nākotnes mājas cilvēcei.

Dreika vienādojums, kas mēģina noteikt ārpuszemes saprātīgas dzīves iespējamību, ietver mainīgo ( ne) kā apdzīvojamu planētu skaits zvaigžņu sistēmās ar planētām. Goldilocks atrašana palīdz precizēt šī mainīgā vērtības. Īpaši zemas vērtības var atbalstīt unikālo Zemes hipotēzi, kas apgalvo, ka virkne ārkārtīgi maz ticamu notikumu un notikumu izraisīja dzīvības izcelsmi . Augstas vērtības var nostiprināt Kopernika viduvējības principu: liels skaits planētu Goldilocks nozīmē, ka Zeme nav unikāla.

Zemes lieluma planētu meklēšana zvaigžņu apdzīvojamajās zonās ir galvenā misijas daļa, kas izmanto (palaista 2009. gada 7. martā, UTC), lai pētītu un apkopotu planētu raksturlielumus apdzīvojamajās zonās. Uz 2011. gada aprīli 1235 iespējamās planētas, no kuriem 54 atrodas apdzīvojamās zonās.

Pirmā apstiprinātā eksoplaneta apdzīvojamajā zonā Kepler-22 b tika atklāta 2011. gadā. No 2012. gada 3. februāra ir zināms, ka četras droši apstiprinātas planētas atrodas to zvaigžņu apdzīvojamajās zonās.



Dzīvojamā zona, ko angliski sauc apdzīvojama zona, ir apgabals kosmosā ar vislabvēlīgākajiem apstākļiem zemes tipa dzīvībai. Jēdziens dzīvotne nozīmē, ka gandrīz visi dzīves nosacījumi ir izpildīti, mēs to vienkārši neredzam. Dzīvojamību nosaka šādi faktori: ūdens klātbūtne šķidrā veidā, pietiekami blīva atmosfēra, ķīmiskā daudzveidība (vienkāršas un sarežģītas molekulas, kuru pamatā ir H, C, N, O, S un P) un zvaigznes klātbūtne, kas nodrošina nepieciešamo enerģijas daudzumu.

Pētījuma vēsture: sauszemes planētas

No astrofizikas viedokļa apdzīvojamās zonas jēdziena rašanos bija vairāki stimuli. Apsveriet mūsu Saules sistēmu un četras zemes planētas: Merkurs, Venēra, Zeme un Marss. Dzīvsudrabam nav atmosfēras, un tas ir pārāk tuvu, tāpēc tas mums nav īpaši interesants. Šī ir planēta ar bēdīgu likteni, jo pat tad, ja tai būtu atmosfēra, to aiznestu saules vējš, tas ir, plazmas straume, kas nepārtraukti plūst no zvaigznes vainaga.

Apsveriet atlikušās Saules sistēmas zemes planētas - tās ir Venera, Zeme un Marss. Tie radās gandrīz tajā pašā vietā un tādos pašos apstākļos ~ pirms 4,5 miljardiem gadu. Un tāpēc no astrofizikas viedokļa to evolūcijai vajadzētu būt diezgan līdzīgai. Tagad, kosmosa laikmeta sākumā, kad esam pavirzījušies uz priekšu šo planētu izpētē ar kosmosa kuģu palīdzību, iegūtie rezultāti ir parādījuši ārkārtīgi atšķirīgus apstākļus uz šīm planētām. Tagad mēs zinām, ka Venērā ir ļoti augsts spiediens un uz virsmas tā ir ļoti karsta, 460–480 °C, temperatūra, kurā daudzas vielas pat kūst. Un no pirmajiem virsmas panorāmas attēliem mēs redzējām, ka tā ir pilnīgi nedzīva un praktiski nav pielāgota dzīvei. Visa virsma ir viens kontinents.

// Attēls: Zemes planētas - Merkurs, Venera, Zeme, Marss. (commons.wikimedia.org)

No otras puses, Marss Tā ir auksta pasaule. Marss ir zaudējis atmosfēru. Šī atkal ir tuksneša virsma, lai gan ir kalni un vulkāni. Oglekļa dioksīda atmosfēra ir ļoti reta; ja tur bija ūdens, tas viss bija sasalis. Marsam ir polārais vāciņš, un jaunākie rezultāti no misijas uz Marsu liecina, ka zem smilšu seguma atrodas ledus - regolīts.

Un Zeme. Ļoti labvēlīga temperatūra, ūdens nesasalst (vismaz ne visur). Un tieši uz Zemes radās dzīvība – gan primitīva, gan daudzšūnu, saprātīga dzīvība. Šķiet, ka mēs redzam nelielu Saules sistēmas daļu, kurā izveidojās trīs planētas, ko sauc par zemes planētām, taču to evolūcija ir pilnīgi atšķirīga. Un uz šīm pirmajām idejām par pašu planētu iespējamajiem evolūcijas ceļiem radās ideja par apdzīvojamo zonu.

Apdzīvojamās zonas robežas

Astrofiziķi novēro un pēta apkārtējo pasauli, mūs apņemošo kosmosu, tas ir, mūsu Saules sistēmu un planētu sistēmas ap citām zvaigznēm. Un, lai kaut kā sistematizētu, kur meklēt, kādus objektus interesēt, jums ir jāsaprot, kā noteikt apdzīvojamo zonu. Mēs vienmēr uzskatījām, ka citām zvaigznēm ir jābūt planētām, taču instrumentālās iespējas mums ļāva atklāt pirmās - planētas, kas atrodas ārpus Saules sistēmas - tikai pirms 20 gadiem.

Kā tiek noteiktas apdzīvojamās zonas iekšējās un ārējās robežas? Tiek uzskatīts, ka mūsu Saules sistēmā apdzīvojama zona atrodas no 0,95 līdz 1,37 astronomiskām vienībām no Saules. Mēs zinām, ka Zeme ir 1 astronomiskā vienība (AU) no Saules, Venēra ir 0,7 AU. e., Marss - 1,5 a. e. Ja mēs zinām zvaigznes spožumu, tad ir ļoti viegli aprēķināt apdzīvojamās zonas centru - jums vienkārši jāņem kvadrātsakne no šīs zvaigznes spilgtuma attiecības un jāsaista tā ar zvaigznes spilgtumu. Saule, tas ir:

Rae \u003d (L zvaigzne / L saule) ½.

Šeit Rae ir apdzīvojamās zonas vidējais rādiuss astronomiskajās vienībās, un Lstar un Lsun ir attiecīgi vēlamās zvaigznes un Saules bolometriskie spilgtuma indeksi. Apdzīvojamās zonas robežas tiek noteiktas, pamatojoties uz prasību, ka tajā esošajām planētām ūdens ir šķidrā stāvoklī, jo tas ir nepieciešams šķīdinātājs daudzās biomehāniskās reakcijās. Aiz apdzīvojamās zonas ārējās malas planēta nesaņem pietiekami daudz saules starojuma, lai kompensētu radiācijas zudumus, un tās temperatūra pazemināsies zem ūdens sasalšanas punkta. Planēta, kas atrodas tuvāk saulei nekā apdzīvojamās zonas iekšējai malai, tās starojuma dēļ pārkarstu, izraisot ūdens iztvaikošanu.

Stingrāk sakot, iekšējo robežu nosaka gan planētas attālums no zvaigznes, gan tās atmosfēras sastāvs, un jo īpaši tā saukto siltumnīcefekta gāzu klātbūtne: ūdens tvaiki, oglekļa dioksīds, metāns, amonjaks, un citi. Kā zināms, siltumnīcefekta gāzes izraisa atmosfēras uzsilšanu, kas katastrofāli pieaugoša siltumnīcas efekta gadījumā (piemēram, agrīnā Venera) noved pie ūdens iztvaikošanas no planētas virsmas un zuduma no atmosfēras.

Ārējā robeža ir vēl viena jautājuma puse. Tas var būt daudz tālāk, ja ir maz enerģijas no Saules un siltumnīcefekta gāzu klātbūtne Marsa atmosfērā nav pietiekama, lai siltumnīcas efekts radītu maigu klimatu. Tiklīdz enerģijas daudzums kļūst nepietiekams, siltumnīcefekta gāzes (ūdens tvaiki, metāns un tā tālāk) no atmosfēras kondensējas, izkrīt lietus vai sniega veidā utt. Un patiesībā siltumnīcefekta gāzes ir uzkrājušās zem Marsa polārā vāciņa.

Ir ļoti svarīgi pateikt vienu vārdu par apdzīvojamo zonu zvaigznēm ārpus mūsu Saules sistēmas: potenciāls - potenciālās apdzīvojamības zona, tas ir, dzīvības veidošanai nepieciešamie, bet nepietiekamie apstākļi ir izpildīti. Šeit mums ir jārunā par planētas dzīvotspēju, kad sāk darboties vairākas ģeofizikālas un bioķīmiskas parādības un procesi, piemēram, magnētiskais lauks, plātņu tektonika, planētas dienas ilgums un tā tālāk. Šīs parādības un procesi šobrīd tiek aktīvi pētīti jaunā astronomijas pētījumu virzienā – astrobioloģijā.

Meklēt planētas apdzīvojamajā zonā

Astrofiziķi vienkārši meklē planētas un pēc tam nosaka, vai tās atrodas apdzīvojamajā zonā. No astronomiskajiem novērojumiem var redzēt, kur šī planēta atrodas, kur atrodas tās orbīta. Ja apdzīvojamajā zonā, tad uzreiz palielinās interese par šo planētu. Tālāk jums ir jāizpēta šī planēta citos aspektos: atmosfēra, ķīmiskā daudzveidība, ūdens klātbūtne un siltuma avots. Tas jau nedaudz izrauj mūs no jēdziena "potenciāls" iekavās. Bet galvenā problēma ir tā, ka visas šīs zvaigznes atrodas ļoti tālu.

Viena lieta ir redzēt planētu tādas zvaigznes tuvumā kā Saule. Pastāv vairākas mūsu Zemei līdzīgas eksoplanētas - tā sauktās apakšzemes un superzemes, tas ir, planētas, kuru rādiuss ir tuvu vai nedaudz lielāks par Zemes rādiusu. Astrofiziķi tos pēta, pētot atmosfēru, mēs neredzam virsmu – tikai atsevišķos gadījumos rodas t.s. tiešā attēlveidošana kad mēs redzam tikai ļoti tālu punktu. Tāpēc mums ir jāizpēta, vai šai planētai ir atmosfēra, un, ja ir, kāds ir tās sastāvs, kādas gāzes tur ir utt.

// Attēls: Eksoplaneta (sarkanais punkts pa kreisi) un brūnais punduris 2M1207b (vidū). Pirmais attēls, kas uzņemts ar tiešās attēlveidošanas tehnoloģiju 2004. gadā. Kredīts: ESO/VLT

AT plašā nozīmē dzīvības meklēšana ārpus Saules sistēmas un arī Saules sistēmā ir tā saukto biomarķieru meklēšana. Tiek uzskatīts, ka biomarķieri ir bioloģiskas izcelsmes ķīmiski savienojumi. Mēs zinām, ka, piemēram, galvenais biomarķieris uz Zemes ir skābekļa klātbūtne atmosfērā. Mēs zinām, ka uz agrīnās Zemes bija ļoti maz skābekļa. Vienkāršākā, primitīvā dzīve radās agri, daudzšūnu dzīve radās diezgan vēlu, nemaz nerunājot par saprātīgu. Bet tad, pateicoties fotosintēzei, sāka veidoties skābeklis, mainījās atmosfēra. Un tas ir viens no iespējamiem biomarķieriem. Tagad mēs zinām no citām teorijām, ka pastāv vairākas planētas ar skābekļa atmosfēras, bet molekulārā skābekļa veidošanos tur izraisa nevis bioloģiski, bet parasti fiziski procesi, teiksim, ūdens tvaiku sadalīšanās zvaigžņu ultravioletā starojuma ietekmē. Tāpēc viss entuziasms, ka, tiklīdz mēs redzēsim molekulāro skābekli, tas jau būs biomarķieris, tas nav pilnībā pamatots.

Misija "Kepler"

Keplera kosmiskais teleskops (CT) ir viena no veiksmīgākajām astronomiskajām misijām (protams, pēc kosmosa teleskopa). Tā mērķis ir atrast planētas. Pateicoties Kepleram, esam veikuši kvalitatīvu lēcienu eksoplanetu izpētē.

CT "Kepler" bija vērsta uz vienu atklāšanas metodi - tā sauktajiem tranzītiem, kad fotometrs - vienīgais instruments uz satelīta - izsekoja zvaigznes spilgtuma izmaiņas laikā, kad planēta šķērsoja to un teleskopu. . Tas sniedza informāciju par planētas orbītu, tās masu, temperatūras režīms. Un tas ļāva identificēt aptuveni 4500 potenciālo planētas kandidātu šīs misijas pirmajā daļā.

// Keplera kosmiskais teleskops (NASA)

Astrofizikā, astronomijā un, iespējams, visās dabaszinātnēs ir ierasts apstiprināt atklājumus. Fotometrs nosaka, ka mainās zvaigznes spilgtums, bet ko tas var nozīmēt? Varbūt kādi iekšējie procesi zvaigznē noved pie izmaiņām; planētas iet garām - satumst. Tāpēc jāskatās pēc izmaiņu biežuma. Bet, lai droši teiktu, ka tur ir planētas, jums tas ir jāapstiprina citā veidā - piemēram, mainot zvaigznes radiālo ātrumu. Tas ir, tagad aptuveni 3600 planētu ir apstiprinātas ar vairākām planētas novērošanas metodēm. Un ir gandrīz 5000 potenciālo kandidātu.

Proksima Kentauri

2016. gada augustā tika saņemts apstiprinājums planētas Proxima b klātbūtnei netālu no zvaigznes Proxima Centauri. Kāpēc visi ir tik ieinteresēti? Ļoti vienkārša iemesla dēļ: tā ir mūsu Saulei tuvākā zvaigzne 4,2 gaismas gadu attālumā (tas ir, gaisma šo attālumu aptver 4,2 gados). Šī ir mums tuvākā eksoplaneta un, iespējams, Saules sistēmai tuvākais debess ķermenis, uz kura var pastāvēt dzīvība. Pirmie mērījumi tika veikti 2012. gadā, taču, tā kā šī zvaigzne ir foršs sarkanais punduris, nācās veikt ļoti garu mērījumu sēriju. Un vairākas zinātniskās grupas Eiropas Dienvidu observatorijā (ESO) jau vairākus gadus ir novērojušas zvaigzni. Viņi izveidoja vietni, tā saucas Bāli sarkans punkts(palereddot.org — red.), tas ir, 'bāli sarkans punkts', un tur tika ievietoti novērojumi. Astronomi piesaistīja dažādus novērotājus, un novērojumu rezultātiem bija iespējams izsekot publiskajā telpā. Tātad pašam šīs planētas atklāšanas procesam bija iespējams sekot līdzi gandrīz tiešsaistē. Un novērošanas programmas un tīmekļa vietnes nosaukums ir saistīts ar šo terminu Bāli sarkans punkts, ko piedāvāja slavenais amerikāņu zinātnieks Karls Sagans planētas Zeme attēliem, ko kosmosa kuģi pārraida no Saules sistēmas dzīlēm. Kad mēs cenšamies atrast tādu planētu kā Zeme citās zvaigžņu sistēmas, tad varam mēģināt iztēloties, kā izskatās mūsu planēta no kosmosa dzīlēm. Šis projekts tika nosaukts Bāli zili punktiņi('Pale blue dot'), jo no kosmosa atmosfēras spilgtuma dēļ mūsu planēta ir redzama kā zils punkts.

Planēta Proksima b nokļuva savas zvaigznes apdzīvojamajā zonā un salīdzinoši tuvu Zemei. Ja mēs, planēta Zeme, atrodamies 1 astronomiskās vienības attālumā no mūsu zvaigznes, tad šī jauna planēta- par 0,05, tas ir, 200 reizes tuvāk. Bet zvaigzne spīd vājāk, ir vēsāks, un jau tādos attālumos tā iekrīt tā sauktajā plūdmaiņu uztveršanas zonā. Tā kā Zeme sagrāba Mēnesi un viņi griežas kopā, situācija šeit ir tāda pati. Bet tajā pašā laikā viena planētas puse ir apsildīta, bet otra ir auksta.

// Attēls: Proxima Centauri b aptuvenā ainava, ko attēlojis mākslinieks (ESO/M. Kornmesser)

Ir tādi klimatiskie apstākļi, vēju sistēma, kas apmaina siltumu starp apsildāmo un tumšo daļu, un uz šo pusložu robežām var būt diezgan labvēlīgi apstākļi dzīvībai. Bet problēma ar planētu Proxima Centauri b ir tā, ka galvenā zvaigzne ir sarkanais punduris. Sarkanie punduri dzīvo diezgan ilgu laiku, taču tiem ir viena īpaša īpašība: viņi ir ļoti aktīvi. Ir zvaigžņu uzliesmojumi, koronālās masas izmešana utt. Par šo sistēmu jau ir publicēts diezgan daudz zinātnisku rakstu, kur, piemēram, teikts, ka atšķirībā no Zemes ultravioletā starojuma līmenis tur ir 20–30 reizes augstāks. Tas ir, lai uz virsmas būtu labvēlīgi apstākļi, atmosfērai jābūt pietiekami blīvai, lai aizsargātu pret radiāciju. Taču tā ir vienīgā mums tuvākā eksoplaneta, kuru var detalizēti izpētīt ar nākamās paaudzes astronomiskajiem instrumentiem. Vērojiet tās atmosfēru, skatieties, kas tur notiek, vai ir siltumnīcefekta gāzes, kāds ir klimats, vai tur ir biomarķieri. Astrofiziķi pētīs planētu Proxima b, tas ir karsts izpētes objekts.

izredzes

Mēs gaidām vairākus jaunus zemes un kosmosa teleskopus, jaunus instrumentus. Krievijā tas būs Spektr-UV kosmiskais teleskops. Pie šī projekta aktīvi strādā Krievijas Zinātņu akadēmijas Astronomijas institūts. 2018. gadā tiks palaists Amerikas kosmiskais teleskops. Džeimss Vebs ir nākamā paaudze pēc CT. Habla. Tā izšķirtspēja būs daudz augstāka, un mēs varēsim novērot to eksoplanetu atmosfēras sastāvu, par kurām mēs zinām, kaut kā atrisināt to struktūru, klimata sistēmu. Bet jums ir jāsaprot, ka tas ir vispārējs astronomiskais instruments - dabiski, ka būs ļoti liela konkurence, kā arī uz CT. Habls: kāds vēlas vērot galaktiku, kāds - zvaigznes, kāds cits kaut ko. Ir plānotas vairākas īpašas eksoplanetu izpētes misijas, piemēram, NASA TESS ( Tranzīts Exoplanet Survey Satellite). Faktiski nākamajos 10 gados mēs varam sagaidīt ievērojamu progresu mūsu zināšanās par eksoplanētām kopumā un jo īpaši par potenciāli apdzīvojamām eksoplanētām, piemēram, Zemi.

Pēc Jēlas universitātes (ASV) pētnieka domām, meklējot apdzīvojamās pasaules, ir jāatbrīvo vieta otrajam “zelta cirtņa” stāvoklim.

Daudzus gadu desmitus tika uzskatīts, ka galvenais faktors, kas nosaka, vai planēta var uzturēt dzīvību, ir attālums no saules. Piemēram, mūsu Saules sistēmā Venera atrodas pārāk tuvu Saulei, Marss ir pārāk tālu, un Zeme ir tieši tā. Zinātnieki šo attālumu sauc par “apdzīvojamo zonu” vai “Zelta sloksnes zonu”.

Tika arī uzskatīts, ka planētas spēj patstāvīgi regulēt savu iekšējo temperatūru, izmantojot mantijas konvekciju un iežu pārvietošanu pazemē, ko izraisa iekšējā sasilšana un dzesēšana. Sākotnēji planēta var būt pārāk auksta vai pārāk karsta, bet galu galā tā sasniegs pareizo temperatūru.

Jauns pētījums publicēts žurnālā Zinātnes attīstība 2016. gada 19. augusts parāda, ka dzīvības uzturēšanai nepietiek tikai ar atrašanos apdzīvojamajā zonā. Planētai sākotnēji ir jābūt vajadzīgajai iekšējai temperatūrai.

Jauns pētījums parādīja, ka dzīvības izcelsmei un uzturēšanai planētai ir jābūt noteiktai temperatūrai. Kredīts: Michael S. Helfenbein/Yale University

"Ja jūs savācat visu veidu zinātniskus datus par to, kā Zeme ir attīstījusies pēdējo dažu miljardu gadu laikā, un mēģināt to saprast, jūs galu galā saprotat, ka konvekcija apvalkā ir diezgan vienaldzīga pret iekšējo temperatūru," sacīja autors Juns Korenaga. Jēlas universitātes ģeoloģijas un ģeofizikas profesors. Korenaga iepazīstināja ar vispārīgu teorētisko ietvaru, kas izskaidro pašregulācijas pakāpi, kas sagaidāma konvekcijai apvalkā. Zinātnieks ierosināja, ka pašregulācija gandrīz nav raksturīga sauszemes planētām.

“Pašregulācijas mehānisma trūkums ir noticis lieliska vērtība planētu apdzīvojamībai. Planētu veidošanās pētījumi liecina, ka sauszemes planētas veidojas spēcīgas ietekmes rezultātā, un ir zināms, ka šī ļoti nejaušā procesa iznākums ir ļoti mainīgs, ”raksta Korenaga.

Netraucētu dažādi izmēri un iekšējā temperatūra planētu evolūcija ja notika mantijas pašregulācija. Tas, ko mēs uzskatām par pašsaprotamu uz mūsu planētas, ieskaitot okeānus un kontinentus, nepastāvētu, ja Zemes iekšējā temperatūra neatrastos noteiktā diapazonā, kas nozīmē, ka Zemes vēstures sākums nebija ne pārāk karsts, ne pārāk auksts.

NASA Astrobioloģijas institūts atbalstīja pētījumu. Korenaga ir NASA Alternative Earths projekta komandas līdzpētnieks. Komanda ir aizņemta ar jautājumu, kā Zeme saglabā pastāvīgu biosfēru lielākajā daļā tās vēstures, kā biosfēra izpaužas planētu mēroga "bioparakstos" un dzīvības meklējumos Saules sistēmā un ārpus tās.