Найти двойника Земли в космосе может быть невозможно

13 Апреля 2017 в 19:30, Илья Хель 24

Из всех мест, на которые мы когда-либо смотрели во Вселенной, только Земля обеспечила нас доказательствами существования жизни. Но почему? Потому что жизнь — это редкость, и она требует от нас всех условий, которые мы имеем на Земле, чтобы поддерживаться? Или потому что жизнь вездесуща, но мы нашли ее здесь, потому что здесь ее найти было проще всего?

Раз уж у нас на Земле все устроено как устроено, мы привыкли считать, что если бы у нас была планета и звезда с такими же свойствами, как Земля и Солнце — с таким же возрастом, с такими же орбитальными расстояниями, размерами и массами, из тех же материалов — то мы снова получили бы жизнь. Мы также предполагаем, что другие комбинации менее вероятны. Но все наши предположения могут быть неверными. Земля может быть такой же редкостью, как и жизнь.

В 2015 году NASA анонсировало открытие Kepler-452b и назвало ее «самой похожей на Землю экзопланету» из всех, что были когда-либо обнаружены. Конечно, у нее было много схожего с Землей, а у ее звезды было много схожего с Солнцем:


  • Ее родная звезда очень похожа на Солнце с точки зрения температуры, массы и размера: это звезда G2, примерно такой же яркости и общей продолжительности жизни.
  • Она вращается практически на таком же расстоянии и примерно с таким же периодом, что и наша планета вокруг Солнца: 385 дней вместо 365.
  • Звезда, вокруг которой она вращается, ненамного более развита, чем наше Солнце: старше на 1,5 миллиарда лет, а значит на 20% более энергетически мощная и на 10% холоднее.
  • Сама планета ненамного больше нашей Земли, а ее радиус на 60% больше.

И хотя эти условия могут показаться вам «подобными земным», обнаруженный мир, конечно, не имеет с Землей ничего общего.

В нашей Солнечной системе разница между Землей и Венерой крошечная: около 5% в радиусе. Для сравнения: разница между Землей и Ураном или Нептуном огромна: эти миры в четыре раза больше Земли в радиусе. Поэтому больше на 60% может показаться не таким уж и преувеличением, но высока вероятность, что мы обнаружим твердую планету с тонкой атмосферой, которая будет обладать свойствами газового гиганта: большой оболочкой из легких атмосферных газов. По факту, есть очень узкое окно, которое стоит считать «земным типом» по размеру планеты, и отклонение более чем на 10-20% от земного размера будет слишком большим.

Однако есть все причины полагать, что планеты земного типа довольно распространены. Последние результаты телескопа Кеплер показывают, что в диске Млечного Пути есть как минимум 17 миллиардов планет размером с Землю, и по крайней мере несколько процентов звезд будут иметь хотя бы один мир земного типа под боком. Хотя наша конечная цель — это, конечно, найти мир с развитой биологической жизнью — желательно мир с жизнью во время кембрийского взрыва — наши мысли всегда возвращаются к двойнику Земли. Но такой двойник, даже если он существует, может быть вовсе не самым лучшим местом для поиска.

Наше Солнце — это звезда G-класса возрастом 4,6 миллиарда лет. Хотя мы думаем, что она одна из самых обычных, это не так: наша звезда массивнее 95% всех звезд. М-карлики, маленькие красные звездочки, представляют собой самый распространенный тип звезд во Вселенной: три четверти всех звезд представлены М-карликами. Океаны на нашей планете вскипят через миллиард лет, но М-звезды будут гореть при стабильной температуре десятки триллионов лет.

«Кеплер» нашел много планет земного типа возле этих М-звезд, которые располагались в подходящих местах для пребывания воды на их поверхности в жидком состоянии и масса которых вполне подходила под земное определение. И хотя М-звезды чаще выдают вспышки, а планеты рядом с ними должны находиться ближе, они также обеспечивают более стабильное окружение для своих планет, с меньшим ультрафиолетовым излучением и повышенной защитой от жестоких проявлений межпланетного и межзвездного космоса. Приливные силы от их звезд тоже сильнее, а их сокращенные орбитальные периоды предоставляют им простой способ генерировать большое магнитное поле, возможно, защищающее от вспышек.

Эти системы довольно распространены, а системы с двойником Земли — нет. Что же нам нужно для истинного «двойника»? Прежде всего нам понадобится звезда вроде Солнца. Это значит, что звезда должна быть не только того же температурного и спектрального класса, но и примерно того же возраста. Чтобы жизнь развивалась и развилась во что-то интересное, нужно время, а значит, нам нужна звездная система, которой много миллиардов лет. Но и слишком долго мы ждать не можем, потому что по мере старения звезд область ядра, соединяющая водород с гелием, растет, и выходная мощность увеличивается (а вместе с тем яркость и температура). В конце концов, планеты (как Земля), которые когда-то были пригодными для жизни, станут слишком горячими, кипятящими воду и не дающими жизни развиваться.

Допустим, у нас будет окно в 1-2 миллиарда лет, что примерно 10% от жизни звезды. В нашей галактике около 200-400 миллиардов звезд, и около 7,6% из них — звезды G-класса, как и наше Солнце. Несмотря на то, что наше Солнце более точно классифицируется как звезда G2V, из этого все равно следует, что около 10% всех звезд G-класса будут такого же типа, как наше Солнце. Если брать по верхней кромке, существует 400 миллиардов звезд, 7,6% из которых G-класса, 10% из которых — того же подкласса, что и Солнце, 10% из которых — нужного возраста для интересной жизни. Это 300 миллионов звезд. Но даже тогда не у всех из них будет достаточное количество тяжелых элементов для создания земного мира.

Выше вы видите спектр Солнца. Другими словами, эти линии, которые вы видите, представляют самые разные атомы и их соотношения. Их много на Солнце, и у них весьма специфические соотношения. Показатель того, что не является водородом или гелием, но синтезирует материалы на Солнце, астрономы называют металличностью. Если мы хотим планету земного типа, нам нужна звезды с металличностью по типу солнечной. Это не так уж плохо; до 25% звезд, которые сформировались в то же время, что и наше Солнце, были промежуточными звездами I популяции, и многие из них (возможно, около 15%) имеют такую же металличность, что и наше Солнце.

Выходит, в нашей галактике 11 миллионов звезд как наша, с таким же показателем тяжелых элементов. Сколько из этих 11 миллионов солнечных «близнецов» имеют своих земных близнецов в обитаемых зонах?

Нам нужно сформировать твердую планету подходящего размера с достаточным запасом элементов, правильным количеством воды и в нужном месте, чтобы она могла считаться близнецом Земли. Все эти проблемы взаимосвязаны. Можно было бы подумать, что если центральная звезда будет иметь правильное содержание элементов, то и образующиеся планеты должны иметь такие же отношения плотности к радиусу, как в нашей Солнечной системе. Но если у вашей планеты будет на 20% больше радиус, чем у Земли, вы наверняка получите конверт легких газов — водорода и гелия — который будет укрывать вашу планету, даже если вы будете во внутренней части Солнечной системы.

Мир, который на 60% больше Земли, будет больше ее в пять раз по массе, а это слишком много, чтобы быть твердой планетой с тонкой атмосферой. Если мы снова прокрутим все оценки, мы получим от сорока до сотни тысяч планет земного типа с орбитами земного типа возле звезд солнечного типа. На 400 миллиардов звезд шансы будут чрезвычайно узкими.

И помните, что настоящая цель поиска таких планет — это поиск миров, способных поддерживать жизнь земного типа. А если цель именно такова, не ищите «двойника» Земли; лучше искать планеты поменьше возле звезд М-класса. Лучше искать миры земного типа в потенциально обитаемых зонах вблизи звезд. Таких вариантов будет намного больше.

Найти двойника Земли в космосе может быть невозможно

24 комментария Оставить свой

  1. DHNWE

    Вообще-то подобными Солнцу характеристиками обладает куда более широкий диапазон звёзд (классы F7-K1), а не только G2. В любом случае, M-звёзды - это очень плохой вариант для нормальной жизни, почитайте об этом хотя бы на Википедии.

    • BEBEL

      DHNWE, Какие М звезды, когда даже в стране жизнь нормальной назвать нельзя

  2. spl44

    ...
    - Илл! - тихо позвала она. - Ты никогда не задумывался.., ну.., есть ли люди на третьей планете?
    - На третьей планете жизнь невозможна, - терпеливо разъяснил супруг. - Наши ученые установили, что в тамошней атмосфере слишком много кислорода.

    Марсианские хроники.Рэй Брэдбери.

  3. spl44

    Если перед ученым сообществом стоит задача найти жизнь, - не надо искать людей. Жизнь конечно же не ограничивается условиями благоприятными землянам. Это было бы сродни представлениям о том, что земля плоская и стоит на трех слонах.

    • HotReboot

      spl44, Дело не в людях, а в углероде. Из-за единственного элемента который может создавать полимерные цепочки которые приводят к огромному количеству соединений. Ни один другой элемент не способен на такое. Неорганических соединений 100 тыс. в отличии от органических в более 8 млн. А что бы было так много соединений нужны именно такие параметры зоны Златовласки. Кстати статей много о подсчёте возможных миров, но, почему-то, только в более развёрнутых есть такая оговорка, что значительная часть звёзд это ближе к центру галактики, но чем ближе тем жестче излучение и просто не одно соединение кроме свинца там не сможет существовать.

      • spl44

        HotReboot, Где-то читал, что у кремния преимущество в создании устойчивых соединений нежели у углерода. Можно найти жизнь (предположительно), которой не нужен будет кислород или умеренные температуры, для которой высокий порог радиации будет нормой и т.д. Сейчас об этом приходится говорить неаргументировано, но есть большая вероятность того, что вариаций жизни велико.

        • HotReboot
          • spl44

            HotReboot, Спс за ссылку. Исходя из этой статьи вики, следует, что разумная жизнь (развитая) была бы неспособна на длительную эволюционную историю при других составляющих (кремний-водород, фосор-азот...), которые в нужных пропорциях и связях крайне редко встречаются и нестабильны. С научной точки зрения это несомненно так. Но на том ли этапе находится современная биохимия, чтобы всецело полагаться на нее? Иначе, я боюсь, во Вселенной вряд ли найдется мир, похожий на наш настолько, чтобы на нем появилась (и развивалась) жизнь, похожая на земную, как единственно возможную.

            • HotReboot

              spl44, А вам это очень важно, чтобы он был? ;-)

              • spl44

                HotReboot, Да. Конечно. Так же как и Вам. Думаю его обнаружение - это вопрос только времени (и наверняка еще долгого). Конечно таким как земной он не будет. Поясню мотивацию, почему для нас это важно. Смотрите, Вы родились и часть своей жизни прожили на острове, затем узнаете, что рядом есть еще суша и она досягаема. Каковы Ваши действия? А, главное, что побудит Вас поступить именно так? Познание и освоение нового - это залог самосохранения нашего вида (этот механизм всегда помогал выживать). Как только решим, что Земля - наш вечный дом, - скопытимся на ней, как динозавры. Чтобы этого не случилось - нужен очередной толчок, очевидный повод двигаться дальше. Поэтому "это" очень важно и мне, и Вам, и остальным.)

                • HotReboot

                  spl44, И где мотивация искать их? У вас и в примере только суша. Для достижения новых планет нам не нужна мотивация в виде инопланетной жизни - у нас её и так выше крыши. А обнаружение чужой жизни ещё неизвестно каким боком нам встанет Да и разумна ли она окажется? Так что вы переоцениваете нужность.

                  • spl44

                    HotReboot, Ну что же тогда Луну до сих пор не обжили? Последний раз там были более 40 лет назад. В те далекие времена многие считали, что к 2000 году полетим на Марс. А мы до сих пор тут. К программе Аполлон привела космическая гонка. Что приведет нас туда снова? Что приведет на Марс или Европу? Камень в космосе давно не привлекает электорат и, главное, инвесторов. А насчет того безопасна ли будет встреча - не знаю, считаю она неизбежна.

                    • HotReboot

                      spl44, Зачем обживать Луну если и ищут Землеподобную. И близка, что она, что Марс она. Если валить то подальше.

  4. Din

    Надо искать планету поменьше Земли, ведь у той же Венеру, не смотря на относительно небольшую массу, уже начали появляться признаки "газообразности" - чрезвычайно плотная атмосфера, высокое давление и температура. Что уж говорить о планетах по массе больше земной.

    • DHNWE

      Din, Ну, недра маломассивных планет остывают быстрее, из-за чего пропадает магнитное поле и тектоническая активность, как это случилось с Марсом. А вот более массивные планеты имеют обратную тенденцию, что довольно хорошо для жизни. Но и слишком большой масса тоже не должна быть, это очевидно.

      • Din

        DHNWE, Вообщем надо искать планету размером с Землю, не меньше не больше.

  5. uran

    Ок, гугл, найди двойника Земли

  6. storm X

    что со шрифитом на сайте? он какой-то жирный курсив..

  7. ART33

    А на Земле - разве это жизнь ?

  8. DV

    Автор вообще понимает бессмысленность выражения "может быть невозможно"?

  9. MasterPeace

    Космос - бесконечен. А, значит, по теории вероятности там можно найти всё, что только захочешь: от яишницы до второй Земли времен Второй Мировой.

    • Falloutrulezz

      MasterPeace, Чушь собачья и домыслы. "Множество действительных чисел бесконечно, а значит, там можно найти бесконечное множество нулей." Бесконечность не перечеркивает возможность уникальности отдельно взятых элементов. Да и разве Вселенная бесконечна? Вроде атомов во Вселенной ограниченное количество.

    • DHNWE

      MasterPeace, Вселенная не бесконечна! Если она имеет форму сферы, то её радиус - 13,5 млрд. световых лет.

  10. Admin

    Kepler-452b:
    "Сама планета ненамного больше нашей Земли, а ее радиус на 60% больше."
    но
    "Мир, который на 60% больше Земли, будет больше ее в пять раз по массе, а это слишком много, чтобы быть твердой планетой с тонкой атмосферой."

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.