za_neptunie (za_neptunie) wrote,
za_neptunie
za_neptunie

Categories:

Где искать ближайшую вторую Землю ?

Земля


          Один из моих читателей уважаемый genby задал мне вопрос о том, какая близкая система из известных звезд является наиболее перспективной для поиска жизни. Поэтому я решил подробно изложить свои мысли по этому поводу. Сразу скажу, что точного ответа на этот вопрос у меня нет, так как в этой области пока существует очень много «белых пятен». В связи с этим я рассмотрю основные факторы, которые считаются важными для вопроса насколько уникальна земная жизнь и человеческая цивилизация.




    Спектральный тип


      Наше Солнце относится к G-типу (желтый карлик). Это редкий тип звезд — на него приходятся только несколько процентов звезд в галактике, тогда как основная часть звезд является красными карликами, возможность жизни у которых пока оспаривается.

Спектральные типы

      Спектральные типы. Источник.


      Звездная активность


        Наше Солнце является спокойной звездой. Считается, что на интервале в 6 часов её переменчивость изменяется в районе 10 ppm (1 ppm — это одна миллиона часть). С другой стороны наше Солнце на промежутках в десятки и сотни лет изменяет свою светимость на доли процента, что в теории может вызывать климатические изменения, как к примеру Малый ледниковый период. Кроме того считается, что в настоящее время наше Солнце обладает минимальной активностью за всё свое время жизни:



зависимость активности Солнца от его возраста

        Предполагаемая зависимость активности Солнца от его возраста. Источник.


        До недавнего времени ученые не умели измерять яркость звезд с очень высокой точностью. Существовали лишь теории, что Солнце - это обычный желтый карлик по параметру звездной активности. Однако измерения космического телескоп Кеплер показали, что это не совсем так. В среднем желтые карлики более «шумные», чем наше Солнце. Этот факт, стал одной из главных причин, почему телескопу Кеплер не удалось пока найти у желтого карлика достоверный аналог нашей Земли.



активность желтых карликов по данным телескопа Кеплер


         Активность желтых карликов по данным телескопа Кеплер. Даны три разных гистограммы в зависимости от температуры звезды. Крестом отмечена активность нашего Солнца. Источник.


          Красные карлики являются в среднем более активными звездами, чем желтые карлики. Для них характерны мощные вспышки, которые теоретически могут помешать образованию внеземной жизни. С другой стороны существуют исследования, которые показывают, что даже самые мощные вспышки на красных карликов не являются критичными для наличия биосферы.


        Период вращения



          Как известно наша Земля вращается с периодов в 24 часа. Похожий период вращения у Марса, в то время, как у более внутренних планет - Меркурия и Венеры период вращения составляет больше сотни дней. Вероятное объяснение этому в том, что приливные силы Солнца стремятся затормозить вращение планет Солнечной Системы. Из этого следует, что планеты в зонах жизни меньших по размеру звезд (красных и оранжевых карликов) имеют очень большие периоды вращения или вообще приливно заперты (наподобие нашей Луны). По этому поводу одни теоретики предполагают, что атмосферы на таких планетах должны вымерзать на ночной стороне, другие говорят, что за счет постоянной циркуляции тепловая инерция атмосферы должна выравнивать температурные контрасты на всей поверхности приливно запертой планеты. В качестве такого примера приводится соседняя Венера, где период вращения составляет 224 суток, в то время как атмосфера совершает полный оборот всего за 4 дня. Теоретические расчеты об этом можно посмотреть в этой статье.


       Наличие гигантского спутника


Луна



        Как известно, Земля уникальна среди внутренних планет Солнечной Системы не только наличием жизни, но и самым «крупным» спутником (в относительном размере) среди всех 8 планет Солнечной Системы. Единственный похожий случай наблюдается в поясе Койпера — система Плутон-Харон, где в отличие от системы Земля-Луна приливно-запертыми телами являются оба тела системы. Во всех других случаях, спутники на порядки меньше своих планет. Наиболее правдоподобное объяснение механизма образования Луны и Харона в том, что они образовались не из протоспутникового диска, а после гигантского столкновения с самой планетой.



Теория образования Луны

         Теория образования Луны. Источник.


         Наличие крупного спутника в системе Земли вероятно приводит к мощному приливному разогреву недр нашей планеты. Следствием этого является подержание металлического ядра в жидкой форме, что приводит к образованию мощного магнитного поля. Это поле защищает нашу планету от космической радиации. Из всех четырех внутренних планет подобное поле кроме Земли наблюдается лишь на Меркурии (в этом случае оно вероятно поддерживается приливными силами Солнца). Другим важным следствием приливного разогрева Земли вероятно является глобальная плитовая тектоника, которая приводит к постоянным процессам обмена вещества между поверхностью и мантией. Глобальная плитовая тектоника не наблюдается на других планетах Солнечной Системы.


   Кратность звезд




Планета у двойной звезды

    Источник.


    Наше Солнце является одиночной звездой. Последние сомнения в этом фактически были развеяны космическим телескопом WISE, который был способен обнаружить во всей сфере притяжения Солнца даже крупную планету массой с наш Юпитер. Среди желтых карликов одинокость наблюдается лишь примерно в половине случаев. До открытия первых планет многие астрономы предполагали, что планеты в двойных звездах большая редкость, по причине постоянных гравитационных возмущений от нескольких звезд в системе. Только совсем недавно новые телескопы смогли прояснить этот вопрос. Об этом подробно я писал здесь. Планеты в кратных звездных системах бывают двух типов: когда планет(ы) вращаются вокруг одной из звезд двойной или когда планет(ы) обращаются вокруг сразу двух или более звезд. По первому типу из последних открытий планет следует, что при уменьшение большой полуоси звездной двойной от 1000 до 10 а.е. встречаемость планет в по сравнению с одиночными звездами уменьшается от 2 до 5 раз. По второму типу встречаемость планет не хуже, чем у одиночных звезд. Все это говорит, что образование планет в кратных звездных системах идёт почти также активно, как у одиночных звезд.


    Расположение в Галактике



    Наша Солнечная Система расположена в спиральной галактике, в промежутке между её спиралями. Считается, что это место является особенным — скорость вращения по галактической орбите там равна скорости вращения звезд в спиральных рукавах. Вследствие этого наше Солнце не должно проходить через галактические рукава. Галактические рукава являются опасным местом для жизни. Там происходит бурное звездобразование с частыми вспышками сверхновых звезд. В дополнение при пересечение галактических рукавов должны происходить близкие пролеты звезд, что может дестабилизировать облака Оорта и привести к мощной кометной бомбардировке планет Солнечной Системы.

     Значительную долю звезд рукавов галактики составляют массивные молодые звезды, время жизни которых ограничено несколькими миллионами звезд. В промежутке же между галактическими рукавами, где и находится наше Солнце, количество молодых звезд невелико. Ближайшие из них — Сириус, Эпсилон Эридана, Вега и Фомальгаут. Из палеонтологических исследований мы хорошо знаем, что время эволюции жизни на Земле составило несколько миллиардов лет, следовательно высокоразвитая жизнь у молодых звезд практически исключена.





коротационная окружность

      Источник.


     Другим важным свидетельством уникальности нашей планетной системы является почти полное отсутствие известных родственников нашего Солнца, родившихся с ним из одного протозвездного облака. Только совсем недавно был найден первый такой кандидат. Об этом я писал здесь. Сложность в поиске родственников Солнца говорит о том, что наша звезда образовалась в маломассивном звездном скопление из нескольких тысяч звезд. Из-за небольшой массы оно достаточно быстро рассеялось по галактической орбите. В то время, как очень массивные скопления остаются гравитационно стабильными в течение многих миллиардов лет (наиболее яркий пример этого — шаровые скопления).

     Технический прогресс в недалеком будущем позволит радикально уточнить вопрос о том насколько уникально положение Солнечной Системы в нашей галактике. Миссия космического телескопа Гайя сможет уточнить галактические орбиты около одного миллиарда звезд до 20 звездной величины.


      Химический состав


       Как известно изначально в ранней Вселенной был только один химический элемент - водород. С помощью термоядерных реакций в недрах звезд происходил синтез более тяжелых химических элементов вплоть до железа. Взрывы массивных звезд (это явление называется сверхновая) рассеивали эти элементы по галактике, а также синтезировали еще более тяжелые элементы, к примеру, уран и плутоний. В связи со всем этим химический состав звездных систем радикально различается. Если первые звезды были очень бедны тяжелыми элементами, то более старые звезды наоборот ими богаты. Ко второй группе и относится наше Солнце. Любая форма жизни на Земле включает в себя тяжелые элементы, образовавшиеся в недрах звезд. В связи с этим существует несколько теорий об уникальности жизни в зависимости от химического состава звезд. Во-первых предполагается, что мы возможно первая развития цивилизация, а другие пока еще не успели развиться из-за того, что их планетные системы более бедны тяжелыми элементами. Во-вторых, в случае бедности тяжелыми элементами затруднен процесс образования планет, так как для образования любой планеты необходимо железно-каменное ядро, которое бы смогло захватить из протопланетного диска уже более легкие элементы.





Основные химические элементы жизни


   Шесть основных химических элементов земной жизни. Источник.


   Поначалу поиски планет подтверждали вторую гипотезу. Во-первых поиски транзитных планет в шаровых скоплениях, состоящих из самых старых звезд в Галактике, не смогли открыть ни одной планеты. Во-вторых наблюдалась четкая корреляция встречаемости планет-гигантов в зависимости от химического состава их звезд. Чем звезды были менее богаты тяжелыми элементами, тем реже у них находили планеты-гиганты. Однако, когда поиски планет переключились на небольшие планеты, массой всего несколько масс Земли, то корреляция со звездным химическим составом наоборот практически исчезла. Более того, у некоторых очень старых звезд (и соответственно очень бедных тяжелыми элементами) найдены массивные каменные планеты, с плотностями сравнимыми с плотностью нашей Земли. Об эти открытиях я уже писал здесь, здесь и здесь.



  Образование планеты в зоне жизни


   Наша Земля находится почти посередине области, где возможно наличие на поверхности воды в жидкой форме. Изучение соседней планеты Марса также говорит, что несколько миллиардов лет назад жидкая вода там покрывала значительную часть поверхности. Современные теоретические работы не видят никаких препятствий в образование планет с такими орбитами у разных типов звезд. Только совсем недавно в этой области астрономы получили возможность перейти от теории к практике. Проще всего найти близнецы Земли у красных карликов. Предварительный анализ находок телескопа Кеплер говорит о том, что такие планеты встречаются почти у каждого красного карлика. С другой стороны, у телескопа Кеплера не хватило чувствительности для поиска аналогов Земли у желтых карликов. Тем не менее, астрономы не сдаются, и пытаются все же найти эти планеты в собранных данных. Из этих поисков следуют оценки, что такие планеты могут встречаться лишь у нескольких процентов желтых карликов. Еще более сложной задачей является поиск у аналогов Земли аналогов земной Луны, которая как я говорил выше, является важным фактором изучения уникальности земной жизни во Вселенной.



kepler-186f


    Художественное изображение планеты Кеплер-186f, наиболее похожей на Землю из известных экзопланет на данный момент. Источник.




    Биомаркеры


     Сам факт нахождения аналога Земли или даже аналога системы Земля-Луна лишь первый шаг в поиске там внеземной жизни. Самым весовым свидетельством наличия жизни на планете является обнаружение в ее спектре линии свободного кислорода. Свободный кислород в значимых количествах (несколько десятков процентов) наблюдается в Солнечной Системе лишь на Земле. Более того теоретики сходятся во мнение, что только биосфера может образовать атмосферу, богатую кислородом. Поэтому обнаружение четких спектроскопических линий кислорода в атмосферах экзопланет станет весомым свидетельством наличия там внеземной жизни. Справедливости ради можно сказать, что существуют работы, которые доказывают возможность образования свободного кислорода через небиологические механизмы.

     Получение спектров аналогов Земли является очень сложной технической задачей, и будет возможно лишь с помощью будущих телескопов. Также эти же телескопы смогут измерить период вращения планеты на основе фазовой кривой её фотометрии, построить глобальную карту поверхности, на которой будет возможно, к примеру различить океаны и материки по отдельности или сезонные изменения растительности.




спектр Земли


     Черная линия означает спектр Земли, полученный во время наблюдения лунного затмения. Красные отметки это теоретический спектр будущего телескопа E-ELT при наблюдение транзитного аналога Земли в 10 парсеках от нас. Источник.


    Экзотические звезды


     В последние годы кроме звезд главной последовательности теоретики изучают возможность наличия внеземной жизни у белых карликов. Об этом подробно я писал здесь. Белых карликов в Галактике сравнимое количество со звездами похожими на наше Солнце. Теоретические условия для жизни там сравнимы с земными. Более того, поиск и получение спектров близнецов Земли у белых карликов значительно проще, чем у любого другого типа звезд в связи с их небольшими размерами. Не исключено, что линии кислорода будут найдены в первую очередь в подобных системах. Нечто подобное уже было в истории астрономии, когда первые планеты у нейтронных звезд (пульсаров) были открыты раньше, чем планеты у обычных звезд.


       Сравнение нашей планеты и белого карлика.




      Молчание Вселенной


         Другой важный момент, который не даёт покоя астрономам — это поиск разумных радиосигналов, сигналов инопланетных лазеров или «сфер Дайсона». О реальных возможностях SETI я уже писал здесь. Из этого обзора следует, что служебные всенаправленные радиосигналы от похожих на нашу цивилизацию, мы пока не способны обнаружить даже от ближайших звезд. В случае, если инопланетяне специально излучают в сторону Земли, то шансы обнаружить этот сигнал уже велики. В этом случае остается лишь вопрос прослушивания неба на определенной частоте из миллиарда возможных частот, в определенный момент времени, в определенном направление неба. Очевидно, что такие поиски тесно связаны с техническим прогрессом, в основном с увеличением площадей радиотелескопов и вычислительных возможностей суперкомпьютеров. Кроме того, гораздо проще обнаружить нетепловое излучение радиационных поясов обитаемой планеты, чем сами искусственные сигналы внеземной цивилизации. Выше я уже говорил, что магнитное поле является важным индикатором биосферы. О поиске природного радиоизлучения от экзопланет я уже писал здесь и здесь.


         Другой важный момент, где находятся более развитые технологически внеземные цивилизации? Наиболее логичное объяснение в том, что они не хотят выходить на контакт, считая что от него им будут только неприятности, сравнимые к примеру, с передачей туземцам атомной бомбы.

          Возможно такие цивилизации создают «сферы Дайсона», полностью используя все излучение своей звезды. Поиск таких объектов осложнен тем, что их нужно уметь правильно отличить от огромного количества молодых звезд, которые окружены облаками пыли. В связи с этим, эти молодые звезды также, как и гипотетические «сферы Дайсона» излучают только в инфракрасном диапазоне.


           Или же таких сверхразвитых цивилизаций не существует, к примеру по причине ограниченности ископаемых ресурсов в любой из планетных систем.




       Эпилог


         Изложенные выше факторы говорят о том до сих пор остаётся огромная неопределенность в оценках распространенности биосфер в галактике, подобных земной. Пространство вариантов заключено между наличием такой биосферы почти у каждой звезды (за исключением молодых звезд и некоторых кратных звездных систем) до огромной их редкости. Чтобы найти истину в этих гипотезах необходимо почти у каждой близкой звезды произвести поиск планет похожих на нашу Землю, исследовать их спектры с целью определения химического состава атмосферы, а также тщательно изучить оптический и радио диапазоны на наличие искусственных сигналов в направление этой планетной системы. Пока в земные сети попадают в основном крупные планеты, которые проще всего обнаружить и исследовать. Будущие телескопы смогут проводить подобные исследования с похожими на Землю планетами. Эту работу можно будет сравнить со скрупулезным просеиванием песка у золотодобытчиков.




Эпилог

    Источник.

Tags: близнецы Земли, внеземная жизнь
Subscribe
promo za_neptunie july 10, 2014 20:36 8
Buy for 30 tokens
Число постов в блоге перевалило за сотню, поэтому я решил систематизировать их по различным тематиками. Это поможет мне и моим читателям быстрее находить в блоге интересную информацию. Последнее обновление от 4 августа 2014 года Венера Новая книга о Венере Венера-Экспресс готовится к…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 63 comments
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →