Могут ли существовать во вселенной планеты ещё более богатые жизнью, чем наша.
Опубликовано: 16/09/2020
(Обновлено: 16/09/2020)

Экзопланета, чтобы быть пригодной для жизни, вовсе не обязана располагаться в звездной зоне обитаемости, более того: даже планеты находящиеся в этой зоне, совершенно не обязательно действительно будут обитаемыми!

Но, вам не кажется, что терминология, разработанная учеными, словно исключает возможность существования планет, еще более пригодных для жизни, чем Земля? А ведь они, тем не менее, могут существовать.

До сих пор, когда речь заходила о поисках планет, пригодных для жизни, исследователи подразумевали планеты, похожие на Землю. Однако в январском номере журнала Astrobiology за 2014 г., канадский исследователь Rene Heller и американский John Armstrong опубликовали статью, ставящую под сомнение такой подход. Концепция, рассматриваемая авторами, получила название “Сверх-обитаемые миры” — Superhabitable worlds.

Планеты типа супер-земля могут быть супер-обитаемыми

Фантазия художника на тему обнаруженный в 2008 году, с помощью спектрографа HARPS на 3,6-метровом телескопе ESO в Ла-Силле в Чили, трех планет типа «суперземля». Они в 4,2, 6,7 и 9,4 раза больше нашей планеты.

Что такое “зона обитаемости” звезды?

Дело в том, что для поиска чего-то, нужен эталон. А какой может быть эталон для поиска планеты населенной некой формой жизни? Понятное дело – другая подобная планета. Так как Земля – единственная нам известная обитаемая планета, именно её и используют как эталон пригодности для жизни. Все поисковые инструменты нацелены на поиск планет, похожих на нашу Землю. Однако не исключено, что другие планеты, отличные от Земли, могут предоставить еще более подходящие условия для возникновения и развития жизни.

Первый шаг в описании такой характеристики как «обитаемость» был сделан Вевелом в 1853 году. То, что впоследствии развилось в идею «зоны обитаемости», он назвал «умеренной зоной Солнечной системы».

Более века спустя в 1959 году был представлен более общий подход к описанию “зоны обитаемости звезды“. Он уже включал дополнительные параметры: возраст и время эволюции звезды, динамическое взаимодействие в кратных звездных системах, орбиту звезды в галактике. Однако, наиболее известной стала концепция Кастинга, представленная в работе 1993 года. Основным критерием пригодности планеты для жизни по этой концепции является возможность наличия на ней воды в жидком состоянии.

Зона обитаемости, определяемая данным критерием, имеет очевидные как внешнюю, так и внутреннюю границы: граница внутренней зоны определяется возникновением парникового эффекта, приводящего к испарению водорода из атмосферы, а внешняя – вымерзанием CO2, приводящего к глобальному оледенению.

Зона обитаемости в примере для нашей Солнечной системы - ближе к Солнцу и пригодная для жизни атмосфера испариться, дальше - замерзнет

Зона обитаемости в примере для нашей Солнечной системы – ближе к Солнцу и пригодная для жизни атмосфера испариться, дальше – замерзнет



Все экзопланеты, обнаруженные до сих пор, либо находятся в поле излучения звезды, сильно отличном по интенсивности или спектральным характеристикам от того, в котором находится Земля, либо это супер-Земли с массами, превосходящими массу нашей планеты в несколько раз. В свете этого, астробиологи все интенсивней начинают заниматься изучением возможности возникновения экзотических в земном понимании форм жизни, способных возникнуть и выжить на таких “недружелюбных” планетах. Но, вообще говоря, не совсем очевидно, почему именно Земля считается эталоном жизнепригодности. Может быть, вместо того, чтобы искать особые формы жизни, стоит попробовать поискать непохожие на Землю сверх-обитаемые планеты?

Что же следует понимать под сверх-обитаемостью? Какими характеристиками может или должна обладать планета, чтобы получить преимущество над Землей?

Попробуем перечислить хотя бы несколько характеристик.

Характеристики сверх-обитаемой экзопланеты

Площадь поверхности, доступной для жизни: планета, близкая по размеру к Земле, однако с большей, чем у Земли, площадью поверхности, на которой вода может находиться в жидкой форме.

Полная площадь поверхности: Планета должна предоставлять больше пространства для жизни. То есть либо рельеф планеты должен быть менее ровным, либо планета должна быть крупнее. Одно из требований исключает другое. Верхнее ограничение на размер планеты, возникает из-за того, что значительно более массивная планета может не суметь избавиться от своей изначальной водородной атмосферы, что сильно осложнит развитие жизни. Так что, вероятно, сверх-обитаемая планета ненамного превосходит Землю в размерах.

Соотношение суша-океан: один из наиболее важных факторов. Ответ на вопрос об этом соотношении складывается из двух аргументов. Первый аргумент это факт, что мелкие воды представляют больше возможностей для развития и разнообразия жизненных форм, чем глубины океанов. Второй аргумент: устойчивость планеты к изменениям в поле излучения, обеспечиваемая, как ни удивительно, именно сухостью. “Сухие” планеты в случае возникновения избытка излучения от звезды (или располагающиеся на внутренней границе зоны обитаемости) менее склонны к испарению атмосферы, потому как влаги на них недостаточно, чтобы сделать воздух насыщенным и привести к эффекту испарения.

В то же время, находящиеся на внешней границы зоны обитаемости планеты менее склонны к глобальному оледенению, так как пониженная влажность уменьшает вероятность возникновения как облаков, так и снегопадов. Такие планеты, лишенные значительного пространства, покрытого льдом с высоким альбедо, будут лучше поглощать излучение, что так же будет препятствовать возможности глобального оледенения.

Таким образом, воды на сверх-обитаемых планетах должно быть относительно меньше, и распределена она должна быть во многих мелких водоемах, а не создавать один огромный океан.

Магнитное поле: чтобы жизнь на планете могла возникнуть и развиться, планета должна быть защищена от излучений высоких энергий, способных разрушать сложные органические молекулы. Защита может создаваться как глобальным магнитным полем, так и атмосферой. Чтобы планета обладала сильным магнитным полем, сохраняющимся миллиарды лет, у планеты должно быть жидкое вращающееся конвективное ядро.

Температура поверхности: на более теплой планете, чем Земля, жизнь сможет развиваться более эффективно. Однако, сокращение температурных зон и отсутствие арктических регионов также может послужить причиной уменьшения разнообразия видов. Предполагается, что сверх-обитаемая Земля лишь немного теплее, чем наша планета, тогда как более холодная планета может считаться менее пригодной для жизни.

Мультиобитаемость: звездную систему, в которой пригодными для жизни являются несколько планет или лун, можно считать мультиобитаемой. Обмен веществом, переносимым кометами и астероидами, между планетами может способствовать появлению новых жизненных форм и даже возникновению жизни на планете-соседке.

Характеристики сверх-обитаемой экзопланеты

Мы не знаем, как выглядит поверхность потенциально-обитаемой планеты, но вполне можем рассчитать базовые параметры такой планеты

Расположение в зоне обитаемости: сверх-обитаемая планета должна располагаться в центре зоны обитаемости, чтобы не испытывать угрозы либо глобального обледенения, либо испарения атмосферы.

Возраст: больший возраст пригодной для жизни планеты предполагает наличие на ней большего разнообразия жизненных форм. Также существует гипотеза (гипотеза Геи), по которой живые организмы перестраивают окружающие условия под свои нужды. На установление баланса между живой и неживой природой нужно время. Потому сверх-обитаемые планеты, вероятно, старше.

Звезда: солнце сверх-обитаемой планеты должно быть достаточно ярким, чтобы обеспечивать должное количество излучения в необходимом для фотосинтеза диапазоне. Излучаемый звездою ультрафиолет не должен быть ни слишком мощным, иначе он повредит молекулы, ни слишком слабым, так как он необходим для процессов синтеза. Звезда не должна быть слишком массивной, иначе срок ее жизни окажется недостаточен для проявления сверх-обитаемости планеты. Идеальным солнцем сверх-обитаемой планеты может считаться К-звезда.

Портрет экзопланеты, ещё более обитаемой чем Земля

Итак, планета земного типа, немного более массивная, чем Земля, но не более чем в 2 или 3 раза, скорее может оказаться обитаемой и даже сверх-обитаемой, благодаря более мощному магнитному экранированию высокоэнергетического излучения, большей площади, более ровной поверхности и как следствию – мелким океанам, возможности удержать более плотную атмосферу.

Звезда же, вокруг которой может вращаться такая планета  должна быть менее массивной, чем Солнце. Наиболее благоприятными являются звезды, относящиеся к спектральному классу К.

В свете этого, хочется обратить внимание на звезду Альфа Центавра B, относящуюся как раз к классу К1V. Эта звезда, входящая в состав двойной звезды Альфа Центавра, — ближайшая к нам звездная система. Вокруг этой звезды предположительно вращается планета, подобная Земле, с орбитальным периодом 3.235 дня. Система в Альфа Центавра представляет особый интерес для поиска пригодных для жизни и даже сверх-обитаемых планет.

Как наша Солнечная система оказалась довольно нетипичной для планетной системы, так и Земля может оказаться не особенно типичной для обитаемой планеты.

Первоначальный текст подготовлен по материалам:  «Superhabitable Worlds» Heller René and Armstrong John. Astrobiology. January 2014, 14(1): 50-66. doi:10.1089/ast.2013.1088, переработанный текст подготовлен по материалу: Ольга Кочина, сайт http://astrochemistry.ru/


Список источников литературы