Опубликовано: 15/01/2021
(Обновлено: 15/01/2021)

Орбитальный телескоп Кеплер на конец 2020 года обнаружил в соседних звездных системах больше 4000 кандидатов в экзопланеты, и если перенести на эти далекие миры свойства Солнечной системы, то число спутников у этих экзопланет должно исчисляться десятками тысяч.

Должна ли потенциально обитаемая луна экзопланеты находится в зоне обитаемости звезды?

При этом, число лун, хотя бы условно пригодных для жизни, может оказаться примерно равным общему числу обнаруженных планет, ведь, не забываем – возле одной “удачной” планеты может обращаться больше 1-ого потенциального обитаемого спутника. Правда, я бы не стал все же рассчитывать на слишком фантастические цифры. Ведь, скорее всего, в благоприятном месте в зоне обитания звезды уместится орбита только одной планеты.

Можно ли найти жизнь на экзопланете

Даже если вновь открытая экзопланета и окажется необитаемом, жизнь вполне может существовать на одном из её спутников.

Хотя при этом, стоит помнить и о том, что спутники планет за счет наличия дополнительных источников энергии могут в буквальном смысле “продлить жизнь” на своей поверхности, хотя бы за счет наличия приливных сил “материнской” планеты. Если луна обращается вокруг небольшой планеты, вклад приливных сил будет невелик, и луна (при наличии атмосферы и других условий, конечно) окажется как бы в той же зоне обитаемости, что и планета. А вот для газового гиганта, луне, лучше находится подальше от звезды, как бы за пределами классической обитаемой зоны.

Другие факторы, влияющие на обитаемость луны – отраженное планетой излучение, собственное тепловое излучение планеты, периодический уход в тень.

Обитаемая зона звезды и обитаемая зона материнской планеты

Влияние различных факторов на обитаемость далеких лун обсуждается в серии статей Рене Геллера, сотрудника Института астрофизики им. Лейбница и Рори Барнса, сотрудника Университета Вашингтона. Они предложили идею зоны обитания вокруг материнской планеты по аналогии с зоной обитания вокруг звезды, просто на меньшем масштабе и для меньшего тела.

Определение такой зоны сложнее, так как она не зависит практически исключительно от излучения центрального тела и расстояния до него. Снизу, однако, зону обитания для луны можно указать за счет довольно точного знания энергии, необходимой для глобального парникового эффекта, как на Венере.

Излишнее испарение воды из океанов может увеличивать количество парникового газа в атмосфере, в конце концов иссушая небесное тело, вся вода которого испаряется и затем разрушается под действием излучения звезды. Легкие атомы водорода улетучиваются в космос, и на самом спутнике не остается даже материала для образования новых молекул воды.

В случае спутника более крупной планеты необходимо принять во внимание излучение звезды (зачастую главный и хорошо понятный источник энергии), затем – гравитационное поле планеты (также хорошо известное за счет изучения орбиты планеты и ее влияния на звезду), но небольшое влияние остальных факторов может оказаться последним, решающим, попади луна на границу зоны обитания.



Для планет эти факторы несущественны – энергия, получаемая Землей от Луны в виде отраженного солнечного света и приливов не играет никакой роли в энергетическом балансе планеты. Однако ведь Земля на лунном небе сияет в 50 раз ярче, чем Луна на земном.

Кроме оптической составляющей, присутствует инфракрасная – переизлучение накопленной тепловой энергии. Если на место Земли поместить газовый гигант – например, Юпитер, а на место Луны очень близкий к планете спутник – например, Ио, то он будет получать от планеты в виде излучения около 7 ватт на квадратный метр. Земля же получает 240 от самого Солнца. Очень не малый вклад!

Обратный эффект достигается при затмении звезды планетой. Для очень близкого спутника общая потеря энергии из-за периодического захода в тень может составить более 6%. Однако большее значение имеет не общая потеря, а особенности, вызываемые периодическим потемнением.

Большая часть лун захвачена приливными силами, поэтому одна их часть постоянно обращена к планете – именно она и будет подвергаться затмениям. Это может создать сложную структуру воздушных потоков, а живые организмы, кроме частых резких перепадов температуры, должны быть приспособлены к быстрым и нерегулярным сменам дня и ночи.

В целом же луне придется быть немного ближе к звезде, чтобы компенсировать потери энергии. Это приведет к усилению гравитационного воздействия звезды, возмущающего орбиту спутника планеты. Возмущение, скорее всего, вызовет увеличение эксцентриситета орбиты. Двигаясь по орбите с заметно переменным расстоянием от притягивающего тела, луна подвергнется более сильному приливному воздействию. Это может либо сделать довольно близкий к планете спутник необитаемым (Ио, например, испещрена вулканами), а далекий, напротив, “утеплить” достаточно для зарождения и поддержания жизни.

пригодный для жизни спутник экзопланеты

Вероятность потенциальной «обитаемости» экзопланеты – цифра очень призрачная. Но потенциальная обитаемость луны такой экзопланеты – вообще за пределами вероятности…. Но ведь у каждой экзопланеты может быть по несколько лун… и таким образом, шанс найти на одной из них вполне приемлемые для жизни условия – не так уж мал

Не только зоны обитания, но и множество других факторов

Жонглируя расстояниями между луной и планетой и между этой парой и звездой, надо принять во внимание еще один фактор. Если система планета-луна приближается к звезде (чтобы нивелировать потери энергии при затмениях), то луне нужно приближаться к планете. В противном случае она может оказаться в сфере влияния звезды, а не планеты.

Таким образом, чем ближе пара к звезде, тем меньше свобода выбора высоты обиты луны. Этот фактор особенно важен для карликов – маленьких, тусклых звезд. К ним надо быть поближе, иначе не хватит никакого тепла. Для красного карлика размер обычной зоны обитания составляет всего треть высоты орбиты Меркурия. Но масса такой звезды хоть и не на много, но все же меньше, чем у Солнца. Из-за этого все спутники планет обращаются по очень низким орбитам и шансы найти среди них обитаемый очень малы.

Если же масса звезды в пять раз меньше солнечной, то ее излучение так слабо, что внутри зоны обитания все спутники должны располагаться слишком близко к планетам и как следствие – мощные приливные силы сделают их вулканическими мирами.

Лишние ограничения накладываются на свойства луны и ее орбиты, если мы хотим найти на ней не только простейшие формы жизни. Европа и Энцелад, например, с их подледным океаном, могут поддерживать такую жизнь.

Однако для развития разумной жизни недостаточно подледного океана – вода должна быть на поверхности. Сама поверхность при этом должна быть защищена магнитным полем, спасающим от космического излучения, выбросов звезды и частиц, движущихся в магнитном поле планеты, если это газовый гигант, особенно такой “агрессивный”, как наш Юпитер.

Толстая атмосфера также необходима, а для этого уже нужен достаточно крупный объект, чья масса вообще способна удержать атмосферу, а жидкая мантия создать магнитное поле. А с этим уже не все так просто – в Солнечной системе, например, крупнейший спутник Ганимед имеет лишь 2.5% земной массы, тогда как для обитаемой луны ее масса должна быть хотя бы примерно сравнима с земной.

В итоге, мы приходим к тому же финал, что и с экзопланетами. Начав с бравурного “тысячи обитаемых миров”, мы очень скоро приходим к очень и очень скромным результатам. Обитаемые луны у далеких экзопланет могут существовать – в самом этом явлении нет ничего фантастического. Но вот количество критериев, которые должны совпасть, чтобы сказка стала былью – на практике оставляет очень маленькое пространство для выбора.


По материалам space.com