К вопросу о поверхности планет-гигантов.
Классическое утверждение о том, что у газовых гигантов "нет поверхности", а их "атмосфера на глубине постепенно переходит в жидкое состояние", создаёт ложное впечатление. Следует прояснить ситуацию.
Поверхность - граница фаз - у Юпитера не только есть, но она ещё и вовсе не так далеко от его видимой поверхности (то есть верхней границы) облачного слоя, как о том иногда почему-то думают.
Всё просто. Как мы уже говорили тут, "постепенность перехода" между жидкостью и газом означает, что вещество переходит в закритическое состояние:
Сверхкритический флюид (СКФ), сверхкритическая жидкость — состояние вещества , при котором исчезает различие между жидкой и газовой фазой. Любое вещество, находящееся при температуре и давлении выше критической точки , является сверхкритической жидкостью. Свойства вещества в сверхкритическом состоянии – промежуточные между его свойствами в газовой и жидкой фазе.
СКФ отличается от газа довольно заметно. В частности, СКФ характеризуется способностью прекрасно растворять в себе твёрдые вещества (не говоря уже о газообразных), в связи с чем часто используется в технике. Конечно, следует учитывать, что неполярные СКФ будут растворять с большей охотой органику, а полярные - соли, но это и для жидкостей свойственно.
Так вот, как известно, атмосфера Юпитера состоит в основном из молекулярного водорода и меньшего количества гелия. Критическое давление для водорода составляет всего около около 12 атмосфер. Критическая температура для водорода - всего лишь 33 К, то есть она заведомо превышена даже в верхних слоях атмосферы Юпитера. У гелия критическое давление примерно такое же, а температура - вообще 5 К!
Одним словом, уже на глубине менее 100 км под видимой поверхностью облаков, фактически, атмосфера как таковая заканчивается и начинается океан - вернее, квазиокеан из сверхкритической водородно-гелиевой жидкости.
В ней прекрасно растворяются все органические вещества, в том числе высокомолекулярные. Температура раздела фаз - поверхности квазиокеана - составляет всего лишь около 200 градусов Цельсия.
Если дальше погружаться вглубь, то в итоге мы достигнем уровня, на котором и аммиак и вода переходят в закритическое состояние. Они, будучи полярными растворителями, способны удерживать в растворе и минеральные вещества (впрочем, их там вряд ли много). Так как все виды СКФ легко смешиваются между собой (поверхностного натяжения, как в жидкостях, там нет), это позволяет уже взаимодействовать любым веществам с любыми. Там, в глубине, состав океана оказывается уже весьма сложным.
Как мы уже говорили, когда речь шла про Венеру, причина, по которой мы считаем, что основой живого могут быть только жидкости, заключается в их способности растворять в себе множество веществ, предоставлять им, так сказать, "площадку для взаимодействия". Так вот сверхкритические жидкости в этом отношении непринципиально отличаются от обычных. Но тогда почему бы не существовать жизни именно там, в колоссальном океане Юпитера?
Метки: #планеты , #планеты солнечной системы , #жизнь во вселенной , #внеземная жизнь , #альтернативная биохимия , #инопланетная жизнь , #s-теории , #Юпитер , #Сатурн , #зонд галилео ,
Основные элементы жизни - водород, углерод, кислород и азот, и даже сера с фосфором, имеются уже и в атмосфере Юпитера. В квазиокеане их явно больше. По сути, нам неизвестны причины, по которым нечто в этом духе - жизнь на основе СКФ - было принципиально невозможно.
- Пожалуй, единственная очевидная сложность - это источник энергии. Для земной жизни таковым является солнечное излучение. Но на такой глубине в атмосфере Юпитера о солнечном свете говорить смешно (да он и исходно на уровне юпитерианской орбиты довольно слаб). Там, правда, есть тепло самой планеты: Юпитер вырабатывает его больше, чем получает от Солнца... Но для использования этого источника энергии нужна не просто высокая температура - нужен градиент температур.
Но ведь там граница фаз! В ситуации, когда в водородно-гелиевой сверхжидкости присутствует куча растворённых веществ (по крайней мере, их больше, чем в газе), а в газовой оболочке над ним их нет или гораздо меньше, неизбежно существование границы плотности*. А она, скорее всего, подразумевает и некоторое различие по температуре - небольшое, но всё же. Его, в принципе, можно использовать...
В этом случае местные продуценты - аналог растений - будут жаться именно к поверхности океана. К их скоплениям будут стремиться травоядные, а к скоплениям травоядных - хищники, если они там есть.
Разумеется, кислородное дыхание в юпитерианских условиях невозможно. Для того, чтобы создать биомассу, живым организмам нужно будет избавляться от излишков водорода, а не кислорода. Если условное уравнение фотосинтеза земных растений можно представить как
CO2 + H2O + энергия => (CH2O) + O2
где (CH2O) - обобщённая формула биомассы, то юпитерианский "термосинтез" будет в этом случае идти по варианту
CH4 + H2O + энергия => (CH2O) + 2 H2
Правда, вода и метан там не самые распространённые вещества (есть, но это не водород и гелий), а градиент температур между квазиокеаном и атмосферой окажется совсем небольшим. Но зато площадь поверхности, не говоря уже об объёме квазиокеана, будут воистину колоссальны, на порядки превосходя то, с чем мы имеем дело на Земле. Так что, возможно, из этого что-то и могло бы получиться.
Теоретически "Галилео" в этом океане должен был утонуть. Но, скорее всего, для него граница фаз оказалась столь же незаметной, как граница фаз для советских "Венер", которые вообще-то тоже в процессе посадки на Венеру на определённом уровне пересекали подобную поверхность, попадая из атмосферы горячего углекислого газа в квазиокеан из углекислой сверхкритической жидкости...
Сноски:
** Ну вот, к примеру:
Пикноклин — резкий скачок плотности воды на глубине ...
Пикноклин играет важнейшую роль в жизни Мирового океана. В слое скачка плотности (глубина его залегания колеблется от 25 до 100—120 м) вертикальные градиенты плотности могут достигать весьма больших значений, и в этих случаях он играет роль ... «жидкого грунта», на котором могут сосредоточиваться не только планктонные, но и более крупные организмы.
И это у нас, где разница в плотности слоёв воды по-любому несравнимо меньше, чем между газом и СКФ с учётом химического состава.
PS: Что касается Сатурна, то там, за небольшими отличиями, всё так же. Водорода больше, гелия меньше,"море" чуть глубже - но и только.
См. также:
