В данной статье будут рассмотрены обязательные условия, которые на данный момент известны человечеству и необходимы галактике, солнечной системе и планете для зарождения/поддержания жизни.
Здесь будут рассмотрены 10 основных условий, если, конечно, однажды статья не пополнится:
l. Нахождение планеты в околозвездной обитаемой зоне[CHZ], способной поддерживать на планете жидкую воду.
Существует довольно узкий диапазон температур, в котором вода может находиться в жидком виде, и размер звезды во многом зависит от того, имеется ли на планете жидкая вода или нет.
Тяжелая, богатая металлами звезда позволяет иметь обитаемую зону достаточно далеко от себя, чтобы планета могла поддерживать жидкую воду на своей поверхности и при этом все еще могла вращаться вокруг своей оси.
Звезда, богатая металлами, такая как наше Солнце, очень массивна [массивнее 95% звезд], что перемещает обитаемую зону дальше от звезды.
Если бы Солнце было меньше, планете, чтобы иметь жидкую воду, пришлось бы находиться намного ближе к звезде, однако, если она будет к ней слишком близко, возникнет ситуация синхронного вращения, при которой планета станет непригодной для жизни.
[1]https://en.wikipedia.org/wiki/Circumstellar_habitable_zone
[2]https://en.wikipedia.org/wiki/Tidal_locking
[3]https://phys.org/news/2011-12-tidal-habitable-planets-inhospitable.html
2. Звезда, вокруг которой вращается планета, должна быть «массивной», чтобы предоставить широкую обитаемую зону «вдали» от самой звезды.
Этот пункт корректирует определенный нюанс пункта 1:
Звезды с массой 0,1 - 0,5 от солнечной составляют 75% звезд нашей галактики, среди которых есть Красные карлики, класс М, которые также могут иметь устойчивые обитаемые зоны на протяжении длительного времени, и вокруг них легче обнаружить планеты земного размера.
Однако планеты из-за малой массы звезды должны находиться ближе к ним, чтобы быть в обитаемых зонах этих звезд, что приводит к еще одной проблеме: Красным карликам классов М и К характерны сильные звездные ветра, солнечные вспышки и частные выбросы коронарной массы.
Все это приводит к слишком сильному воздействию излучения и потере атмосферы на потенциально обитаемых планетах.
Большая масса планеты и, следовательно, более сильная гравитацация, может сгладить подобную ситуацию, поскольку массивные планеты лучше удерживают газы и могут дольше поддерживать атмосферу самостоятельно.
Однако такие планеты удерживают более легкие газы, такие как водород и гелий, что препятствует формированию атмосферы, подобной земной, а повышенное давление будет препятствовать и формированию жидкой воды.
Таким образом, жизнь, даже на крупных и потенциально обитаемых планетах, находящихся в околозвездной обитаемой зоне недостаточно крупных и тяжелых звезд, вновь становится невозможной.
[1] https://www.mdpi.com/2075-1729/4/1/35
[2] https://www.cambridge.org/core/journals/international-journal-of-astrobiology/article/abs/on-the-probability-of-habitable-planets/B3B5368C97F1E15B0AA162E7CE47E999
3. Несмотря на вред сильного воздействия излучения, планете требуется его достаточное количество, так как оно необходимо для биохимических реакций.
Однако диапазон ультрафиолетового излучения, требуемый для поддержания жизни, также является очень узким — он должен быть достаточным для биохимических реакций, но недостаточным для разрушения сложных молекул углерода, таких как ДНК.
Только одно это требование означает, что звезда должна находиться в диапазоне звездной массы от 0,6 до 1,9 от солнечной — все прочие звезды делают развитие и поддержание сложной жизни невозможным.
https://www.mdpi.com/2075-1729/4/1/35
4. Другим требованием к обитаемым планетам является сильное магнитное поле, чтобы предотвратить потерю атмосферы планеты звездными ветрами.
Считается, что сильные магнитные поля частично создаются вращением планеты, однако планеты, чем они ближе к звезде, тем сильнее подвержены влиянию приливных сил, замедляющих их скорость вращения, что в особенности касается вращения планет вокруг Красных карликов.
Если вращение планеты сильно тормозится приливными силами, то любой потенциал значительного магнитного поля будет серьезно ухудшен, что приведет к потере воды и газов в атмосфере планеты из-за звездных ветров.
Для примера, мы видим это в нашей Солнечной системе на Меркурии и Венере, которые находятся ближе к Солнцу, чем Земля, имея очень низкие скорости вращения и, как результат, очень слабые магнитные поля.
Несмотря на то, что, например, Венера имеет очень плотную атмосферу, она очень сухая — это происходит из-за того, что УФ-излучение расщепляет молекулы воды, когда они поднимаются высоко в атмосферу, а затем водород теряется в космосе, в первую очередь, опять же, из-за звездного ветра.
[1] https://www.mdpi.com/2075-1729/4/1/35
[2] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019103501966175
[3] https://link.springer.com/article/10.1007/s11084-005-5010-8
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Tidal_force
Кроме того, помимо замедления вращения, приливные силы способствуют и нагреву планеты.
Это, в частности, несколько усложняет концепцию околозвездной обитаемой зоны, поскольку она определяется достаточной близостью к звезде, чтобы на планете могла быть жидкая вода[ввиду более высокой температуры], но не настолько близкой, чтобы вся вода испарялась.
Приливные силы вносят в эту концепцию новый и сильный фактор нагрева планеты, зависящий от приливных сил, которые могут привести к столь сильному нагреву планеты даже в обитаемой зоне, что потенциально обитаемая планета, фактически, будет полностью стерилизована.
Это значительно уменьшает реальную околозвездную обитаемую зону и вносит множество ложных данных об обитаемости, что делает приливы самой насущной проблемой в области поиска обитаемых планет.
[1] https://www.nature.com/articles/nature.2012.10601
[2] https://www.sciencedaily.com/releases/2011/02/110224091735.htm
5. Нахождение в галактической обитаемой зоне[GHZ].
Итак, звезда в конечном счете должна быть массивной. Но, в таком случае, откуда она берет тяжелые элементы, чтобы иметь высокую массу?
Она приобретает их от взрывов сверхновых, которые происходят, когда умирают определенные типы звезд — вот откуда берутся тяжелые элементы.
Однако, чтобы их собрать, звезде нельзя находиться слишком близко к умирающим звездам, так как система в таком случае будете поражена смертельной радиацией, взрывами и многими другими вещами, делающими возникновение жизни абсолютно невозможным.
Таким образом, чтобы получить тяжелые элементы от умирающих звезд, наша солнечная система должна находиться в галактической обитаемой зоне [GHZ], где можно собирать необходимые тяжелые элементы, но не подвергаться воздействию радиации и взрывов.
GHZ находится между спиральными рукавами спиральной галактики, но вместе с тем система не должна находиться слишком близко к центру галактики – он слишком плотный, там мы снова попадаем под смертельное излучение, делающее возникновение жизни невозможным.
Но также нельзя быть и слишком далеко от центра галактики – в этом случае звезда не получит достаточное количество тяжелых металлов, так как чем дальше мы находимся от центра галактики, тем меньше умирающих звезд.
Согласно исследованию, 90% всех существующих галактик во вселенной непригодны для жизни только по этой причине.[3]
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Galactic_habitable_zone
[2] https://www.youtube.com/watch?v=04JGa6NkwUk
[3] https://www.science.org/content/article/complex-life-may-be-possible-only-10-all-galaxies
6. Следующим требованием является наличие в солнечной системе других массивных планет, имеющих круговую орбиту.
Даже если наша планета находится в околозвездной обитаемой зоне, это не означает, что она останется в ней в будущем. Таким образом, необходимы массивные тяжелые планеты для влияния на потенциально обитаемую планету, чтобы сформировать и стабилизировать ее орбиту.
В нашей солнечной системе эту роль выполняет преимущественно Сатурн и Юпитер, благодаря которым Земля имеет невероятно круглую орбиту, колеблющуюся в пределах 147-152 миллионов километров от Солнца.
Если же, например, орбита Сатурна сместится хотя бы на 10%, это приведет к вытягиванию орбиты Земли на десятки миллионов километров, что повлечет ее выход из обитаемой зоны и истребит на Земле всю существующую жизнь.
[1] https://www.newscientist.com/article/dn26601-saturns-calming-nature-keeps-earth-friendly-to-life/#.VHJ5-J1jftL
[2] https://www.youtube.com/watch?v=HtjyUElU6n0
7. Стабилизация орбиты — не единственная функция других массивных планет.
Их наличие также необходимо, чтобы отклонять кометы и астероиды, которые могли бы поразить обитаемую планету, предотвращая вечный апокалипсис.
В нашей системе эту защитную роль выполняет преимущественно Юпитер, без которого астероид, уничтоживший динозавров, для Земли не был бы такой большой редкостью, а шанс на развитие сложной жизни в подобных условиях оказался бы околонулевым.
https://astrobiology.nasa.gov/news/without-jupiter-home-alone/
Также массивные соседствующие планеты должны иметь пояса астероидов правильной массы, предлагая планете потенциал для формирования жизни, обеспечивая ее «доставкой» воды и прочих органических соединений.
https://www.sciencedaily.com/releases/2012/11/121101131208.htm
8. Тектоника плит и наличие Луны.
Без Луны мы не имеем представления о том, как часто планеты могут иметь долгосрочную стабильность, необходимую для сложной жизни.
До тех пор, пока не произойдет лунообразующее столкновение, ответственное за формирование и влияние на тектонику плит, переход к аргументу «сухие числа» [о кол-ве планет во вселенной] полностью бесполезен.
Без тектоники плит на планетах могут появиться микробы, но они никогда не разовьются до сложной жизни. Без тектоники плит невозможна долгосрочная геологическая активность — исключая совсем редкие исключения вроде Энцелада Сатурна, вулканизм быстро затухает.
Кроме того, если планета не может произвести гранит, то у нее не будет и континентов, однако образование гранита является следствием нашего лунообразующего столкновения.
Марс не имеет гранита; все, что у него есть — вулканический базальт. Чтобы создать гранит, нужен планетарный процесс субдукции — тектонический процесс.
[1] https://pubs.geoscienceworld.org/gsa/books/book/2323/chapter/131987270/Links-of-planetary-energetics-to-moon-size-orbit
[2] https://www.sciencedaily.com/releases/2022/01/220121165552.htm
[3] https://www.forbes.com/sites/brucedorminey/2013/04/21/rare-earth-revisited-anomalously-large-moon-remains-key-to-our-existence/
Считается, что сложная жизнь на Земле развивалась в результате ее перехода от океана к прочным и устойчивым скальным образованиям, которые являются результатом тектонического воздействия.
Также тектоника участвует в генерации магнитного поля путем конвекции внешнего ядра Земли, защищая жизнь на планете от солнечного ветра.
Существует предположение, что благодаря тектонике плит допустима жизнь даже на планетах, не входящих в обитаемую зону, например, в океанах под ледяным покровом галилеевых спутников, таких как Европа.
Тем не менее для формирования жизни все еще необходим доступ к основным элементам, включая водород, кислород, азот, фосфор и серу — на Земле это также достигается тектоникой плит, чего нет у данных спутников.
Поэтому на данный момент мы имеем серьезные основания полагать, что без лунообразующего столкновения, способствующего устойчивой тектонике плит, полноценная жизнь на планете не может существовать, и это только начальная точка, не учитывающая всех остальных смертельных для возникновения сложной жизни факторов.
9. Состав планеты.
Каждое планетарное тело имеет собственное гравитационное поле, сила которого зависит от размера планеты и ее массы, определяющейся планетарным составом.
Чем больше тяжелых/плотных элементов планета имеет в своем составе, тем сильнее гравитация, а чем их меньше — слабее; и чем больше размер планеты при той же массе, тем более слабой будет и сила гравитации на ее поверхности.
Таким образом, даже если планета отвечает общим требованиям обитаемости, входит в обитаемую зону, имеет нужную силу магнитного поля, достаточное влияние приливных сил и прочего, все это будет бесполезно при ее неправильном планетарном составе.
При гравитации, сильнее, чем на Земле, атмосфера будет содержать слишком много метана и аммиака, а будь она слабее – тогда планета не сможет удерживать в атмосфере достаточное количество воды, что лишит планету возможности поддерживать сложную жизнь.
https://coldcasechristianity.com/writings/four-ways-the-earth-is-fine-tuned-for-life/
Кроме того, существует предположение, что состав планеты также важен для устойчивой тектонической активности, возможной лишь при наличии узкого диапазона тугоплавких и умеренно летучих элементов в составе планеты.
Один только этот пункт отсеивает сразу 2/3 от всех имеющихся экзопланет, так как они не могут поддерживать устойчивую тектонику.
[1] https://arxiv.org/abs/1706.10282v2
[2] https://www.researchgate.net/publication/318107078_Stellar_Chemical_Clues_As_To_The_Rarity_of_Exoplanetary_Tectonics
10. Размер Луны.
Допустим, лунообразующее столкновение все же произошло и потенциально-обитаемая планета теперь имеет Луну.
Но что насчет ее размера и массы?
Луна влияет на приливы и отливы, участвует в тектонической активности и, что самое важное, стабилизирует ось вращения нашей планеты.
При недостаточном размере Луны, ее гравитационное воздействие на планету было бы слишком мал'о, что дестабилизировало бы планетарные колебания.
Ближайший пример подобного состояния — Марс, имеющий хаотическое состояние с колебаниями оси от 0 до 60 градусов.
При 0 градусах планета полностью лишается сезонности, полюса становятся слишком холодными, а экватор — слишком горячим из-за круглогодичного влияния Солнца, что также создает ледяную ловушку для жидкой воды — вся она замерзает на полюсах, а на экваторе остается лишь безжизненная пустыня.
Слишком же большая Луна из-за приливных сил слишком сильно замедлила бы вращение планеты и навсегда обратила бы одну сторону Земли к Луне, что повлияло бы на магнитное поле, сезонность, и планета бы попросту лишилась воды и, в конце концов, возможности поддерживать жизнь.
Поэтому Луне, для поддержания жизни на планете, также требуется узкий диапазон размера и массы, иначе жизнь окажется невозможной.
Тем не менее, даже сам процесс формирования Луны правильного размера и массы, с необходимым на планету воздействием, кажется абсолютно невероятным, какую бы из моделей ученые не использовали.
Все это череда невероятных совпадений, от нужного размера, массы, состава небесного тела, столкнувшегося с Землей, состава планеты, угла удара и так далее — ни одна из моделей так и не смогла смоделировать создание Луны.
Диапазон условий настолько узкий, что шанс формирования правильной Луны, возможно, вообще равен нулю.
[1] https://www.nature.com/articles/504090a
[2] https://www.nature.com/articles/504027a
— — — — — — — — — — — — — — — — — —
Все это — лишь самые основные факторы, не учитывающие множества нюансов и менее значимых факторов, однако, накладываясь друг на друга, даже они делают создание сложной жизни практически невозможным.
Говоря о «сухих числах», одно из недавних исследований, исследующее 700 квинтиллионов земных экзопланет, показало, что на сгенерированной модели экзопланеты выглядят совсем иначе, чем Земля – они больше, старше и вряд ли могут поддерживать жизнь.
Эта работа предлагает альтернативу общепринятому предположению, что планеты, подобные Земле, должны существовать, основываясь лишь на огромном количестве планет.
Согласно этому исследованию, существование Земли представляет собой умеренную статистическую аномалию во множестве планет, и чисто со статистической точки зрения Земля, возможно, в принципе не должна существовать.
https://www.scientificamerican.com/article/exoplanet-census-suggests-earth-is-special-after-all/
– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –
Не забудьте подписаться на канал и поддержать его через описание группы.
Проект живет на пожертвования.
Связано: Библиотека со всеми материалами проекта.
https://vk.com/@pond_of_slime-podvodnaya-biblioteka
Проект: Pond of Slime
