У астрономов и астробиологов есть для этого фундаментальное понятие — зона обитаемости (зона жизни). Это условная область вокруг звезды, где на поверхности планеты земного типа может существовать вода в жидкой фазе — ключевое условие для жизни в том виде, в каком мы ее знаем.
Основой для определения границ зоны обитаемости служит баланс между энергией, которую планета получает от своей звезды, и энергией, которую она излучает в космос.
∘ Внутренняя граница определяется линией, за которой количество получаемой от звезды энергии вызывает неконтролируемый парниковый эффект. Вода испаряется, создавая плотную атмосферу из водяного пара, который хорошо пропускает видимый свет, но задерживает инфракрасное излучение. Это приводит к катастрофическому перегреву поверхности. Яркий пример — Венера, которая стала жертвой такого сценария, хотя и находится внутреннего края зоны обитаемости Солнца.
∘ Внешняя граница определяется расстоянием, на котором энергии звезды уже недостаточно для поддержания воды в жидком состоянии. При этом любая вода на поверхности замерзает. К примеру, Марс, который расположенный на внешнем краю зоны обитаемости Солнца, демонстрирует эту картину сегодня, хотя есть свидетельства, что в прошлом условия на нем были мягче.
Зона обитаемости — не фиксированное расстояние. Ее расположение и ширина напрямую зависят от типа, размера и светимости центральной звезды.
∘ Красные карлики (звезды M-типа): Самые распространенные звезды в Галактике. Их зона обитаемости очень узка и расположена крайне близко к звезде. Планеты в ней, вероятно, находятся в приливном захвате (одна сторона постоянно обращена к звезде, другая — в вечной тени). Кроме того, красные карлики часто отличаются высокой вспышечной активностью, что может разрушать атмосферы близлежащих планет.
∘ Желтые карлики (звезды G-типа, как наше Солнце): Имеют достаточно широкую и стабильную зону обитаемости, удаленную на комфортное расстояние. Земля — эталонный пример планеты в такой зоне.
∘ Яркие гиганты (звезды A и F-типа): Их зона обитаемости очень широка, но срок жизни этих горячих звезд слишком короток для развития сложной жизни по земным меркам (менее миллиарда лет).Нахождение в зоне обитаемости — лишь первый шаг к признанию планеты потенциально обитаемой.
Жизнь может найти себе пристанище и за пределами зоны обитаемости благодаря альтернативным источникам энергии.
∘ Приливный нагрев: Спутники планет-гигантов (например, Европа у Юпитера или Энцелад у Сатурна) испытывают мощное гравитационное воздействие со стороны своей планеты. Деформации их недр вызывают разогрев, который способен поддерживать глобальные подледные океаны жидкой воды — даже вдали от холодного Солнца, далеко за пределами классической зоны обитаемости.
∘ Атмосфера и парниковый эффект: Плотная атмосфера может быть эффективным теплоизолятором. Например, Титан обладает плотной азотной атмосферой и морями из жидких углеводородов, а в прошлом более плотная атмосфера могла сохранять жидкую воду на поверхности Марса.
∘ Внутренний нагрев планеты: Радиоактивный распад элементов в недрах планеты и остаточная тепловая энергия от ее формирования (как в случае с Землей) могут поддерживать геотермальную активность. Гидротермальные источники на дне океанов Земли, «черные курильщики», являются независимыми от солнечного света оазисами жизни.
Не менее важны другие геофизические и геохимические параметры:
1. Наличие магнитного поля для защиты атмосферы и поверхности от звездного ветра и космической радиации.
2. Стабильная орбита и динамика в системе (наличие крупного спутника, как Луна у Земли, может стабилизировать ось вращения).
3. Состав и масса геосфер.
4. Наличие биомаркеров в атмосфере — сочетаний газов, которые могут указывать на биологическую активность (например, одновременное присутствие кислорода и метана).
Больше о природе в моем новом телеграм канале о популяризации естествознания: