Сверхобитаемые миры
Канадец Рене Эллер (Rene Heller) и американец Джон Армстронг (John Armstrong) задались целью основательно критически перетрясти не отдельные концепции сегодняшней науки о потенциальной обитаемости экзопланет, а скорее сам подход, явленный в данной области знания. «Учёные создали таковой язык, — пишут они, — что отрицает возможность существования миров, предлагающих лучшие условия для жизни, чем на Земле». С одной стороны, они помой-му ошибаются, потому что сейчас в целом последовательности работ проскальзывали упоминания о местах, где те либо иные параметры обитаемости лучше отечественных, земных.
А с другой — они, конечно же, правы.
Несравненная Почва — венец творения, либо Мы легко ещё не сравнивали?
В большинстве случаев, говоря о том, какой должна быть обитаемая экзопланета, её сравнивают с нашим домом: «близнец Почвы», «двойник» и т. д., и т. п. — и это не выдумки, а полноценные термины, изначально введённые в оборот сайтом препринтов arXiv.org и иными кузницами вне- и дожурнального научного знания. Но откуда таковой, не побоимся этого слова, геоцентризм?
Довольно часто возможно услышать: мы знаем одну обитаемую планету, исходя из этого, по принципу среднего, должны считать, что в случае если нам попался случайный объект из комплекта, то его характеристики будут ближе к средним для комплекта, чем к крайним. Следовательно, «самые-самые» обитаемые должны иметь массу, солнечную постоянную и воздух, один в один совпадающие с земными.
А все остальные будут, так сообщить, эрзац-обитаемыми.
Если не Почва — то пустыня?
Быть может, для кого-то пустыня — это мы?
(Иллюстрация Markus Gann.)
Увы, принцип среднего не работает, подмечают отечественные храбрецы. Для начала мы должны быть уверены, что Почва как раз из этого комплекта — другими словами из племени обитаемых планет, за пределами которого обитаемости нет.
Попросту говоря, в предложении «Нет Всевышнего, не считая Всевышнего» вывод о правоте монотеизма направляться лишь по окончании второй его половины.
Другими словами логика принципа среднего трудится, в случае если все обитаемые планеты представлены теми, что приобретают главную часть собственного тепла от звезды, имеют широкую гидросферу, воздух умеренной плотности и другое, и другое. Учёные говорят о том, что в конечном итоге множество миров смогут быть обитаемыми, если они приобретают большую часть тепла, не дающего воде на их поверхности замёрзнуть, от приливного сотрудничества с другими небесными телами.
Это не только пресловутые экзолуны у планет-гигантов далёких совокупностей, каковые в разглядываемой работе именуют «суперевропами». Речь заходит и о более экзотических сценариях: так, подчёркивается, что если бы Тейя, ударив по Землелуне порядка 4,5 млрд лет назад, распределила бы массы обоих оказавшихся тел равномернее (посильнее «ободрав» Почву), то две итоговые планеты имели возможность бы очень сильно разогреваться приятель о приятеля, и такие конфигурации двойных планет в принципе нельзя исключать.
Не необходима для планеты и широкая гидросфера либо кроме того наличие континентов, каковые иные полагают непременным условием жизни и углеродного цикла. Так, напоминают Армстронг и Эллер, в далеком прошлом продемонстрирована возможность существования «Дюн» — сухих землеподобных планет, на которых ничтожное количество жидкости в воздухе делает неосуществимым безудержный парниковый эффект и полную утрату воды, нужной для жизни.
Более того, подмечают учёные, континенты довольно часто имеют внутренние области, не весьма подходящие для процветания судьбы (что легко подметить и на Земле), потому что колебания климата в том месте не умеряются близостью моря. Так, архипелаги, острова и континентальный шельф куда серьёзнее для биоразнообразия.
Более того, планета а-ля Земля в полной мере может находиться в зоне обитаемости и однако не быть обитаемой. Хороший пример — Марс: на его орбите достаточно солнечного света для жизни, будь на его месте Почва.
Да что Почва — авторы говорят, что в случае если в юный Солнечной совокупности поменять Марс и Венеру местами, то четвёртая планета в полной мере имела возможность бы быть обитаемой благодаря собственной большой гравитации и атмосфере.
Выборка, основанная только на Земле, из-за всех этих альтернатив весьма неотёсанна и вводит в заблуждение, утверждают учёные. Что не менее важно, она не случайна — соответственно, применить к ней принцип среднего по большому счету запрещено.
Будь астробиологи двоякодышащими рыбами аммиачного океана с планеты X, каковые случайно выбрали одну землеподобную планету для изучения, они имели возможность бы сообщить: вот один пример, что, вероятнее, ближе к средним параметрам. Но мы были на Земле перед тем, как задались вопросом обитаемости экзопланет — а следовательно, для нас принцип среднего неработоспособен, поскольку у нас случайной выборки нет вовсе.
В общем, говорят Армстронг и Эллер, в случае если это так, то Почва в полной мере может оказаться планетой, в части обитаемости далёкой как от совершенных показателей, так и от средних. На данной базе они предполагают существование так называемых сверхобитаемых миров — мест, где жизнь цветёт буйнее, а пахнет посильнее, чем у нас.
Они ищут — и, что характерно, находят — краткий перечень моментов, каковые смогут обусловить такую обстановку.
Где трава зеленее, чем у нас, либо Размер имеет значение
Что это? Факторов, улучшающих обитаемость выше земных стандартов, возможно много.
В частности, поверхность экзопланеты, где существует жидкая вода, возможно физически больше, чем на отечественной планете. Как ни смешно, если судить по специфике биоценозов изолированных островов и той же Австралии, протяжённая обитаемая территория способна здорово ускорить развитие судьбы и содействовать появлению большого количества видов, и придать больше устойчивости экосистеме в целом.
Таковой планетой возможно как тело размером с Почву, но без сильного наклона оси вращения, так и экзопланета с более плотной воздухом либо находящаяся в совокупности оранжевого (либо красного) карлика, где большая часть излучения приходится на инфракрасную часть спектра, другими словами снег и льды его не отражают, в силу чего покрытые ими регионы не выхолаживаются до приполярного состояния, как на Земле, а, наоборот, существуют в умеренном климате.
Само собой разумеется, в случае если планета больше отечественной, это также поднимет её формальную обитаемость, но, как подмечают учёные, только до определённого предела: более пяти земных весов — и она возможно через чур тяжёлой для продолжения тектонической активности (не смотря на то, что это и спорный вопрос) либо кроме того такой массивной, что не успеет лишиться водорода, находившегося в её атмосфере в ранний период истории. Тогда планета будет перегреваться и, по всей видимости, станет малообитаемой.
Итак, лучшим размером для сверхобитаемого мира Армстронг и Эллер вычисляют «легко больше Почвы». Кстати, додают они, при Нашей системы самой обитаемой планетой разумеется есть самая массивная изо всех землеподобных, и это ещё один довод в пользу сверхобитаемости многих «суперземель».
И миры-архипелаги, и пустынные планеты лучше Пангеи
Вторым причиной процветания судьбы возможно рельеф. Планеты, покрытые по большей части неглубоким шельфом и архипелагами, должны быть обитаемее Почвы: биопродуктивность шельфа большое количество больше открытого моря с океанскими глубинами.
Острова же практически не знают пустынь и в большинстве случаев характеризуются умеренным климатом без резких колебаний температур — тем, чего так не достаточно расположенным в центре континентов Сахаре, Гоби, пустыням Австралии и Аризоны.
Как ни необычно, но более обитаемыми смогут быть и планеты, где водой покрыта не через чур большинство поверхности (впредь до «Дюн»), но наряду с этим резервуары с ней расположены равномерно по всей поверхности. В этом случае они не только умеряют колебания климата, но и дают предупреждение безудержный парниковый эффект на внутренней границе так называемой территории обитаемости.
Вместе с тем на её внешней границе планеты будут не весьма склонны к переходу в состояние Почвы-«снежка», потому, что не смогут покрыться неспециализированным ледовым покровом и тем самым быстро повысить альбедо и снизить поток поглощаемого тепла.
Вес тектонике не помеха?
Тектоника плит возможно вторым неожиданным причиной «сверхобитаемости». Не смотря на то, что многие учёные и уверены в том, что через чур тяжёлые «суперземли» будут иметь вязкость и массу мантии, нужные для прекращения тектоники плит, кое-какие свежие изучения показывают: потому, что в конечном счёте тектоника плит позвана разностью температур между центром планеты и её поверхностью, по мере роста массы разность эта будет расти, и «склонность к тектонике плит» испытывает пик при массе планеты в 1–5 земных.
Результат: до двух весов Почвы экзопланеты будут сверхобитаемы в сравнении с нами из-за более активной тектоники плит, которая через углеродный цикл сможет стремительнее стабилизировать климат, не позволяя разыграться массовым вымираниям (из-за резких трансформаций климата).
Магнитосфера и её последствия
Магнитное поле, согласно точки зрения авторов работы, также возможно показателем суперобитамости. В случае если планета будет легче 0,07 земной массы, поток заряженных частиц от её звезды со временем может унести молекулы воды, а после этого и кислорода с азотом, покинув один углекислый газ (сценарий Марса).
Армстронг и Эллер считают, что, не считая маломассивных планет, сверхобитаемыми не смогут быть и экзолуны, и планеты, подвергнувшиеся приливному захвату (другими словами вращающиеся около красных карликов). Следовательно, магнитное поле в том месте будет не сильный, и, думается, на этом основании авторы исключают тела у красных карликов из перечня склонных к сверхобитаемости. Но, по поводу приливного захвата и магнитного поля имеется и принципиально иные точки зрения…
Углеродный цикл возможно и на океанидах
Климатический «термостат» «суперземель» — вот ещё один потенциальный фактор сверхобитаемости последних. Напомним: главная до недавнего времени модель «суперземель»-океанид говорит о том, что они покрыты 100-километровым (и более) по глубине океаном, на дне которого лежит экзотический лёд — тёплая субстанция находящегося однако в жёстком состоянии из-за огромного давления сверхглубокого океана.
В таких местах углеродный цикл земного типа не действует, поскольку углекислый газ не будет связываться силикатами планетарной коры, потому, что между атмосферой и ней находится слой вечного льда.
Грусть-тоска? Вряд ли, считают исследователи. Дело в том, что при определённой насыщенности начальным углекислым газом начнёт происходить что-то, что на Земле имеет место с метаном (метангидраты): вода и углекислый газ образуют клатраты, соединения, в которых углекислый газ будет удерживаться на морском дне при его избытке в океане и из которых он может высвободиться при его недочёте.
Более того, уже при взаимодействии углекислого газа, поднимающегося с вулканической активностью с экзотическим льдом на стокилометровых глубинах, образующиеся при громадных давлениях клатраты в полной мере смогут удачно сформироваться и после этого неспешно мигрировать по толще льда вверх, по сути, снабжая тот самый углеродный цикл, что на океанидах считался неосуществимым.
Тепло? Всевышний с ними, с мухами!
Очередным весомым причиной сверхобитаемости Армстронг и Эллер справедливо посчитали среднюю температуру поверхности. Учёные констатируют: биопродуктивность и видовое разнообразие в полных цифрах в тропиках выше, чем в умеренном климате; следовательно, в периоды истории Почвы, в то время, когда на ней было теплее, чем сейчас, её биота была отличалась б?льшим многочисленностью и разнообразием, чем Сейчас, в то время, когда планета в целом имеет 14–15 °C.
Мы уже ожидаем ваших вопросов «А как же глобальное потепление?» — и авторы намерено поясняют, что сверхобитаемой тёплая планета будет лишь в том случае, если это её привычный климат, а если вы на 14-градусной Почва устроите резкое потепление, то вымирание видов произойдёт, простите, по-любому. Фактически говоря, всё это уже имеется, не смотря на то, что до тех пор пока по большей части и по вторым обстоятельствам.
Отечественные учёные мужи оговариваются: поднимать среднюю температуру выше 25°C также неразумно, потому, что в этом случае в океанской воде будет через чур мало кислорода (пермское вымирание), что приведёт сперва к массовой смерти морской судьбе, а после этого и вымиранию связанной с ней наземной. Однако в диапазоне 15–25°C они полагают планету более обитаемой, чем Почва.
Весьма неожиданным причиной сверхобитаемости названа… обитаемость. Нет, это масло не масленое: дело в том, что, если судить по целому последовательности показателей, чем раньше жизнь появляется и чем усиленней начинается, тем лучше условия для неё.
Не верите? Армстронг и Эллер напоминают: происхождение без сомнений биогенного кислорода в воздухе 2,5 млрд лет назад сначала привело к вымиранию.
Но практически сразу после этого океаны были заселены водорослями, каковые потом быстро поменяли мир, обусловив появление животных, их поедающих, а после этого и колонизацию планетарной суши.
Наконец, недавнее появление способов фотосинтеза, что идёт при более низком содержании углекислого газа, свидетельствует настоящий прорыв в обитаемости отечественной Почвы. В течение следующих 500 млн лет концентрация углекислого газа упадёт ниже 50 частей на миллион, поскольку по мере нагрева планеты углекислый газ всё посильнее будет связываться горными породами.
Другими словами C3-фотосинтезу, а вместе с ним и деревьям с лесами определённо придет финиш. Фотосинтез С4, изобретённый некоторыми цветковыми, станет той единственной вещью, которая разрешит выжить наземным растениям и поедающим им животным, включая, быть может, нас.
Вывод несложен: чем продолжительнее обитаема планета, тем выше её шансы на сверхобитаемость, потому, что биосфера очевидно модифицирует планетарную среду и в один момент изменяется под неё сама, получая большой отдачи на единицу дешёвых ресурсов.
А ещё прекрасно бы, дабы обитаемой была не только сама экзопланета, но и соседи по совокупности. В упомянутых выше сценариях Венеры на месте Луны и Марса весом в пол-Почвы с высокой возможностью жизнь появляется и сможет развиваться более чем на одном теле Нашей системы.
Авторы уверены в том, что наряду с этим неизбежен обоюдный обмен формами судьбы и вытекающая из этого вспышка биоразнообразия, трудноопределимая для планет, каковые являются единственными обитаемыми в совокупности.
Звезда: не через чур белая, не через чур красная
Серьёзной учёные вычисляют и массу «системной» звезды. Светила легче 0,6 солнечной массы будут излучать волны по большей части в районе 700 нм (ИК) и более, тогда как Солнце даёт свет с длиной волны от 400 до 700 нм.
Авторы не вдаются в описание возможностей экстремофилов выживать и фотосинтезировать под таким светом, исходя из этого полагают экзопланеты у красных карликов негодными для «сверхобитаемости». Вскользь, действительно, они подмечают, что очевидная цианобактерия, которая, строго говоря, совсем не экстремофил, в полной мере может фотосинтезировать при помощи хлорофилла d, другими словами при длине волны входящего света более 700 нм и впредь до 750 нм.
Действительно, условия Почвы (те самые 400–700 нм) кроме того хлорофилл d делают востребованным лишь в морских глубинах, так что, по большому счету говоря, мы понятия не имеем о том, как имел возможность бы сдвинуться в ИК хлорофилл в совокупностях красных карликов.
Но и через чур массивное солнце — это также не хорошо. Сейчас мы располагаем воздухом, которая полностью поглощает ультрафиолет в диапазоне 200–285 нм и по большей части — в диапазоне 285–315 нм.
Но, отмечают Армстронг и Эллер, в том месте, где озонового слоя нет либо он не сильный (а в бескислородной атмосфере это немудрено), через чур сильное УФ-излучение, разрушающее ДНК, не позволит местной судьбе в прямом смысле поднять голову. Кстати, по большей части в УФ-диапазоне излучают белые звёзды основной последовательности класса F, следующие по массивности за классом жёлтых карликов, к у которого в собствености Солнце.
И ещё одно: оранжевые карлики, талантливые порождать свет, применяемый нынешними земными растениями, имеют значительно меньше ультрафиолета в собственном излучении, почему авторы вычисляют их совокупности сверхобитаемыми: жизни в том месте появиться несложнее, разовьётся она раньше, что — наблюдай выше — дополнительно поднимет обитаемость мира у оранжевого солнца.
Не через чур массивные звезды пара легче Солнца имеют и другую приятную изюминку: они продолжительно живут. На основной последовательности они существуют 15–30 млрд лет, другими словами до тех пор пока ни одна из них ещё не погибла, легко в силу ограниченного возраста Вселенной.
Из этого легко понять, что потому, что сверхобитаемость прямо зависит от срока существования судьбы на экзопланете, то и тела у долгоживущих звёзд умеренной массы машинально находятся в удачном положении относительно Земли. В случае если мы зажаримся в ближайший миллиард лет от роста солнечной светимости, то такие же процессы у оранжевых карликов происходят в 2–3 раза медленнее, другими словами до закипания океанов у них не 5–6 млрд лет, как у отечественной планеты с её желтым Солнцем, а полноценные дюжина–полтора миллиардов.
Луна: хранитель судьбы на Земле либо неприятель её сверхобитаемости?
А вот довольно часто эксплуатируемый приверженцами теории «неповторимой Почвы» наклон оси вращения планеты авторы к факторам «сверхобитаемости» относить не готовы. Их точка зрения несложна: считается, что Почва совершенна для жизни – соответственно, наклон оси вращения нужен планете, дабы на ней зародилась жизнь (термодинамическая нестабильность и т. п.).
Потому, что стабильность наклона отечественной оси вращения разъясняется влиянием случайно появившейся из-за межпланетного бильярда Луны, то возможность повтора таких условий для происхождения судьбы мелка, рассуждают «уникальщики».
Увлекательная логика, говорят нам Армстронг и Эллер. Да лишь для её работы желателен (в противном случае и нужен для развития судьбы) постоянный наклон земной оси; помимо этого, предположительно благоприятная роль этого фактора не должна подавляться известным влиянием Луны на скорость вращения Почвы.
Все как-то забывают в аналогичных спорах о том, что отечественные дни на данный момент впятеро дольше, чем были 4,5 млрд лет тому назад. Следовательно, Луна очень сильно поменяла и отечественный климат, и большое количество чего ещё.
В лучшую ли сторону, учитывая, что суточные колебания температур очевидно выросли и вряд ли на 20%?..
Оранжевый карлик Эпсилон Эридана (10,5 св. лет). Около него среди другого вращается Эпсилон Эридана b. Как утверждают авторы работы, приливной разогрев лун данной планеты, что потяжелее Юпитера, может сделать её массивные спутники в полной мере тёплыми и обитаемыми кроме того без громадной близости к звезде. (Иллюстрация NASA / StSl.)
Выясняются и другие занимательные вещи. Во-первых, недавняя работа продемонстрировала, что ось вращения Почвы в полной мере могла быть стабильной и без большого спутника типа Луны.
Вторая несколько учёных и вовсе объявила, что стабильность наклона оси вращения не то что необязательна, а прямо нежелательна для развития живых существ. Другими словами, натурально, изменяющийся наклон земной оси был бы лучше для эволюции судьбы.
Заберём, к примеру, неспециализированное замерзание планеты, произошедшее пара сот миллионов лет назад: при трансформации наклона оси Почва неспешно разморозилась бы из-за нарушения обратной связи «лёд — альбедо». Более того, исподволь изменяющийся наклон земной оси провоцировал бы ползучую, но постоянную эволюцию живых существ, не давая экосистемам застаиваться в теплично-парниковых условиях неизменного климата и тем самым делая их менее уязвимыми ко всяким падающим астероидам и другим беспардонным явлениям внешнего, астрономического происхождения, каковые подозреваются в нередком провоцировании массовых вымираний на Земле.
Так что, увы и ах, Армстронг и Эллер полагают в полной мере возможным, что, не будь у Почвы массивного спутника — и наша жизнь имела возможность бы быть лучше, в противном случае и радостнее.
Больше газа — больше жизни?
И два слова об воздухе. Резонно считается, что более массивные аналоги Почвы будут иметь более плотную газовую оболочку, и, по всем показателям, подмечают авторы, это явный ассистент успехи биопроцветания.
Более стабильный климат без резких и стремительных колебаний, лучшая защита от ультрафиолета и космической радиации вряд ли смогут очень плохо оказать влияние на судьбу. Наконец, говорят Армстронг и Эллер, сегодняшний 21% кислорода в воздухе также далеко не совершенен.
Не смотря на то, что кислород выше 35% в воздухе быстро усложнил бы жизнь на планете (самопроизвольно возгорались бы леса), содержание этого газа в диапазоне 22–35% очевидно ускорит метаболизм наземных и растений и морских животных, с понятными благоприятными последствиями.
Неспециализированный вывод из работы в полной мере очевиден. Мы не знаем, приобрели ли уже авторы акции компании, реализовывающей места на первый рейс к Альфе Центавра, но это, непременно, весьма солидный промоушен ближайшей звёздной совокупности, где, кстати, имеется одна планета с размерами, родными к земным.
Её звезда — ? Центавра B — в полной мере средний оранжевый карлик (K1 V), приблизительно на миллиард лет старше Солнца. Статистика известных экзопланет как бы намекает, что в том месте, вероятнее, будут и «суперземли».
Учитывая, что они массивнее отечественной планеты и старше её, возможно предполагать, что сверхобитаемые миры имеется именно там. Будем сохранять надежду, что рейс Почва — Центавра до тех пор пока завлекает лишь одну сторону.
Препринт изучения возможно полистать на сайте arXiv.
Источник: earth-chronicles.ru
ЧУЖИЕ МИРЫ В отыскивании новой почвы HD
