Навігація

Сприятливі для життя параметри планети

Галактична зона життя

Більшість місць у Всесвіті, включаючи більшу частину Чумацького Шляху, несприятливі для життя.  По мірі віддалення від ядра галактики

  • Вміст елементів, важчих за літій, у зірках (необхідних як будівельний матеріал планет із твердою поверхнею та організмів) зменшується.
  • Гамма-випромінювання, що загрожує життю, поблизу чорної діри у внутрішній частині галактики та сусідніх нейтронних зірок зменшується.
  • Частота вибухів наднових поблизу зменшується.
  • Імовірність гравітаційних порушень на шляхах планет і планетезималів від навколишніх зірок зменшується, а це означає, що планети рідше потрапляють під загрозу життю від ударів небесних тіл або викидання із планетних систем.

Материнська зірка відповідного типу

Більшість екзобіологів визнають, що життя може розвиватися лише навколо зірок відповідного розміру. Великі зірки випромінюють сильне ультрафіолетове випромінювання, яке може стерилізувати відкриту поверхню планет. Крім того, великі зірки “вигорають” за менший час, навіть близько мільйонів (а не мільярдів) років, а потім вибухають як наднові і перетворюються на нейтронні зірки або чорні діри. Все це робить появу та виживання життя на планетах, які обертаються навколо них, дуже малоймовірними. Спектральні зірки типу F, яскравіші за Сонце з коротшим терміном життя, ймовірно, визначають верхню межу мас і світність центральної зірки, поблизу якої може формуватися життя.

Єдині відомі нам форми життя – земні – потребують рідкої води, і тому температури на планеті повинні бути відповідними. Це визначає екосферу – діапазон допустимих відстаней від зірки. Екосфера Сонця простягається від 0,95 до 1,15 а.о.

Ця проблема має особливе значення для маленьких зірок, червоних карликів. У їхньому випадку воду можна знайти лише на планетах з близьклю орбітою, де припливні сили зірки досить сильні, щоб синхронізувати їх обертання з тривалістю року. Як результат, планета, що знаходиться на такій орбіті, завжди спрямована однією стороною до зірки. Як результат – з однієїсторони планети дуже спекотно, а з іншої – дуже холодно.  Питання про те, чи могло б існувати життя в такій ситуації, є дуже важливим, оскільки зірки, менші за Сонце ( типу К і М ), складають близько 90% усіх зірок. G-зірки (наприклад, сонце) складають близько 5% усіх зірок.

Додатковим обмеженням є наявність елементів важчих за літій. Без нього не може існувати жодних складних хімічних сполук, і ми не знаємо інших явищ, які могли б бути основою життя. Єдиним відомим механізмом, який може створювати і поширювати важчі елементи, є вибухи наднової. Дослідження спектрів зірок виявило, що значна частина зірок бідна на такі елементи – зокрема, це стосується зірок другої популяції. Водночас слід зазначити, що зірок, повністю позбавлених таких елементів (популяція III), досі не спостерігалося. Більшість зірок з правильним складом можна знайти на околицях великих спіральних галактик.

Планетарна система

У планетарних системах багато комет і астероїдів, які рано чи пізно стикаються з планетами. Такі зіткнення можуть бути фатальними для життя на цих планетах. Деякі масові вимирання в історії Землі можуть бути пов’язані з такими зіткненнями – але життя кожного разу відроджувалося. Для того, щоб виключити їх (або, принаймні, обмежити), система повинна мати великі планети на відповідній відстані від зірки, які приймуть більшу частину ударів і викинуть із системи дрібні предмети силою тяжіння. Юпітер відіграє цю роль у Сонячній системі. Однак таких планет не може бути занадто багато, оскільки вони також дестабілізують орбіти інших планет, збільшуючи ризик викидання планети, на якій життя могло б розвиватися поза системою.

Розмір планети

Занадто малі планети не можуть підтримувати густу атмосферу, яка ізолює від зовнішніх впливів – вода замерзає, випаровується або розкладається під впливом випромінювання – що виключає існування океанів, не покритих шаром льоду (наприклад океани на Європі ; однак існування життя в ній не виключається).

У свою чергу, на скелястих планетах з масою набагато більшою, ніж Земля, сильна гравітація ускладнює утворення гір і материків. Якби така планета мала океани, вони могли б покрити всю планету через незначні перепади висот. Відсутність відкритих порід виключає механізм циркуляції CO2.

Великий Місяць

Наявність порівняно великого місяця здається малоймовірним. У Сонячній системі Земля є винятком у цьому відношенні (лише Плутон має відносно подібний супутник). Згідно з найбільш вірогідною теорією, Місяць утворився в результаті зіткнення молодої Землі з об’єктом розміром з Марс. Це зіткнення також відхилило вісь обертання Землі і дало їй швидке обертання. Нахилена вісь спричиняє пори року, які можуть стимулювати еволюцію організмів, пристосованих до таких циклів. Швидкий оборот зменшує щоденні коливання температури і сприяє фотосинтезу . Без Місяця припливи, спричинені лише Сонцем, були б значно слабшими. Це значно зменшило б кількість припливних басейнів і мало б вирішальне значення для еволюції складного життя.

Магнітне поле

Магнітосфера захищає біосферу і атмосферу Землі від сонячного вітру та космічних променів. Вона виробляється магнітогідродинамічними струмами в рідкому залізному ядрі Землі. Ядро утримується в рідині завдяки енергії розпаду радіоактивних елементів з тривалим періодом напіврозпаду (таких як уран 238, торій 232 та калій40). У зв’язку з тим, що Венера і Марс не мають магнітосфер, можна зробити висновок, що її може мати лише досить велика планет. Меркурій – це виняток, але в ньому немає атмосфери і є надзвичайно велике ядро.

Тектоніка плит

Тектоніка плит відіграє важливу роль у регулюванні температури поверхні Землі. За занадто малої концентрації парникових газів в атмосфері на Землі панував би льодовиковий період. Занадто висока їх концентрація може підняти температуру навіть до рівня, коли всі океани випаровуються. Тому земля повинна підтримувати концентрацію цих газів у межах відповідного діапазону.

Основним парниковим газом є вуглекислий газ (CO2). Він розчиняється під дощем і поєднується з кальцієм в гірських породах у вигляді вугільної кислоти, утворюючи карбонат кальцію CaCO3 , осад якого з часом потрапляє в зони субдукції Землі . Таким чином, CO 2він виводиться з атмосфери (повертається через мільйони років, наприклад через вулканізм).

Підвищення температури спричиняє більше опадів і тим самим пришвидшує процес. Таким чином, тектоніка плит і наявність відкритих порід на поверхні забезпечують тривалий зворотний зв’язок, підтримуючи температуру поверхні відносно постійною, навіть коли яскравість сонця змінюється протягом мільярдів років. Хоча тектоніка плит, схоже, позитивно впливає на еволюцію життя на Землі, її роль ще не до кінця зрозуміла. Частково це пов’язано з відсутністю об’єктів, з якими можна порівняти Землю: єдиними об’єктами поза Землею, які аргументували деякі еквіваленти тектоніки плит, є Європа та Марс.

Склад атмосфери

Хоча ми не знаємо, які хімічні реакції уможливлюють життя, деякі факти про атмосферу можуть бути спільними для всіх планет, на яких воно розвивається.

Кожна планета зазнає ультрафіолетового випромінювання, яке легко поглинається більшістю складних хімічних речовин, розриваючи їх зв’язки. На Землі більша частина радіації поглинається озоновим шаром. Для утворення такого покриття в атмосфері повинна бути достатня кількість води (яка високоенергетичними фотонами розклаається на елементи). Крім того, атмосфера не повинна містити занадто багато реакційноздатних щодо кисню сполук (таких як метан). З іншого боку, сам кисень є високореакційним, і занадто висока його концентрація окислює всі складні сполуки на поверхні – його слід розбавляти інертними газами (наприклад, N2).

Еволюційні “поштовхи”

Навіть виконання всіх вищезазначених умов ще не гарантує еволюції життя. Перші бактерії, ймовірно, з’явилися на Землі приблизно 3,8 мільярда років тому. Наскільки нам відомо, протягом наступних 3,2 мільярда років вони не переросли в нічого складнішого або, принаймні, не створили скелетів. Якщо життя, заповнивши всі екологічні ніші, не має причин продовжувати розвиватися, його еволюція може йти дуже повільно.

Ситуацію можуть змінити імпульси у вигляді масового вимирання , спорожнення раніше зайнятих ніш: великі удари астероїдів , поблизу наднових, гамма-сплесків Чумацькому Шляху – швидкі зміни яскравості материнської зірки або магнітного поля. Однак такі події представляють ризик повного знищення біосфери, і важко оцінити, наскільки виживання складного життя на Землі є результатом щасливих випадковостей.

Top