Поддержать программу
ПостНаука на Дожде
17:11
7 августа 2016
Наука

Кандидаты в двойники Земли: возможна ли жизнь на экзопланетах

Астрофизик Сергей Попов о параметрах зоны обитаемости
4 273
1
Купите подписку, чтобы посмотреть полную версию.
Скидка 17%
4 800 / год
5 760
Скидка 11%
1 280 / 3 мес
1 440
Базовая подписка
480 / месяц
Уже подписчик? Войти Купить подписку
Расписание
Следующий выпуск
1 июля 16:00
суббота: 16:00
воскресенье: 02:00, 16:00
понедельник: 02:00, 11:00

Какие условия необходимы для возникновения на экзопланетах жизни земного типа? Какое значение для существования жизни имеет парниковый эффект? Что может являться внешним источником воды на планете? На эти и другие вопросы отвечает доктор физико-математических наук Сергей Попов.

Больше лекций и видеороликов смотрите на сайте проекта «ПостНаука».

Многие полагают, что одна из основных задач изучения экзопланет — это все-таки найти жизнь. У нас еще остаются надежды найти жизнь в Солнечной системе в какой-то простейшей форме, может быть, на спутниках Юпитера, спутниках Сатурна, может быть, мы узнаем, что когда-то на Марсе была жизнь. Но все-таки основная надежда найти жизнь, хоть как-то похожую на земную, — искать ее на экзопланетах, причем именно на планетах. У экзопланет могут быть спутники, могут быть свои «европы», свои «энцелады», но вряд ли с большого расстояния мы увидим следы существования этой жизни. Пока мы даже не знаем о существовании таких экзолун, как говорят. Кроме того, если те спутники похожи на спутники в Солнечной системе, то вряд ли там возможно существование жизни в развитой форме. Конечно, жизнь может быть очень разнообразной, но, говоря о поисках жизни, мы говорим о поисках жизни земного типа. Поэтому мы говорим о поисках жизни, похожей на нашу, на планетах, тоже похожих на нашу.

Здесь есть некоторые успехи. Мы знаем уже большое количество экзопланет, и в 2011 году люди начали открывать мелкие экзопланеты. Мелкие — то есть с массами и размерами, как у Земли, Марса или Венеры. К сожалению, пока масса и размер — это все, что мы можем измерить для экзопланеты. Плюс, конечно, мы знаем расстояние от экзопланеты до звезды, то есть можем посчитать, сколько энергии она получает от своего Солнца.

Здесь возникает важная концепция, которая по-английски называется habitable zone, и даже там идут споры, хорошее это название или нет. Например, кому-то нравится название «зона Златовласки», поскольку где-то она говорит, что нужно, чтобы было не слишком горячо, не слишком холодно. Я склонен скорее называть это зоной Шелдона Купера, который специально выбирал место на диване, где не слишком холодно, не слишком жарко и хорошо видно телевизор. Habitable zone по-русски чаще всего переводят как зона обитаемости — так мы и будем это называть.

Таким образом, поскольку мы можем определить, сколько энергии планета получает от своего Солнца, мы можем определить, находится ли она в зоне обитаемости, где не слишком жарко и не слишком холодно. Для чего? Для того чтобы на поверхности этой экзопланеты могла существовать вода. Мы считаем, что жизнь земного типа возможна, только если на поверхности есть большое количество жидкой воды. Возможны всякие варианты: какая-нибудь подземная жизнь, большие подземные водоемы, — но все это, скорее всего, не позволит жизни развиться до очень высоких форм — это раз, а во-вторых, будет труднее обнаружить ее следы. Поэтому мы говорим о зонах обитаемости в применении к жидкой воде на поверхности планеты. И примерно с 2012 года люди начали открывать маленькие, похожие по размерам на Землю или Венеру планеты в зонах обитаемости.

Сейчас мы знаем, что таких планет много, они не являются какой-то редкостью. Знаем мы их порядка десятка, может быть, несколько десятков, если не так строго подходить к определению зоны обитаемости. Но мы можем уже навести статистику, и современные оценки показывают, что несколько процентов звезд типа Солнца имеют примерно такие же планеты, как Земля, в зонах обитаемости. То есть у нас есть довольно радужные перспективы.

Теперь о самих зонах обитаемости. Иногда, совсем упрощая, говорят, что если планета находится слишком близко от своей звезды, то тогда температура на ее поверхности будет слишком большой, вся вода закипит, все океаны испарятся. И, наоборот, если планета будет очень далеко, то тогда температура будет очень низкой, вся вода замерзнет, планета будет покрыта льдом. На пальцах это правильно, но на самом деле, конечно, зоны обитаемости считают гораздо аккуратнее. Поскольку температура на Земле все-таки зависит от климата, большую роль играет атмосфера.

Расчет размера зоны обитаемости — ее внутренние границы, где жарко, и внешние границы, где холодно, — связан с климатическими расчетами.

Как вы понимаете, климат мы умеем рассчитывать не очень точно, мы погоду на три дня вперед не можем хорошо предсказать. Но, тем не менее, расчеты разных групп более или менее сходятся, то есть нет расхождений в два раза, например, по размерам зоны обитаемости. И ключевым моментом для расчета, где не слишком жарко и не слишком холодно, является расчет парникового эффекта.

Давайте вспомним, насколько он важен. На Земле температура на тридцать с лишним градусов выше, чем ей полагается быть. Связано это с парниковым эффектом атмосферы Земли. Если мы будем пододвигать Землю ближе к Солнцу, парниковый эффект станет важнее, и температура начнет повышаться, вода начнет испаряться, это запустит самоподдерживающийся процесс, парниковый эффект станет еще важнее, вся вода перейдет в атмосферу и потихонечку будет из нее теряться. Наоборот, если мы планету отодвигаем от Солнца, то парниковый эффект становится менее важным, и в какой-то момент действительно температура падает достаточно низко, начинается совсем глобальный вечный ледниковый период, и жидкой воды на поверхности снова нет.

Разумеется, зона обитаемости — это какая-то полоса, которая может занимать довольно большое пространство. То есть не нужно, чтобы планета находилась в какой-то определенной точке и получала от своей звезды ровно столько энергии, сколько получает Земля от Солнца. Кроме того, важно вспомнить, что звезды разные. Если звезда более массивная, то она всегда излучает больше, и, соответственно, зона обитаемости находится дальше и будет шире. Если звезда меньше, чем Солнце, то она излучает меньше, и зона обитаемости подходит гораздо ближе к звезде и становится немного у́же. Но в принципе мы можем говорить о зонах обитаемости практически у любых звезд, с той поправкой, что самые массивные звезды живут недостаточно долго, и вряд ли мы можем рассчитывать, что какая-то жизнь появится около звезды, которая даже в три раза тяжелее Солнца, просто потому, что у жизни не будет нескольких миллиардов лет, для того чтобы пройти длительную эволюцию.

Важно, что эволюционирует не только жизнь, а эволюционируют звезды, эволюционируют планеты. Звезда, пережигая водород в гелий, то есть находясь на главной последовательности, с течением времени становится все ярче и ярче, и поэтому зона обитаемости движется. Обычно говорят, что Солнце через пять миллиардов лет превратится в красного гиганта, расширится, и мы все умрем. Хочу вас обнадежить: мы умрем гораздо раньше по той простой причине, что Солнце будет становиться более мощным источником излучения, зона обитаемости будет двигаться, а Земля будет стоять, где стоит. И через два с небольшим миллиарда лет Земля постепенно выйдет из зоны обитаемости, начнется весь этот неприятный парниковый эффект, идущий вразнос, и жизнь, как мы ее знаем, если мы ее сами не угробим немного раньше, исчезнет через два с лишним миллиарда лет из-за того, что Земля перестанет находиться в зоне обитаемости.

Кроме того, что эволюционируют звезды, эволюционируют орбиты планет. Особенно активно это происходит в молодой планетной системе. И оказывается, что для появления жизни это изменение орбит чрезвычайно важно. Причина чрезвычайно проста. Итак, мы хотим, чтобы планета была в зоне обитаемости, для того чтобы на ее поверхности могла существовать жидкая вода. Но возникает хороший вопрос: а откуда возьмется эта самая жидкая вода? Вначале в процессе образования планет нужно, чтобы большое количество воды попало на планету. Так вот, если Земля образуется там, где она сейчас находится, то эта область находится ближе, чем так называемая зона льда. Действительно, это область, где достаточно тепло, в процессе образования Солнце как раз излучает довольно много энергии, и поэтому в этом месте действительно жарко, все летучие вещества оттуда улетучиваются. И поэтому, когда первый такой крупный зародыш Земли образовался, там, конечно, никакой воды не было. И нужно, чтобы в планетной системе происходило бурное перемешивание, чтобы издалека, из-за больших планет прилетели крупные тела, в которых есть много воды, упали на нашу планету и принесли эту самую воду. Какое-то время считалось, что воду так могли на Землю занести кометы, но, по всей видимости, это не так. Анализы показывают, что там немного не та вода, поэтому кометами не объяснить основное количество воды на Земле. И эта эволюция планетных орбит оказывается очень важной.

Что еще надо сказать про планетные орбиты? Земная орбита практически круглая — это хорошо. Поэтому у нас времена года меняются только из-за того, что ось Земли наклонена к плоскости эклиптики, и, как вы знаете, когда у нас лето, Земля на самом деле находится немного дальше от Солнца, чем зимой. Но большая часть планет все-таки имеют довольно эксцентричные орбиты, довольно вытянутые орбиты. Но это не значит, что полностью исключается существование жизни. Идут довольно активные споры, как долго планета должна находиться внутри зоны обитаемости — половину своего орбитального периода, больше, меньше, — для того чтобы мы отнесли ее к потенциальным кандидатам в планеты, где может быть какая-то жизнь.

 

Полная версия доступна только подписчикам. Подпишитесь: