|
Почему для жизни недостаточно находиться в нужном месте
|
|
|
|
Пригодность планеты для жизни определяется стечением многих факторов. До сих пор наши исследования потенциально обитаемых миров за пределами нашей Солнечной системы были сосредоточены исключительно на их расположении в "зоне Златовласки" Солнечной системы, где их температура определяет, может ли на их поверхности существовать жидкая вода, и, в последнее время, на том, из чего состоит их атмосфера. Отчасти это связано с техническими ограничениями доступных нам приборов — даже мощный космический телескоп Джеймса Уэбба способен видеть атмосферы только очень больших планет, находящихся поблизости.
|
|
|
|
Но в ближайшие десятилетия мы получим новые инструменты, такие как обсерватория обитаемых миров (Habitable Worlds Observatory), которые будут более конкретно приспособлены для поиска потенциально обитаемых миров. Так для чего же нам следует их использовать? В новой статье Бенджамина Фарси (Benjamin Farcy) из Мэрилендского университета и его коллег, доступной в предварительном виде на arXiv, утверждается, что нам следует обратить внимание на то, как сформировалась планета, чтобы понять ее шансы на существование жизни.
|
|
|
|
Чтобы было ясно, мы не сможем заглянуть в прошлое — по крайней мере, не дальше, чем это было бы возможно из-за того, как далеко должен пройти свет из этих миров, чтобы добраться до нас. Однако это может дать представление о том, как формировалась планета, основываясь на текущих измеримых значениях. Доктор Фарси и его соавторы описывают четыре различных аспекта планеты, которые определяются на ранних этапах ее формирования и оказывают существенное влияние на ее способность поддерживать сложную жизнь в будущем.
|
|
|
|
|
|
|
Первая важная тема — это объемный состав, состоящий в основном из четырех основных элементов, которые составляют 93% планет земной группы. Это магний, железо, кремний и кислород. В конечном счете, соотношение этих элементов определяет, есть ли на планете тектонические плиты, которые необходимы для поддержания относительно стабильной окружающей среды на протяжении миллионов лет. Удобно, что также можно определить соотношение этих элементов на планете, посмотрев на соотношение в звезде—хозяине планеты - они должны быть эквивалентны, поскольку оба они были сформированы из одного и того же доступного вещества.
|
|
|
|
Вторым фактором является обилие "летучих веществ". При формировании планет летучими считаются любые элементы с относительно низкой температурой конденсации, при которой по меньшей мере 50% элемента превращается в газ.
|
|
|
|
Как газ, они гораздо легче уносятся солнечным ветром, поэтому таким планетам, как Меркурий, который сформировался в очень жаркой области Солнечной системы, не хватает многих летучих веществ, в то время как Марс, который сформировался дальше, находится вровень с ними. Поскольку летучие вещества, такие как углерод, водород, азот, кислород, фосфор и сера (CHNOPS), являются ключевыми ингредиентами для жизни, их доступность на планете является критическим фактором, определяющим ее развитие на планете.
|
|
|
|
Однако в формировании планет есть еще один важный фактор, который оказывает существенное влияние на пригодность планеты для жизни, и он обусловлен, в частности, одним летучим веществом — кислородом. Доступность кислорода на ранней стадии развития планеты определяет величину, называемую летучестью кислорода. Это играет решающую роль в третьем факторе — размере ядра планеты.
|
|
|
|
Баланс между чистым железом и оксидом железа (ржавчиной) имеет решающее значение при формировании ядра ранней планеты. Чистое железо, как правило, попадает в ядро, образуя более крупное ядро, в то время как оксид железа оседает в мантии, уменьшая размер ядра.
|
|
|
|
Ядро является одним из основных факторов пригодности для жизни, поскольку оно контролирует одну из самых важных защитных функций планеты — ее магнитное поле. Большое ядро создает сильное магнитное поле, защищающее элементы и потенциальные формы жизни на поверхности планеты от солнечной радиации, в то время как маленькое ядро может создавать слабое поле, позволяющее солнечному ветру уносить многие полезные элементы, а радиации разрушать ландшафт планеты.
|
|
|
|
Последние два фактора создают новый тип зоны Златовласки, который заключается в том, что планета должна иметь достаточно небольшое количество летучих веществ (в частности, кислорода), чтобы сформировать большое металлическое ядро и, следовательно, геодинамику, но также достаточное количество летучих веществ, чтобы иметь возможность развивать жизнь, как только планета стабилизируется.
|
|
|
|
Слишком мало летучих веществ, и планета в конечном итоге станет похожа на Меркурий, ядро которого занимает 85% ее размера и создает сильное магнитное поле, но представляет собой бесплодную пустошь. Слишком много летучих веществ, и в конечном итоге это будет похоже на Марс, который изобилует летучими веществами, но имеет такое маленькое ядро, что его магнитное поле не защищает его поверхность в течение миллиардов лет, что также позволяет ему превратиться в бесплодную пустошь.
|
|
|
|
В этом сценарии Земля обладает как раз нужным количеством летучих веществ, что позволяет ей иметь сильное защитное магнитное поле, а также иметь достаточное количество оставшихся летучих веществ для развития и поддержания жизни в течение миллиардов лет.
|
|
|
|
Последним фактором, определяющим пригодность планеты для жизни на ранней стадии ее жизненного цикла, является ее "тепловой двигатель". Это происходит одним из двух способов — либо за счет радиоактивных элементов в ядре планеты, либо, как в случае с некоторыми спутниками нашей Солнечной системы, за счет приливного нагрева, который изгибает планету настолько, что прогревает ее внутренности.
|
|
|
|
Три элемента в основном способствуют радиоактивному нагреву мантии — калий, торий и уран — и, к счастью, изобилие двух из трех элементов можно легко обнаружить на спектрографе звезды-хозяина. Третий элемент, уран, нелегко отследить, но у него есть аналог в виде европия, который астрономы используют в качестве показателя содержания урана.
|
|
|
|
HWO сможет увидеть три фактора, которые помогут нам понять ранний цикл развития изучаемых экзопланет. Он сможет определить спектральную характеристику звезды, которая поможет понять наличие летучих и радиоактивных элементов. Он может обнаружить присутствие магнитного поля с помощью метода, называемого спектрополяриметрией, который позволяет наблюдать, как световые волны искривляются этим магнитным полем.
|
|
|
|
И он будет следить за "вулканическим дыханием" в атмосфере (в основном диоксидом серы и сероводородом), которое указывает на наличие активных вулканов и, следовательно, тектоники плит на поверхности планеты. Сочетание этих факторов, помимо простого определения местоположения планеты по отношению к "зоне Златовласки" ее звезды, является гораздо более полным способом оценить ее потенциальную пригодность для жизни.
|
|
|
|
К сожалению, это означает, что нам придется подождать до 2040-х годов, чтобы получить истинное представление об истории этих планет. Запуск HWO запланирован на это время, хотя, если судить по прошлым великим обсерваториям, этот срок может быть оптимистичным. По мере того, как будет проводиться дополнительная работа с точки зрения того, что он должен искать, проектировщикам миссии и инженерам, работающим над ним, будет о чем подумать, на что нам следует обратить внимание в нашем лучшем будущем охотнике за планетами.
|
|
|
|
Источник
|
