Что такое зона обитаемости и как в ней живется

Статті

23.09.2013 18:45

Статті

Нашей Солнечной системе не больше пяти миллиардов лет. Большую часть этого времени центральная звезда светила стабильно, и около 3.7 миллиарда лет назад на Земле появилась жизнь. Есть ли жизнь на Марсе, в настоящее время выясняет Кьюриосити.

Нашей Солнечной системе не больше пяти миллиардов лет. Большую часть этого времени центральная звезда светила стабильно, и около 3.7 миллиарда лет назад на Земле появилась жизнь.  Есть ли жизнь на Марсе, в настоящее время выясняет Кьюриосити. А сколько времени Земля сможет остаться живой планетой, зависит от эволюции Солнца, которое светит за счет реакции термоядерного синтеза гелия из водорода. Астрономы называют эту реакция горением водородного топлива. Со временем, по мере сжигания запасов водорода, светимость Солнца увеличится. Спустя всего 1-2 миллиарда лет количество энергии, поступающей на Землю, увеличится настолько, что вся вода океанов превратится в пар. Жизнь на Земле в любой форме станет невозможной.

Зона в окрестности звезды, в которой теоретически на планете земного типа возможно присутствие воды в жидком состоянии, называют обитаемости. Англичане поэтически называют ее зоной Златовласки в честь героини сказки «Златовласка и три медведя». Чтобы планете была в зоне обитаемости, на ней должно быть не холодно, не жарко, а в самый раз, как и в поиске Златовласки. В первую очередь планета должна быть на «правильном» расстоянии от своей звезды. 

Зеленая зона обитаемости

Зеленая зона обитаемости и орбиты Меркурия, Венеры, Земли и Марса. Сверху вниз: для горячей, солнцеподобной и холодной звезд .

Чем сложнее живой организм, тем больше времени требуется для его формирования как биологического вида. Поэтому поиски разумной жизни на Марсе вести бессмысленно: он находится в условно-обитаемой зоне.

Экстрасолнечные планетные системы могут дать больше простора для поиска. Первая планета в зоне обитаемости вблизи звезды, похожей на Солнце, Кеплер 22b, в 2.4 раза больше Земли; отдалена от своей звезды примерно на 127.5 млн. км, а период обращения планеты приблизительно равен 290 земных суток. Расстояние от планеты Кеплер 22b до её звезды примерно на 15 % меньше, чем расстояние от Земли до Солнца, и световой поток от звезды Kepler-22 примерно на 25 % меньше, чем от Солнца. В результате ученые предполагают то температура на поверхности без парникового эффекта была бы около -11°C. Если же парниковый эффект, связанный с составом атмосферы, присутствует, то температура  оцнивается как вполне комфортная: 22°C.

Оценки шансов на обнаружение жизни поблизости от самых распространенных звезд во Вселенной, маломассивных и холодных красных карликов, достигают 6%. Это очень хороший шанс. Астроном Рави Кумар Коппарапу из Университета штата Пенсильвания (США) считает, что в среднем из десяти красных карликов четыре имеют в зоне обитаемости планеты размером в 0,5–1,4 Земли. В радиусе 10 световых лет от Земли, возможно, обнаружатся три таких планеты у разных или одной звезды.

В планетной системе Глизе 581 центральная звезда именно красный карлик, со светимость. Всего чуть выше 1 % от светимости Солнца. Это старая звезда, ее возраст оценивается в в 8-10 миллиардов лет. В этой системе в зоне обитаемости находятся целых три планеты. Одна из них, Глизе 581с, похожа на Землю: ускорение свободного падения на поверхности в 1.6 раза больше земного, а g, а температура поверхности оценивается в пределах −3…40 °С. На Земле перепады температуры больше. Еще одна планета системы, суперземля Глизе 581g, находится в зеленой зоне красного карлика. Она  возглавила пятерку экзопланет, на которых может существовать жизнь в привычной для нас форме (по данным ученых Калифорнийского университета).

Система Глизе 581 и наша Солнечная система с их зонами обитаемости

Впрочем, для оценки условий для каких-либо форм жизни нужно учитывать и состав атмосферы планеты, и давление атмосферы на ее поверхности. Если на планете нет воды, все остальные условия можно уже и не рассматривать. Однако, при практически земном составе атмосферы, важным фактором становится атмосферное давление, ведь чем оно ниже, тем ниже и температура кипения воды.

Учёные под руководством Джованни Владило (Giovanni Vladilo) из Астрономической обсерватории Триеста (Италия) смоделировали зависимости границ зоны обитаемости планет вокруг других звёзд от плотности их атмосферы. На Венере давление в 93 раза больше земного, на Марсе примерно 0,06 от земного. В качестве критерия зоны обитаемости была выбрана возможность существования воды на поверхности планеты, причём именно в жидком виде. В результате у нашего при теперешней светимости Солнца при любом давлении жизнь невозможна ближе, чем в 0.82 и дальше 1.08 астрономический единицы. Интересно, что при большом давлении перепады температур становятся небольшими: на внешнем крае зоны обитаемости от –12 до +5°С.

Эндрю Рашби из Университета Восточной Англии (Великобритания) и его коллеги рассчитали, сколько времени та или иная планета проведёт в зоне обитаемости. Они учли, что чем массивнее центральная звезда, тем быстрее идет ее эволюция, и, следовательно, изменяются границы заны обитания. Получившуюся модель ученые проверили для Земли, Марса и семи других планет. Выяснилось, что Земля в зеленой зоне Солнца может находиться в течение 7,79 миллиарда лет и 4,5 миллиарда из них уже миновали; Кеплер 22 b получил лимит зеленой зоны в пределах от 4,3 до 6,1 миллиарда лет; Глизе 581d  возле своего красного карлика проживет в зоне обитаемости от 42.4– 54.72 милларда лет, если, конечно Вселенная просуществует столько времени.