Вероятно, жизнь устойчивее всего около богатых кислородом солнцеподобных звёзд
Источник - http://science.compulenta.ru/706407/
Автор - Александр Березин
Как мы помним, Рэй Брэдбери однажды предположил, что убийство бабочки в меловом периоде способно радикально повлиять на все последующие события, включая столь отдалённые, как история человечества.
Новое исследование астрофизиков из Университета штата Аризона (США) предполагает, что даже лёгкие, казалось бы, незначительные колебания в химическом составе звезды вполне могут иметь колоссальное (и даже роковое) влияние на судьбу жизни на планетах, вращающихся вокруг такого светила.
Сейчас при определении потенциальной обитаемости экзопланеты астрономы концентрируются на её массе (слишком тяжёлая будет лишена твёрдой поверхности и жидкой воды) и расстоянии до материнской звезды. В общем, если землеподобная планета находится в «зоне обитаемости», дело, можно сказать, сделано.
Через считанный миллиард лет на Земле будет невыносимо жарко из-за роста светимости Солнца. Но почему тогда миллиард лет назад на ней не было невыносимо холодно? (Илл. Kevin Lafin / Stocktrek Images / Corbis.)
Или нет? Работа, появившаяся в августовском выпуске Astrophysical Journal Letters, постулирует, что даже незначительные колебания в химическом составе звезды могут свести на нет вероятность возникновения разумной жизни на её планетах. Причины? По современным представлениям, звезда вроде того же жёлтого карлика (типа Солнца) постоянно повышает свою светимость на протяжении всей жизни. Проиллюстрируем мысль на примере родного светила: 4 млрд лет назад его светимость была на 30% меньше. По самым умеренным оценкам, ещё через миллиард лет светимость Солнца вырастет до величин, несовместимых с высокоразвитой жизнью: прорабатывавшиеся климатические модели при увеличении солнечной постоянной на 6% показывают непереносимую жару даже на полюсах. Сюжет гибели человечества (из-за подскочившей светимости звезды) многократно обыгран в классической НФ-литературе, поэтому останавливаться на этом не будем.
Казалось бы, очевидно, что этот печальный сценарий делает вымирание жизни на той или иной планете неизбежным. Однако польский исследователь Мечислав Таубе довольно давно просчитал, что орбиту Земли можно скорректировать, выстроив на экваторе 240 башен с реактивными двигателями 20-километровой высоты мощностью в 830 квадриллионов ватт каждый. Да только в рамках дейтериевого цикла термоядерного топлива потребуется 15 000 тонн (больше, чем во всех земных океанах), а время миграции на орбиту Юпитера составит 1 млрд лет - то есть начинать надо уже сегодня, а мы, как всегда, не готовы - ни энергетически (до преодоления предела Гринвальда с термоядерной энергетикой будет тяжело), ни организационно, ни морально. Ведь на Земле ещё есть места, где реактивный лайнер перед полётом окропляют кровью жертвенных козлов, какое уж тут перемещение с орбиты. Кстати, на такое реактивное движение потребуется потратить 8% массы планеты. Так что межзвёздные путешествия на этом фоне начинают выглядеть вполне оправданно, а гибель Земли - неизбежной.
Но не всё так однозначно, отмечает ведущий автор работы адъюнкт-профессор Патрик Янг: «Большие количества углерода, кислорода, кремния, магния и натрия особенно важны. Чем больше этих элементов, тем медленнее процесс [рост светимости]». Как результат, у жизни есть кое-какое время на развитие. При достаточно высоком уровне такового развития разумный вид может переместиться к другим звёздам, а на первое время хотя бы к планетам или спутникам своей же системы, расположенным чуть дальше от Солнца.
Однако времени для такой подготовки надо очень много. Очень! Наш собственный опыт подсказывает: даже после 3,5 млрд лет развития разумный вид может быть не готов технически к столь масштабным миграциям. Да чего там, первый многоклеточный организм возник всего 650 млн лет назад - 2,85 млрд лет спустя после возникновения жизни! Очевидно, понадобятся миллиарды лет.
Чем больше в звезде этих «магических» четырёх элементов (C, O, Mg, Na), тем сильнее она охлаждается и тем медленнее растёт её светимость, предоставляя местной жизни дополнительное время для перехода в разумную фазу.
Исследователи попытались смоделировать итоги развития 145 звёзд того же класса, что и Солнце, чтобы оценить, как вариации в их составе влияют на длительность умеренной светимости звезды. Оказалось, что основное значение имеет кислород. Создавая вариативность звёздного состава, он затрудняет термоядерные реакции в ней, ведь чтобы атом кислорода слился с другим атомом, нужны куда бóльшие температуры и давления, чем в случае слияния атомов водорода или гелия.
Находясь на орбите в 1 а. е. от светила, планета земного типа сохранит обитаемость при стандартном содержании кислорода в течение 6,2 млрд лет. Правда, обитаемость во многом будет относиться к полюсам, а не экваториальным зонам, да и там будет жарко. При наиболее низких из встречающихся в природе значениях кислорода эпоха обитаемости на такой орбите не превысит 3,5 млрд лет. Если верить сегодняшним данным по истории жизни на Земле, то развиться до межзвёздных перелётов наша жизнь просто не успела бы. Наконец, самые насыщенные кислородом звёзды дают двойнику Земли на такой, как у неё, орбите 9,0 млрд лет обитаемости.
Время обитаемости землеподобной планеты, находящейся в 1 а. е. от звезды типа Солнца, млрд лет. (Таблица Patrick Young et al.)
Что на это скажут скептики? Контраргументы по группам могут выглядеть примерно так.
Во-первых, по современным данным плотность атмосферы ранней Земли была такой же, как сейчас, и парниковых газов в ней было недостаточно для компенсации слабости солнечного излучения. При этом никакого оледенения ни 4, ни 3, ни 2,5 млрд лет назад не было. Да, было гуронское оледенение (2,4 млрд лет назад), но, собственно, оледенения на Земле происходили и после, а вот до того (более 2 млрд лет) их следов нет. Иными словами, пока Солнце светило слабо, оледенений не было, а как стало припекать, так лёд стал регулярно появляться в поясе умеренного климата. Эти данные, как отмечал ещё Карл Саган, несовместимы с представлением о «молодом слабом Солнце».
Во-вторых, мы видим газообразные планеты-гиганты на тесных орбитах вокруг жёлтых звёзд, которым 12-13 млрд лет. Если исходить из справедливости идеи нарастающей светимости, то их уже давно не должно там быть.
В-третьих, при большей массе планеты («суперземли») эффект изменения светимости может быть в огромной степени погашен чисто планетарными эффектами, такими как изменение альбедо, оси прецессии, колебания содержания парниковых газов и так далее. В конце концов, тот же подъём температуры на Земле до 60 ˚С должен сопровождаться таким падением потребления углекислого газа растениями, что о парниковом эффекте вообще можно забыть.
В-третьих (и это самое главное), абсолютное большинство звёзд Вселенной являются красными карликами класса М. Им вообще всё равно, существует ли парадокс слабого Солнца, или это просто недопонимание нами термоядерных процессов в недрах жёлтых звёзд. Их жизненный цикл может составлять, например, триллион лет - в сотни раз больше, чем насчитывает история Вселенной. При этом изменения в светимости на протяжении этого триллиона будут минимальны.
И всё же идея о взаимозависимости насыщенности жёлтых звёзд тяжёлыми элементами и устойчивости климата на экзопланетах явно имеет рациональное зерно. Возможно, вместе с концепций зоны обитаемости астробиологи со временем введут и понятие «эпохи обитаемости».
С полным текстом соответствующего исследования можно ознакомиться здесь.
Подготовлено по материалам Университета штата Аризона.
Автор - Александр Березин
Как мы помним, Рэй Брэдбери однажды предположил, что убийство бабочки в меловом периоде способно радикально повлиять на все последующие события, включая столь отдалённые, как история человечества.
Новое исследование астрофизиков из Университета штата Аризона (США) предполагает, что даже лёгкие, казалось бы, незначительные колебания в химическом составе звезды вполне могут иметь колоссальное (и даже роковое) влияние на судьбу жизни на планетах, вращающихся вокруг такого светила.
Сейчас при определении потенциальной обитаемости экзопланеты астрономы концентрируются на её массе (слишком тяжёлая будет лишена твёрдой поверхности и жидкой воды) и расстоянии до материнской звезды. В общем, если землеподобная планета находится в «зоне обитаемости», дело, можно сказать, сделано.
Через считанный миллиард лет на Земле будет невыносимо жарко из-за роста светимости Солнца. Но почему тогда миллиард лет назад на ней не было невыносимо холодно? (Илл. Kevin Lafin / Stocktrek Images / Corbis.)
Или нет? Работа, появившаяся в августовском выпуске Astrophysical Journal Letters, постулирует, что даже незначительные колебания в химическом составе звезды могут свести на нет вероятность возникновения разумной жизни на её планетах. Причины? По современным представлениям, звезда вроде того же жёлтого карлика (типа Солнца) постоянно повышает свою светимость на протяжении всей жизни. Проиллюстрируем мысль на примере родного светила: 4 млрд лет назад его светимость была на 30% меньше. По самым умеренным оценкам, ещё через миллиард лет светимость Солнца вырастет до величин, несовместимых с высокоразвитой жизнью: прорабатывавшиеся климатические модели при увеличении солнечной постоянной на 6% показывают непереносимую жару даже на полюсах. Сюжет гибели человечества (из-за подскочившей светимости звезды) многократно обыгран в классической НФ-литературе, поэтому останавливаться на этом не будем.
Казалось бы, очевидно, что этот печальный сценарий делает вымирание жизни на той или иной планете неизбежным. Однако польский исследователь Мечислав Таубе довольно давно просчитал, что орбиту Земли можно скорректировать, выстроив на экваторе 240 башен с реактивными двигателями 20-километровой высоты мощностью в 830 квадриллионов ватт каждый. Да только в рамках дейтериевого цикла термоядерного топлива потребуется 15 000 тонн (больше, чем во всех земных океанах), а время миграции на орбиту Юпитера составит 1 млрд лет - то есть начинать надо уже сегодня, а мы, как всегда, не готовы - ни энергетически (до преодоления предела Гринвальда с термоядерной энергетикой будет тяжело), ни организационно, ни морально. Ведь на Земле ещё есть места, где реактивный лайнер перед полётом окропляют кровью жертвенных козлов, какое уж тут перемещение с орбиты. Кстати, на такое реактивное движение потребуется потратить 8% массы планеты. Так что межзвёздные путешествия на этом фоне начинают выглядеть вполне оправданно, а гибель Земли - неизбежной.
Но не всё так однозначно, отмечает ведущий автор работы адъюнкт-профессор Патрик Янг: «Большие количества углерода, кислорода, кремния, магния и натрия особенно важны. Чем больше этих элементов, тем медленнее процесс [рост светимости]». Как результат, у жизни есть кое-какое время на развитие. При достаточно высоком уровне такового развития разумный вид может переместиться к другим звёздам, а на первое время хотя бы к планетам или спутникам своей же системы, расположенным чуть дальше от Солнца.
Однако времени для такой подготовки надо очень много. Очень! Наш собственный опыт подсказывает: даже после 3,5 млрд лет развития разумный вид может быть не готов технически к столь масштабным миграциям. Да чего там, первый многоклеточный организм возник всего 650 млн лет назад - 2,85 млрд лет спустя после возникновения жизни! Очевидно, понадобятся миллиарды лет.
Чем больше в звезде этих «магических» четырёх элементов (C, O, Mg, Na), тем сильнее она охлаждается и тем медленнее растёт её светимость, предоставляя местной жизни дополнительное время для перехода в разумную фазу.
Исследователи попытались смоделировать итоги развития 145 звёзд того же класса, что и Солнце, чтобы оценить, как вариации в их составе влияют на длительность умеренной светимости звезды. Оказалось, что основное значение имеет кислород. Создавая вариативность звёздного состава, он затрудняет термоядерные реакции в ней, ведь чтобы атом кислорода слился с другим атомом, нужны куда бóльшие температуры и давления, чем в случае слияния атомов водорода или гелия.
Находясь на орбите в 1 а. е. от светила, планета земного типа сохранит обитаемость при стандартном содержании кислорода в течение 6,2 млрд лет. Правда, обитаемость во многом будет относиться к полюсам, а не экваториальным зонам, да и там будет жарко. При наиболее низких из встречающихся в природе значениях кислорода эпоха обитаемости на такой орбите не превысит 3,5 млрд лет. Если верить сегодняшним данным по истории жизни на Земле, то развиться до межзвёздных перелётов наша жизнь просто не успела бы. Наконец, самые насыщенные кислородом звёзды дают двойнику Земли на такой, как у неё, орбите 9,0 млрд лет обитаемости.
Время обитаемости землеподобной планеты, находящейся в 1 а. е. от звезды типа Солнца, млрд лет. (Таблица Patrick Young et al.)
Что на это скажут скептики? Контраргументы по группам могут выглядеть примерно так.
Во-первых, по современным данным плотность атмосферы ранней Земли была такой же, как сейчас, и парниковых газов в ней было недостаточно для компенсации слабости солнечного излучения. При этом никакого оледенения ни 4, ни 3, ни 2,5 млрд лет назад не было. Да, было гуронское оледенение (2,4 млрд лет назад), но, собственно, оледенения на Земле происходили и после, а вот до того (более 2 млрд лет) их следов нет. Иными словами, пока Солнце светило слабо, оледенений не было, а как стало припекать, так лёд стал регулярно появляться в поясе умеренного климата. Эти данные, как отмечал ещё Карл Саган, несовместимы с представлением о «молодом слабом Солнце».
Во-вторых, мы видим газообразные планеты-гиганты на тесных орбитах вокруг жёлтых звёзд, которым 12-13 млрд лет. Если исходить из справедливости идеи нарастающей светимости, то их уже давно не должно там быть.
В-третьих, при большей массе планеты («суперземли») эффект изменения светимости может быть в огромной степени погашен чисто планетарными эффектами, такими как изменение альбедо, оси прецессии, колебания содержания парниковых газов и так далее. В конце концов, тот же подъём температуры на Земле до 60 ˚С должен сопровождаться таким падением потребления углекислого газа растениями, что о парниковом эффекте вообще можно забыть.
В-третьих (и это самое главное), абсолютное большинство звёзд Вселенной являются красными карликами класса М. Им вообще всё равно, существует ли парадокс слабого Солнца, или это просто недопонимание нами термоядерных процессов в недрах жёлтых звёзд. Их жизненный цикл может составлять, например, триллион лет - в сотни раз больше, чем насчитывает история Вселенной. При этом изменения в светимости на протяжении этого триллиона будут минимальны.
И всё же идея о взаимозависимости насыщенности жёлтых звёзд тяжёлыми элементами и устойчивости климата на экзопланетах явно имеет рациональное зерно. Возможно, вместе с концепций зоны обитаемости астробиологи со временем введут и понятие «эпохи обитаемости».
С полным текстом соответствующего исследования можно ознакомиться здесь.
Подготовлено по материалам Университета штата Аризона.