Планетарная обитаемость - Planetary habitability

Понимание планетарной обитаемости частично является экстраполяцией условий на Земле, поскольку это единственное планета известно, что поддерживает жизнь.

Планетарная обитаемость это мера планета или естественный спутник потенциал для развития и поддержания среды, благоприятной для жизнь.^[1] Жизнь может быть генерируется напрямую на планете или спутнике эндогенно или переноситься на него из другого тела посредством гипотетического процесса, известного как панспермия.^[2] Окружающая среда не обязательно должна содержать жизнь, чтобы считаться пригодной для проживания, и она не допускается жилые зоны единственные области, в которых может возникнуть жизнь.^[3]

Поскольку существование жизнь за пределами Земли неизвестно, обитаемость планеты в значительной степени экстраполяция условий на Земле и характеристик солнце и Солнечная система которые кажутся благоприятными для процветания жизни. Особый интерес представляют те факторы, которые имеют устойчивый комплекс, многоклеточный организмов на Земле и не только попроще, одноклеточный существа. Исследования и теория в этом отношении являются составной частью ряда естественных наук, таких как астрономия, планетология и возникающая дисциплина астробиология.

Абсолютное требование к жизни - это энергия источник, а понятие планетарной обитаемости подразумевает, что многие другие геофизический, геохимический, и астрофизический критерии должны быть выполнены, прежде чем астрономическое тело сможет поддерживать жизнь. В своей дорожной карте астробиологии НАСА определила основные критерии обитаемости как «протяженные области жидкой воды,^[1] благоприятные условия для сборки сложных Органические молекулы, и источники энергии для поддержания метаболизм ".^[4] В августе 2018 года исследователи сообщили, что водные миры может поддерживать жизнь.^[5][6]

Показатели пригодности и биосигнатуры должны интерпретироваться в планетарном и экологическом контексте.^[2] При определении потенциала обитаемости тела исследования сосредотачиваются на его основном составе, орбитальный характеристики, атмосфера, и потенциальные химические взаимодействия. Важные звездные характеристики включают: масса и яркость, стабильный изменчивость, и высокий металличность. Каменистый, мокрый земной планеты и луны -типа с потенциалом Земная химия являются основным направлением астробиологических исследований, хотя более спекулятивные теории обитаемости иногда исследуют альтернативные биохимии и другие типы астрономических тел.

Идея о том, что на планетах за пределами Земли может быть жизнь, является древней, хотя исторически ее сформулировали философия столько, сколько физическая наука.^[а] В конце 20-го века в этой области произошли два прорыва. Наблюдение и роботизированный космический корабль исследование других планет и лун в Солнечной системе предоставили важную информацию по определению критериев обитаемости и позволили провести существенные геофизические сравнения между Землей и другими телами. Открытие внесолнечные планеты, начиная с начала 1990-х гг.^[7][8] и ускорение после этого предоставило дополнительную информацию для изучения возможной внеземной жизни. Эти данные подтверждают, что Солнце не уникально среди звезды в размещении планет и расширяет горизонт исследования обитаемости за пределы Солнечной системы.

Сравнение обитаемости Земли

В химия жизни возможно, началось вскоре после Большой взрыв, 13,8 миллиарда лет назад, в эпоху обитания, когда Вселенная было всего 10–17 миллионов лет.^[9][10] Согласно панспермия гипотеза, микроскопическая жизнь - распределяется метеороиды, астероиды и другие небольшие тела Солнечной системы - может существовать по всей Вселенной.^[11] Тем не менее, Земля - ​​единственное место во Вселенной, где есть жизнь.^[12][13] Оценки жилые зоны вокруг других звезд,^[14][15] наряду с открытием сотен внесолнечные планеты и новое понимание экстремальных мест обитания здесь, на Земле, предполагают, что во Вселенной может быть намного больше пригодных для жизни мест, чем считалось возможным до недавнего времени.^[16] 4 ноября 2013 года астрономы сообщили, что Кеплер космическая миссия данные, что может быть до 40 миллиардов Размером с Землю планеты на орбите в жилые зоны из Солнечные звезды и красные карлики в пределах Млечный Путь.^[17][18] 11 миллиардов из этих предполагаемых планет могут вращаться вокруг звезд, подобных Солнцу.^[19] Ближайшая такая планета может быть 12 световых лет прочь, по мнению ученых.^[17][18] По состоянию на март 2020 года было обнаружено 55 потенциально пригодных для жизни экзопланет.^[20]

Подходящие звездные системы

Понимание планетарной обитаемости начинается с звезды-хозяина.^[21] Классический HZ определен только для условий поверхности; но метаболизм, который не зависит от звездного света, все еще может существовать за пределами HZ, процветая в недрах планеты, где доступна жидкая вода.^[21]

Под эгидой SETI с Проект Феникс, ученые Маргарет Тернбулл и Джилл Тартер разработал "HabCat "(или Каталог обитаемых звездных систем) в 2002 году. Каталог был сформирован путем отсеивания почти 120 000 звезд из более крупных Каталог Hipparcos в основную группу из 17 000 потенциально обитаемых звезд, и использованные критерии отбора обеспечивают хорошую отправную точку для понимания того, какие астрофизические факторы необходимы для обитаемых планет.^[22] Согласно исследованию, опубликованному в августе 2015 года, очень большие галактики могут быть более благоприятными для образования и развития пригодных для жизни планет, чем меньшие галактики, такие как Млечный Путь галактика.^[23]

Однако вопрос о том, что делает планету пригодной для жизни, намного сложнее, чем наличие планеты, расположенной на правильном расстоянии от своей звезды-хозяина, чтобы вода могла быть жидкой на ее поверхности: различные геофизический и геодинамический аспектов, излучения и родительской звезды плазма окружающая среда может влиять на эволюцию планет и жизни, если она возникла.^[21] Жидкая вода является необходимым, но не достаточным условием для жизни в том виде, в котором мы ее знаем, поскольку обитаемость зависит от множества параметров окружающей среды.^[2]

Спектральный класс

В спектральный класс звезды указывает на ее фотосферная температура, который (для звезды главной последовательности ) коррелирует с общей массой. Подходящим спектральным диапазоном для обитаемых звезд считается от «позднего F» или «G» до «среднего K». Это соответствует температурам чуть более 7000.K ниже 4000 К (6700–3700 ° С); Солнце, звезда G2 при 5777 K, находится в этих пределах. Этот спектральный диапазон, вероятно, составляет от 5% до 10% звезд местного Млечный путь. Звезды «среднего класса» такого типа обладают рядом характеристик, которые считаются важными для обитаемости планеты:

• Они живут как минимум несколько миллиардов лет, давая жизни шанс эволюционировать. Более светящийся Звезды главной последовательности классов «О», «В» и «А» обычно живут менее миллиарда лет, а в исключительных случаях - менее 10 миллионов.^[24][b]
• Они излучают достаточно высокочастотные ультрафиолетовая радиация запускать важные атмосферные динамики, такие как озон формация, но не настолько, чтобы ионизация разрушает зарождающуюся жизнь.^[25]
• Они излучают достаточное количество излучения на длинах волн, способствующих фотосинтезу.^[26]
• Жидкая вода может существовать на поверхности планет, вращающихся вокруг них на расстоянии, которое не вызывает приливная блокировка.

Звезды К-типа может поддерживать жизнь намного дольше, чем солнце.^[27]

Будь слабее поздний К и М класс красный карлик звезды также являются подходящими хозяевами для обитаемых планет - это, пожалуй, самый важный открытый вопрос во всей области обитаемости планет, учитывая их распространенность (обитаемость систем красных карликов ). Gliese 581 c, а "суперземля ", был обнаружен на орбите в"жилая зона "(Гц) красный карлик и может содержать жидкую воду. Однако также возможно, что парниковый эффект может сделать его слишком горячим, чтобы поддерживать жизнь, в то время как его сосед Глизе 581 d, может быть более вероятным кандидатом для обитаемости.^[28] В сентябре 2010 года было объявлено об открытии другой планеты, Глизе 581 г, на орбите между этими двумя планетами. Однако отзывы об открытии поставили под сомнение существование этой планеты, и она внесена в список «неподтвержденных». В сентябре 2012 года открытие двух планет, вращающихся вокруг Глизе 163^[29] было объявлено.^[30][31] Одна из планет, Gliese 163 c, примерно в 6,9 раз больше массы Земли и несколько более горячая, считалось, что она находится в зоне обитания.^[30][31]

Недавнее исследование предполагает, что более холодные звезды, излучающие больше света в инфракрасном и ближнем инфракрасном диапазонах, на самом деле могут содержать более теплые планеты с меньшим количеством льда и возникновением состояний снежного кома. Эти длины волн поглощаются льдом их планет и парниковыми газами и остаются более теплыми.^[32][33]

Стабильная жилая зона

Жилая зона (HZ) - это ракушка -образная область пространства вокруг звезды, в которой планета может поддерживать жидкую воду на своей поверхности.^[21] Концепция была впервые предложена астрофизиком. Су-Шу Хуанг в 1959 г. на основании климатических ограничений, наложенных звездой-хозяином.^[21] После источника энергии жидкая вода считается наиболее важным ингредиентом для жизни, учитывая, насколько она является неотъемлемой частью всех жизненных систем на Земле. Это может отражать известную зависимость жизни от воды; однако, если жизнь обнаруживается в отсутствии воды, определение HZ, возможно, придется значительно расширить.

Внутренний край HZ - это расстояние, на котором безудержный парниковый эффект испаряют весь резервуар с водой и, как второй эффект, вызывают фотодиссоциацию водяного пара и утечку водорода в космос. Внешний край HZ - это расстояние от звезды, на котором максимальный парниковый эффект не может удержать поверхность планеты выше точки замерзания, и CO
₂ конденсация.^[21][3]

«Стабильный» HZ предполагает два фактора. Во-первых, диапазон HZ не должен сильно меняться со временем. Все звезды с возрастом увеличивают яркость, и, таким образом, данная HZ мигрирует наружу, но если это происходит слишком быстро (например, со сверхмассивной звездой), планеты могут иметь только короткое окно внутри HZ и, соответственно, меньшую вероятность развивающаяся жизнь. Расчет диапазона HZ и его долгосрочного движения никогда не бывает простым, так как отрицательный петли обратной связи такой как Цикл CNO будет иметь тенденцию компенсировать увеличение яркости. Предположения, сделанные об атмосферных условиях и геологии, таким образом, имеют такое же большое влияние на предполагаемый диапазон HZ, как и звездная эволюция: например, предлагаемые параметры HZ Солнца сильно колебались.^[34]

Во-вторых, нет крупных тел, таких как газовый гигант должны присутствовать в зоне HZ или относительно близко к ней, тем самым нарушая формирование тел размером с Землю. Например, материя в поясе астероидов, похоже, не смогла аккрецироваться на планету из-за орбитального резонанса с Юпитером; если бы гигант появился в области, которая сейчас находится между орбитами Венера и Марс Земля почти наверняка не развивалась бы в ее нынешнем виде. Однако газовый гигант внутри HZ мог бы обитаемые луны при правильных условиях.^[35]

В Солнечной системе внутренние планеты земной, а внешние - газовые гиганты, но открытия внесолнечные планеты предполагают, что такое расположение может быть совсем не обычным: многочисленные тела размером с Юпитер были обнаружены на близкой орбите вокруг своих основных, разрушающих потенциальные HZ. Однако имеющиеся данные по внесолнечным планетам, вероятно, будут смещены в сторону этого типа (большие планеты на близких орбитах), потому что их гораздо легче идентифицировать; таким образом, еще неизвестно, какой тип планетной системы является нормой и действительно ли она существует.^{[нужна цитата ]}

Низкая звездная вариация

Изменения в яркость общие для всех звезд, но степень таких колебаний охватывает широкий диапазон. Большинство звезд относительно стабильны, но значительное меньшинство переменных звезд часто претерпевает внезапное и сильное увеличение яркости и, следовательно, количества энергии, излучаемой в направлении тел на орбите. Эти звезды считаются плохими кандидатами на размещение планет, несущих жизнь, поскольку их непредсказуемость и изменения в выработке энергии могут негативно повлиять на организмы: живые существа, адаптированные к определенному температурному диапазону, не могут выдержать слишком большие колебания температуры. Кроме того, скачки яркости обычно сопровождаются огромными дозами гамма-луч и рентгеновский снимок радиация, которая может оказаться смертельной. Атмосфера действительно смягчают такие эффекты, но их атмосфера может не удерживаться планетами, вращающимися на орбите, потому что высокочастотная энергия, ударяющая по этим планетам, будет постоянно лишать их защитного покрытия.

Солнце в этом отношении, как и во многих других, относительно благоприятно: разница между его максимальным и минимальным выходом энергии составляет примерно 0,1% за его 11-летний период. солнечный цикл. Есть сильный (хотя и не бесспорный) свидетельство что даже незначительные изменения светимости Солнца оказали значительное влияние на климат Земли в историческую эпоху: Маленький ледниковый период Например, середина второго тысячелетия могла быть вызвана относительно длительным падением светимости Солнца.^[36] Таким образом, звезда не обязательно должна быть истинной переменной, чтобы различия в яркости влияли на обитаемость. Известных солнечные аналоги, тот, который очень похож на Солнце, считается 18 Скорпионов; К сожалению, для перспектив жизни, существующей в непосредственной близости от них, единственное существенное различие между двумя телами - это амплитуда солнечного цикла, которая, кажется, намного больше для 18 Скорпиона.^[37]

Высокая металличность

Хотя основная масса материала в любой звезде водород и гелий, существует значительный разброс в количестве более тяжелых элементов (металлы ). Высокая доля металлов в звезде коррелирует с количеством тяжелого материала, изначально доступного в протопланетный диск. Меньшее количество металла делает образование планет гораздо менее вероятным. солнечная туманность теория планетная система формирование. Любые планеты, которые образовались вокруг звезды с низким содержанием металлов, вероятно, будут иметь небольшую массу и, следовательно, неблагоприятны для жизни. Спектроскопический исследования систем, где экзопланеты были обнаружены на сегодняшний день, подтверждая связь между высоким содержанием металлов и образованием планет: «Звезды с планетами или, по крайней мере, с планетами, подобными тем, которые мы находим сегодня, явно более богаты металлами, чем звезды без планетных спутников».^[38] Эта взаимосвязь между высокой металличностью и образованием планет также означает, что обитаемые системы с большей вероятностью будут обнаружены вокруг звезд более молодых поколений, поскольку звезды, сформировавшиеся в начале вселенная История имеют низкое содержание металлов.

Планетарные характеристики

Спутники некоторых газовых гигантов потенциально могут быть обитаемыми.^[39]

Показатели пригодности и биосигнатуры должны интерпретироваться в планетарном и экологическом контексте.^[2] Останется ли планета пригодной для жизни, зависит от последовательности событий, которые привели к ее формированию, что может включать в себя производство органических молекул в организме. молекулярные облака и протопланетные диски, доставка материалов во время и после планетарного нарастание, и орбитальное положение в планетной системе.^[2] Главное предположение об обитаемых планетах состоит в том, что они земной. Такие планеты, примерно в пределах одного порядок величины из Масса Земли, в основном состоят из силикат горных пород, и не аккрецировали газовые внешние слои водород и гелий найти на газовые гиганты. Возможность того, что жизнь могла развиться в верхних слоях облаков планет-гигантов, не исключалась окончательно,^[c] хотя это считается маловероятным, поскольку у них нет поверхности и их сила тяжести огромна.^[42] Между тем естественные спутники планет-гигантов остаются подходящими кандидатами для жизни.^[39]

В феврале 2011 г. Команда миссии космической обсерватории Кеплер выпустил список 1235 кандидатов на внесолнечную планету, из них 54 могут находиться в жилой зоне.^[43][44] Шесть кандидатов в этой зоне меньше, чем Земля в два раза.^[43] Более недавнее исследование показало, что один из этих кандидатов (KOI 326.01) намного больше и горячее, чем сообщалось вначале.^[45] Основываясь на результатах, команда Кеплера подсчитала, что в Млечном Пути находится «не менее 50 миллиардов планет», из которых «не менее 500 миллионов» находятся в обитаемой зоне.^[46]

При анализе среды, которая может поддерживать жизнь, обычно различают простые одноклеточные организмы, такие как бактерии и археи и сложные многоклеточные животные (животные). Одноклеточность обязательно предшествует многоклеточности в любом гипотетическом древе жизни, и там, где одноклеточные организмы действительно появляются, нет уверенности в том, что тогда разовьется большая сложность.^[d] Перечисленные ниже планетарные характеристики считаются решающими для жизни в целом, но в любом случае многоклеточные организмы более разборчивы, чем одноклеточные.

Масса

Марс, с этими разреженный атмосфера, холоднее, чем была бы Земля, если бы она находилась на таком же расстоянии от Солнца.

Планеты с малой массой - плохие кандидаты для жизни по двум причинам. Во-первых, их меньшее сила тяжести делает атмосфера удержание сложно. Учредительный молекулы с большей вероятностью достигнут скорость убегания и потеряться в космосе под ударом Солнечный ветер или размешивается столкновением. На планетах без плотной атмосферы отсутствует материя, необходимая для первичной биохимия, имеют слабую изоляцию и плохие теплопередача по их поверхности (например, Марс с его тонкой атмосферой, холоднее, чем была бы Земля, если бы она находилась на таком же расстоянии от Солнца), и обеспечивает меньшую защиту от метеороиды и высокочастотный радиация. Кроме того, если плотность атмосферы менее 0,006 атмосферы Земли, вода не может существовать в жидкой форме, как требуется. атмосферное давление, 4.56 мм рт. (608 Па) (0,18 дюйм рт. ст. ), не происходит. Температурный диапазон, при котором вода является жидкой, обычно меньше при низких давлениях.

Во-вторых, у меньших планет меньше диаметры и, следовательно, более высокое отношение площади поверхности к объему, чем у их более крупных собратьев. Такие тела имеют тенденцию быстро терять энергию, оставшуюся от их образования, и в конечном итоге геологически мертвый, лишенный вулканы, землетрясения и тектоническая активность которые снабжают поверхность жизнеобеспечивающим материалом, а атмосферу - замедлителями температуры, такими как углекислый газ. Тектоника плит кажется особенно важной, по крайней мере, на Земле: в процессе не только используются важные химические вещества и минералы, но и стимулируются биоразнообразие за счет создания континентов и повышения сложности окружающей среды и помогает создавать конвективные ячейки, необходимые для генерации Магнитное поле Земли.^[47]

«Низкая масса» - отчасти относительное название: Земля имеет небольшую массу по сравнению с Солнечной системой. газовые гиганты, но это самое большое по диаметру и массе и самое плотное из всех земных тел.^[e] Он достаточно велик, чтобы удерживать атмосферу только за счет силы тяжести, и достаточно велик, чтобы его расплавленное ядро ​​оставалось тепловым двигателем, управляющим разнообразной геологией поверхности (распад радиоактивный элементы в ядре планеты - другой важный компонент планетарного нагрева). Марс, напротив, почти (или, возможно, полностью) геологически мертв и потерял большую часть своей атмосферы.^[48] Таким образом, было бы справедливо сделать вывод, что нижний предел массы для обитаемости находится где-то между пределом массы Марса и Земли или Венеры: 0,3 массы Земли было предложено в качестве грубой разделительной линии для обитаемых планет.^[49] Однако исследование 2008 года Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики предполагает, что разделительная линия может быть выше. На самом деле Земля может находиться на нижней границе обитаемости: если бы она была меньше, тектоника плит была бы невозможна. Венера, на которую приходится 85% массы Земли, не проявляет никаких признаков тектонической активности. И наоборот, "суперземли ", планеты земной группы с большей массой, чем Земля, будут иметь более высокий уровень тектоники плит и, таким образом, будут прочно помещены в обитаемый диапазон.^[50]

Исключительные обстоятельства действительно предполагают исключительные случаи: Юпитер луна Ио (который меньше любой из планет земной группы) вулканически динамичен из-за гравитационных напряжений, вызванных его орбитой, а его сосед Европа под замороженной оболочкой может быть жидкий океан или ледяная слякоть, также из-за энергии, генерируемой на орбите газового гиганта.

Сатурн с Титан между тем, у него есть внешние шансы дать убежище жизни, поскольку он сохранил плотную атмосферу и жидкую метан моря на его поверхности. В этих морях возможны органико-химические реакции, требующие минимума энергии, но может ли какая-либо живая система быть основана на таких минимальных реакциях, неясно и кажется маловероятным. Эти спутники являются исключением, но они доказывают, что масса, как критерий обитаемости, не обязательно может считаться окончательным на данном этапе нашего понимания.^[51]

На более крупной планете, вероятно, будет более массивная атмосфера. Комбинация более высокой скорости убегания для удержания более легких атомов и обширного выделения газа из-за улучшенной тектоники плит может значительно увеличить атмосферное давление и температуру на поверхности по сравнению с Землей. Усиленный парниковый эффект такой тяжелой атмосферы предполагает, что обитаемая зона должна быть дальше от центральной звезды для таких массивных планет.

Наконец, большая планета, вероятно, будет иметь большое железное ядро. Это позволяет магнитное поле к защищать планета из звездный ветер и космическое излучение, которые в противном случае имели бы тенденцию к удалению атмосферы планеты и бомбардировке живых существ ионизированными частицами. Масса - не единственный критерий для создания магнитного поля, поскольку планета также должна вращаться достаточно быстро, чтобы произвести динамо-эффект в своей основе^[52]- но это важная составляющая процесса.

Радиус

Радиус потенциально обитаемой экзопланеты будет составлять от 0,5 до 2,5 радиуса Земли.^[20]

Орбита и вращение

Как и в случае с другими критериями, стабильность является решающим фактором при оценке влияния орбитальных и вращательных характеристик на обитаемость планет. Орбитальный эксцентриситет - это разница между самым дальним и самым близким приближением планеты к родительской звезде, деленная на сумму указанных расстояний. Это соотношение, описывающее форму эллиптической орбиты. Чем больше эксцентриситет, тем сильнее колебания температуры на поверхности планеты. Несмотря на то, что они адаптивны, живые организмы могут выдерживать лишь определенные вариации, особенно если колебания перекрывают и Точка замерзания и точка кипения основного биотического растворителя планеты (например, воды на Земле). Если, например, океаны Земли поочередно кипят и замерзают, трудно представить себе жизнь в том виде, в каком мы ее знаем. Чем сложнее организм, тем выше температурная чувствительность.^[53] Орбита Земли почти идеально круглая с эксцентриситетом менее 0,02; другие планеты Солнечной системы (за исключением Меркурий ) имеют столь же доброкачественные эксцентриситет. Тем не менее, на основе исследований, опубликованных в марте 2020 года, может быть научная поддержка того, что некоторые части планеты Меркурий могли быть обитаемыми, и, возможно, этот фактический формы жизни, хотя, вероятно, примитивный микроорганизмы, возможно, все-таки существовали на планете.^[54][55]

На пригодность для проживания также влияет архитектура планетной системы вокруг звезды. Эволюция и стабильность этих систем определяется гравитационной динамикой, которая движет орбитальной эволюцией планет земной группы. Данные, собранные об эксцентриситетах орбит внесолнечных планет, удивили большинство исследователей: 90% из них имеют эксцентриситет орбиты больше, чем в пределах Солнечной системы, а среднее значение составляет 0,25.^[56] Это означает, что подавляющее большинство планет имеют сильно эксцентричные орбиты, и даже если их среднее расстояние от звезды находится в пределах HZ, они, тем не менее, будут проводить только небольшую часть своего времени в этой зоне.

Движение планеты вокруг своего ось вращения также должны соответствовать определенным критериям, чтобы жизнь могла развиваться. Первое предположение состоит в том, что на планете должен быть умеренный сезоны. Если мало или нет осевой наклон (или наклон) относительно перпендикуляра эклиптика, времена года не наступят, и исчезнет главный стимулятор динамизма биосферы. Планета также была бы холоднее, чем была бы при значительном наклоне: когда наибольшая интенсивность излучения всегда находится в пределах нескольких градусов от экватора, теплая погода не может сместиться к полюсу, и в климате планеты преобладают более холодные полярные погодные системы.

Если планета радикально наклонена, времена года будут экстремальными и усложнят ее жизнь. биосфера достигать гомеостаз. Наклон оси Земли сейчас больше (в Четвертичный ), чем это было в прошлом, что совпадает с сокращением полярных лед, более высокие температуры и меньше сезонные колебания. Ученые не знают, будет ли эта тенденция продолжаться бесконечно при дальнейшем увеличении осевого наклона (см. Снежок Земля ).

Точные последствия этих изменений в настоящее время можно смоделировать только на компьютере, и исследования показали, что даже экстремальные наклоны до 85 градусов не исключают абсолютно жизнь, «при условии, что она не занимает поверхности континентов, сезонно страдающих от самых высоких температур».^[57] Следует учитывать не только средний осевой наклон, но и его изменение во времени. Наклон Земли колеблется от 21,5 до 24,5 градусов за 41 000 лет. Более резкие колебания или гораздо более короткая периодичность могут вызвать климатические эффекты, такие как сезонные колебания суровости.

Другие особенности орбиты включают:

• Планета должна вращаться относительно быстро, чтобы цикл день-ночь не был чрезмерным. Если для дня требуются годы, разница температур между дневной и ночной сторонами будет заметной, и на первый план выйдут проблемы, аналогичные тем, которые отмечены при экстремальном эксцентриситете орбиты.
• Планета также должна вращаться достаточно быстро, чтобы в ее железном ядре можно было запустить магнитное динамо для создания магнитного поля.
• Изменение направления вращения оси (прецессия ) не следует произносить. Сама по себе прецессия не должна влиять на обитаемость, поскольку она меняет направление наклона, а не его степень. Однако прецессия имеет тенденцию усиливать вариации, вызванные другими отклонениями орбиты; видеть Циклы Миланковича. Прецессия на Земле происходит в течение 26 000-летнего цикла.

Земли Луна кажется, играет Решающую роль в смягчении климата Земли за счет стабилизации осевого наклона. Было высказано предположение, что хаотический наклон может стать «нарушителем сделки» с точки зрения обитаемости, т.е. Спутник размером с Луну не только полезен, но и необходим для обеспечения стабильности.^[58] Эта позиция остается спорной.^[f]

В случае с Землей единственная Луна достаточно массивна и вращается по орбите, чтобы вносить значительный вклад в океанские приливы, что, в свою очередь, способствует динамическому взбалтыванию больших жидких водных океанов Земли. Эти лунные силы не только помогают гарантировать, что океаны не застаиваются, но также играют решающую роль в динамическом климате Земли.^[59][60]

Геохимия

Обычно предполагается, что любая внеземная жизнь, которая может существовать, будет основана на тех же фундаментальных принципах. биохимия как четыре элемента, наиболее важные для жизни на Земле, углерод, водород, кислород, и азот, также являются наиболее распространенными химически активными элементами во Вселенной. Действительно, простые биогенные соединения, такие как очень простые аминокислоты Такие как глицин, были найдены в метеориты и в межзвездная среда.^[61] Эти четыре элемента вместе составляют более 96% всей совокупности Земли. биомасса. Углерод обладает беспрецедентной способностью связываться с самим собой и формировать массив сложных и разнообразных структур, что делает его идеальным материалом для сложных механизмов, образующих живые существа. клетки. Водород и кислород в форме воды составляют растворитель, в котором происходят биологические процессы и в котором произошли первые реакции, приведшие к возникновение жизни. Энергия, выделяющаяся при образовании мощных ковалентные связи Между углеродом и кислородом, доступным за счет окисления органических соединений, является топливо для всех сложных форм жизни. Эти четыре элемента вместе составляют аминокислоты, которые, в свою очередь, являются строительными блоками белки, вещество живой ткани. Кроме того, ни сера, необходимого для построения белков, ни фосфор, необходимого для формирования ДНК, РНК, и аденозинфосфаты, необходимые для метаболизм, редко.

Относительное изобилие в космосе не всегда отражает дифференцированное изобилие внутри планет; из четырех жизненных элементов, например, только кислород присутствует в любом количестве в земных корка.^[62] Частично это можно объяснить тем фактом, что многие из этих элементов, например водород и азот, наряду с их простейшими и наиболее распространенными соединениями, такими как углекислый газ, монооксид углерода, метан, аммиак, и вода при высоких температурах газообразны. В жарком регионе, близком к Солнцу, эти летучие соединения не могли играть существенной роли в геологическом образовании планет. Вместо этого они были захвачены в виде газов под новообразованными корками, которые в основном состояли из твердых нелетучих соединений, таких как кремнезем (соединение кремний и кислород, учитывая относительное содержание кислорода). Дегазация летучих соединений через первые вулканы способствовали формированию планет. атмосферы. В Эксперимент Миллера – Юри показали, что при приложении энергии простые неорганические соединения, находящиеся в первичной атмосфере, могут реагировать с образованием аминокислоты.^[63]

Несмотря на это, вулканический дегазация не могла объяснить количество воды в океанах Земли.^[64] Подавляющее большинство воды - и, возможно, углерода - необходимой для жизни, должно быть, пришло из внешней Солнечной системы, вдали от солнечного тепла, где она могла оставаться твердой. Кометы столкновение с Землей в ранние годы Солнечной системы привело бы к осаждению огромного количества воды вместе с другими летучими соединениями, которые необходимы жизни на ранней Земле, что дало бы толчок развитию происхождение жизни.

Таким образом, хотя есть основания подозревать, что четыре «жизненных элемента» должны быть легко доступны где-то еще, обитаемая система, вероятно, также требует снабжения долгосрочными орбитальными телами для зарождения внутренних планет. Без комет есть вероятность, что жизнь в том виде, в котором мы ее знаем, не существовала бы на Земле.

Микросреды и экстремофилы

В Пустыня Атакама в Южная Америка представляет собой аналог Марс и идеальная среда для изучения границы между бесплодием и обитаемостью.

Одним из важных критериев пригодности для жизни является то, что для поддержания жизни требуется лишь крошечная часть планеты. Астробиологи часто интересуются «микросредой», отмечая, что «нам не хватает фундаментального понимания того, как эволюционные силы, такие как мутация, отбор, и генетический дрейф, действуют в микроорганизмах, которые действуют на меняющуюся микросреду и реагируют на нее ".^[65] Экстремофилов земные организмы, которые живут в нишевых средах в суровых условиях, враждебный к жизни. Обычно (хотя и не всегда) одноклеточные, экстремофилы включают остро алкалифильный и ацидофильный организмов и других, которые могут выжить при температуре воды выше 100 ° C в гидротермальные источники.

Открытие жизни в экстремальных условиях усложнило определение пригодности для жизни, но также вызвало большой интерес у исследователей, значительно расширив известный диапазон условий, в которых может существовать жизнь. Например, планета, которая в противном случае не могла бы поддерживать атмосферу, учитывая солнечные условия в ее окрестностях, могла бы сделать это внутри глубокого затененного разлома или вулканической пещеры.^[66] Точно так же кратерная местность может стать убежищем для примитивной жизни. В Кратер Лоун-Хилл был изучен как астробиологический аналог, и исследователи предполагают, что быстрое заполнение отложений создает защищенную микросреду для микробных организмов; аналогичные условия могли иметь место в геологической истории Марс.^[67]

Земная среда, которая не можешь поддерживающая жизнь по-прежнему поучительна для астробиологов при определении границ того, что организмы могут вынести. Сердце Пустыня Атакама, обычно считающееся самым сухим местом на Земле, похоже, неспособно поддерживать жизнь, и это было предметом исследования НАСА и ЕКА по этой причине: он представляет собой аналог Марса, а градиенты влажности по краям идеальны для изучения границы между стерильностью и обитаемостью.^[68] Атакама была предметом исследования в 2003 году, которое частично повторяет эксперименты Викинг высадки на Марс в 1970-е годы; нет ДНК можно было извлечь из двух образцов почвы, и эксперименты по инкубации также были отрицательными для биосигнатуры.^[69]

Экологические факторы

Два современных экологических подхода к прогнозированию потенциальной пригодности для проживания используют 19 или 20 факторов окружающей среды с упором на доступность воды, температуру, наличие питательных веществ, источник энергии и защиту от солнечного ультрафиолета и галактическое космическое излучение.^[70][71]

Альтернативные звездные системы

При определении возможности существования внеземной жизни астрономы долгое время сосредотачивали свое внимание на таких звездах, как Солнце. Однако, поскольку планетные системы, напоминающие Солнечную систему, оказываются редкими, они начали исследовать возможность образования жизни в системах, очень непохожих на нашу.

Бинарные системы

Типичные оценки часто предполагают, что 50% или более всех звездных систем являются двоичные системы. Это может быть отчасти систематической ошибкой выборки, поскольку массивные и яркие звезды обычно находятся в двойных системах, и их легче всего наблюдать и каталогизировать; более точный анализ показал, что более распространенные более слабые звезды обычно являются сингулярными, и поэтому до двух третей всех звездных систем являются одиночными.^[72]

Расстояние между звездами в двойной системе может составлять менее одного астрономическая единица (А.е., среднее расстояние Земля – Солнце) до нескольких сотен. В последних случаях гравитационные эффекты будут незначительными на планете, вращающейся вокруг подходящей звезды, и потенциал обитаемости не будет нарушен, если орбита не будет сильно эксцентричной (см. Немезида, Например). Однако там, где расстояние значительно меньше, стабильная орбита может оказаться невозможной. Если расстояние от планеты до ее главной звезды превышает примерно одну пятую от ближайшего сближения другой звезды, орбитальная стабильность не гарантируется.^[73] Могут ли планеты формироваться в двойных системах долгое время было неясно, учитывая, что гравитационные силы могут мешать формированию планет. Теоретическая работа Алан Босс на Институт Карнеги показал, что газовые гиганты могут образовываться вокруг звезд в двойных системах так же, как вокруг одиночных звезд.^[74]

Одно исследование Альфа Центавра, ближайшая к Солнцу звездная система, предполагает, что двойные системы не нужно сбрасывать со счетов при поиске обитаемых планет. Центавриане A и B имеют расстояние 11 а.е. при ближайшем приближении (в среднем 23 а.е.), и оба должны иметь устойчивые жилые зоны. Исследование долгосрочной орбитальной стабильности смоделированных планет внутри системы показывает, что планеты в пределах примерно трех а.е. от любой звезды могут оставаться довольно стабильными (т. Е. большая полуось отклонение менее 5% за 32 000 двоичных периодов). HZ для Центавра A по консервативным оценкам составляет от 1,2 до 1,3 а.е. и Центавра B от 0,73 до 0,74 - в обоих случаях в пределах стабильной области.^[75]

Системы красных карликов

Относительные размеры звезд и фотосферные температуры. Любая планета вокруг красного карлика, такая как показанная здесь (Gliese 229A ) пришлось бы сбиться с толку, чтобы достичь температуры, подобной земной, что, вероятно, вызовет приливную блокировку. Видеть Аурелия. Кредит: MPIA / V. Йоргенс.

Определение обитаемости красный карлик звезды могут помочь определить, насколько обычна жизнь во Вселенной, поскольку красные карлики составляют от 70 до 90% всех звезд в галактике.

Размер

Астрономы много лет исключали красные карлики как потенциальные жилища для жизни. Их небольшой размер (от 0,08 до 0,45 солнечных масс) означает, что их ядерные реакции протекают исключительно медленно и излучают очень мало света (от 3% света, производимого Солнцем, до всего 0,01%). Любая планета, находящаяся на орбите вокруг красного карлика, должна прижаться очень близко к своей родительской звезде, чтобы достичь температуры поверхности, подобной земной; от 0,3 а.е. (сразу на орбите Меркурий ) для звезды вроде Лакайль 8760, до 0,032 а.е. для такой звезды, как Проксима Центавра^[76] (в таком мире год длился бы всего 6,3 дня). На таких расстояниях гравитация звезды вызовет приливную блокировку. Одна сторона планеты всегда будет обращена к звезде, а другая - от нее. Единственные способы, которыми потенциальная жизнь могла бы избежать или ада, или глубокого замерзания, заключались бы в том, если бы планета имела атмосферу, достаточно толстую, чтобы передавать тепло звезды с дневной стороны на ночную сторону, или если бы газовый гигант был зона, с пригодная для жизни луна, который будет привязан к планете, а не к звезде, что позволит более равномерно распределить излучение по планете. Долгое время считалось, что такая плотная атмосфера в первую очередь не позволит солнечному свету достигать поверхности, фотосинтез.

Впечатление художника от GJ 667 куб., потенциально обитаемой планеты, вращающейся вокруг красного карлика, составляющего тройная звездная система.

Этот пессимизм был смягчен исследованиями. Исследования Роберта Хаберле и Маноджа Джоши из НАСА с Исследовательский центр Эймса в Калифорнии показали, что атмосфера планеты (при условии, что она включает парниковые газы) CO₂ и ЧАС₂О ) должно быть всего 100 миллибар (0,10 атм), чтобы тепло звезды эффективно переносилось на ночную сторону.^[77] Это находится в пределах уровней, необходимых для фотосинтеза, хотя вода все еще остается замороженной на темной стороне в некоторых из их моделей. Мартин Хит из Гринвичский общественный колледж, показал, что морская вода также могла бы эффективно циркулировать без замерзания твердого тела, если бы океанические бассейны были достаточно глубокими, чтобы обеспечить свободное течение под ледяной шапкой ночной стороны. Дальнейшие исследования, в том числе рассмотрение количества фотосинтетически активной радиации, показали, что планеты, заблокированные приливом и отливом в системах красных карликов, могут, по крайней мере, быть обитаемыми для высших растений.^[78]

Другие факторы, ограничивающие обитаемость

Однако размер - не единственный фактор, делающий красных карликов потенциально непригодными для жизни. На планете красных карликов фотосинтез на ночной стороне был бы невозможен, так как она никогда не увидит солнце. С дневной стороны, поскольку солнце не встает и не заходит, участки в тени гор останутся таковыми навсегда. Фотосинтез как мы понимаем, это будет осложнено тем фактом, что красный карлик производит большую часть своего излучения в инфракрасный, а на Земле этот процесс зависит от видимого света. В этом сценарии есть потенциальные положительные стороны. Многочисленные наземные экосистемы зависят от хемосинтез а не фотосинтез, например, который был бы возможен в системе красных карликов. Статическое положение основной звезды устраняет необходимость для растений направлять листья к солнцу, иметь дело с изменением оттенков / солнечного света или переходить от фотосинтеза к накопленной энергии в течение ночи. Из-за отсутствия цикла день-ночь, включая слабый утренний и вечерний свет, при заданном уровне излучения будет доступно гораздо больше энергии.

Красные карлики гораздо более изменчивы и агрессивны, чем их более стабильные и большие собратья. Часто они покрыты звездные пятна которые могут приглушать излучаемый ими свет до 40% в течение нескольких месяцев, в то время как в другое время они испускают гигантские вспышки, которые могут удвоить свою яркость за считанные минуты.^[79] Такое изменение было бы очень разрушительным для жизни, поскольку оно не только разрушило бы любые сложные органические молекулы, которые могли бы образовать биологические предшественники, но также потому, что оно взорвало бы значительные части атмосферы планеты.

Чтобы планета вокруг красного карлика могла поддерживать жизнь, потребуется быстро вращающееся магнитное поле, защищающее ее от вспышек. Планета, заблокированная приливом, вращается очень медленно и поэтому не может создать геодинамо в своей основе. Период неистовых вспышек жизненного цикла красных карликов, по оценкам, длится примерно первые 1,2 миллиарда лет его существования. Если планета образуется далеко от красного карлика, чтобы избежать приливной блокировки, а затем мигрирует в обитаемую зону звезды после этого бурного начального периода, возможно, у жизни появится шанс развиться.^[80] Однако, учитывая свой возраст, 7–12 миллиардов лет, звезда Барнарда значительно старше Солнца. Долгое время считалось, что она неактивна с точки зрения звездной активности. Однако в 1998 году астрономы наблюдали интенсивный звездная вспышка, что удивительно показывает, что Barnard's Star, несмотря на свой возраст, Вспышка звезды.^[81]

Долголетие и повсеместность

У красных карликов есть одно преимущество перед другими звездами как пристанища для жизни: гораздо большее долголетие. Потребовалось 4,5 миллиарда лет, прежде чем человечество появилось на Земле, и жизнь, которую мы знаем, будет иметь подходящие условия для 1^[82] до 2,3^[83] миллиард лет более. Красные карлики, напротив, могут жить триллионы лет, потому что их ядерные реакции намного медленнее, чем у более крупных звезд, а это означает, что жизни потребуется больше времени, чтобы эволюционировать и выжить.

Хотя вероятность найти планету в обитаемой зоне вокруг любого конкретного красного карлика невелика, общее количество обитаемой зоны вокруг всех красных карликов вместе взятых равно общему количеству вокруг звезд, подобных Солнцу, с учетом их повсеместности.^[84] Более того, это общее количество обитаемой зоны будет длиться дольше, потому что красные карлики живут сотни миллиардов лет или даже дольше на главной последовательности.^[85]

Массивные звезды

Недавние исследования показывают, что очень большие звезды, превышающие ~ 100 солнечных масс, могут иметь планетные системы, состоящие из сотен планет размером с Меркурий в обитаемой зоне. Такие системы также могут содержать коричневые карлики и маломассивные звезды (~ 0,1–0,3 массы Солнца).^[86] Однако очень короткая продолжительность жизни звезд с массой более нескольких солнечных масс едва ли дала бы планете время остыть, не говоря уже о времени, необходимом для развития стабильной биосферы. Таким образом, массивные звезды исключаются из числа возможных мест обитания для жизни.^[87]

Однако массивная звездная система могла быть прародительницей жизни в другом смысле - сверхновая звезда взрыв массивной звезды в центральной части системы. Эта сверхновая будет рассеивать более тяжелые элементы по всей своей окрестности, создаваемые во время фазы, когда массивная звезда отошла от главной последовательности, и системы потенциальных маломассивных звезд (которые все еще находятся на главной последовательности) внутри бывшей массивной звезды. Звездная система может быть обогащена относительно большим запасом тяжелых элементов так близко к взрыву сверхновой. Однако это ничего не говорит о том, какие типы планет могут образоваться в результате образования сверхновой звезды, или каков будет их потенциал обитаемости.

Четыре класса обитаемых планет на основе воды

В обзоре факторов, которые важны для эволюции пригодных для жизни планет размером с Землю, Ламмер и др. предложила классификацию четырех типов водозависимых сред обитания:^[21][88]

I класс среда обитания - это планетные тела, на которых звездные и геофизические условия позволяют жидкой воде быть доступной на поверхности вместе с солнечным светом, так что сложная многоклеточные организмы может возникнуть.

II класс среды обитания включают тела, которые изначально находятся в земных условиях, но не сохраняют способность поддерживать жидкую воду на своей поверхности из-за звездных или геофизических условий. Марс и, возможно, Венера являются примерами этого класса, в котором сложные формы жизни могут не развиваться.

III класс среды обитания - это планетарные тела, где жидкие водные океаны существуют под поверхностью, где они могут напрямую взаимодействовать с богатыми силикатами основной.

Такую ситуацию можно ожидать на богатых водой планетах, расположенных слишком далеко от своей звезды, чтобы позволить поверхностной жидкой воде, но на которых подземная вода находится в жидкой форме из-за геотермальное тепло. Два примера такой среды: Европа и Энцелад. В таких мирах не только свет недоступен в качестве источника энергии, но и органический материал, принесенный метеоритами (который, как считается, был необходим для зарождения жизни в некоторых сценариях), не может легко достичь жидкой воды. Если на планете может быть жизнь только под ее поверхностью, биосфера вряд ли изменит всю планетную среду наблюдаемым образом, таким образом, обнаружить его присутствие на экзопланете будет чрезвычайно сложно.

IV класс среды обитания имеют жидкие слои воды между двумя слоями льда или жидкости над льдом.

Если слой воды достаточно толстый, вода в его основании будет находиться в твердой фазе (ледяные полиморфы) из-за высокого давления. Ганимед и Каллисто вероятные примеры этого класса. Считается, что их океаны заключены между толстыми слоями льда. В таких условиях появление даже простых форм жизни может быть очень трудным, потому что необходимые для жизни ингредиенты, скорее всего, будут полностью разбавлены.

Галактическое соседство

Наряду с характеристиками планет и их звездных систем более широкая галактическая среда также может влиять на обитаемость. Ученые рассматривали возможность того, что определенные области галактик (галактические обитаемые зоны ) лучше других подходят для жизни; Солнечная система, в которой мы живем, в Орион Спур, на краю галактики Млечный Путь считается благоприятным для жизни местом:^[89]

• Это не в шаровое скопление где огромная плотность звезд враждебна жизни из-за чрезмерного излучения и гравитационных возмущений. Шаровые скопления также в основном состоят из более старых, вероятно, бедных металлами звезд. Более того, в шаровых скоплениях большой возраст звезд означал бы большое количество звездная эволюция хозяином или другими близлежащими звездами, которые из-за их близости могут нанести огромный вред жизни на любых планетах, при условии, что они могут образоваться.
• Это не рядом с активным гамма-луч источник.
• Это не близко к центру Галактики, где плотность звезд снова увеличивает вероятность ионизирующего излучения (например, от магнетары и сверхновые ). А огромная черная дыра также считается, что он находится в центре галактики, что может представлять опасность для любых близлежащих тел.
• Круговая орбита Солнца вокруг центра Галактики не позволяет ему попадать в спиральные рукава галактики, где интенсивное излучение и гравитация могут снова привести к разрушению.^[90]

Таким образом, относительная изоляция - это, в конечном счете, то, что необходимо системе, несущей жизнь. Если бы Солнце было тесно среди других систем, шанс оказаться смертельно близко к опасным источникам излучения значительно увеличился бы. Кроме того, близкие соседи могут нарушить стабильность различных орбитальных тел, таких как Облако Оорта и Пояс Койпера объекты, которые могут привести к катастрофе при попадании во внутреннюю часть Солнечной системы.

В то время как скопление звезд неблагоприятно для обитаемости, крайняя изоляция тоже. Такая богатая металлами звезда, как Солнце, вероятно, не образовалась бы в самых отдаленных областях Млечного Пути, учитывая снижение относительного содержания металлов и общее отсутствие звездообразования. Таким образом, «пригородное» местоположение, такое как Солнечная система, предпочтительнее центра или самых дальних уголков Галактики.^[91]

Прочие соображения

Альтернативные биохимии

Хотя большинство исследований внеземной жизни начинается с предположения, что развитые формы жизни должны иметь такие же требования к жизни, как и на Земле, гипотеза о существовании другие виды биохимии предполагает возможность эволюции форм жизни по другому метаболическому механизму. В Развитие пришельца, биолог Джек Коэн и математик Ян Стюарт спорить астробиология, на основе Гипотеза редкой земли, является ограничительным и лишенным воображения. Они предполагают, что Планеты земного типа могут быть очень редкими, но сложная жизнь, не основанная на углероде, может возникнуть и в других средах. Наиболее часто упоминаемая альтернатива углю - жизнь на основе кремния, пока аммиак и углеводороды иногда предлагаются как альтернативные растворители к воде. Астробиолог Дирк Шульце-Макух и другие ученые предложили индекс обитаемости планеты, критерии которого включают «способность удерживать жидкий растворитель», который не обязательно ограничивается водой.^[92][93]

Более спекулятивные идеи сосредоточились на телах, совершенно отличных от планет земного типа. Астроном Фрэнк Дрейк, известный сторонник поиска внеземная жизнь, представлял себе жизнь на нейтронная звезда: субмикроскопические «ядерные молекулы» объединяются, образуя существа, жизненный цикл которых в миллионы раз быстрее, чем у земной жизни.^[94] Эта идея, получившая название «творческой и насмешливой», породила научно-фантастические изображения.^[95] Карл Саган, другой оптимист в отношении внеземной жизни, рассмотрел возможность существования организмов, которые всегда находятся в воздухе в верхних слоях атмосферы Юпитера, в статье 1976 года.^[40][41] Коэн и Стюарт также представляли жизнь как в солнечной среде, так и в атмосфере газового гиганта.

"Добрые Юпитеры"

«Хорошие юпитеры» - газовые гиганты, подобные Солнечной системе. Юпитер, которые вращаются вокруг своих звезд по круговым орбитам достаточно далеко от обитаемой зоны, чтобы не беспокоить ее, но достаточно близко, чтобы «защитить» планеты земной группы на более близкой орбите двумя важными способами. Во-первых, они помогают стабилизировать орбиты и, следовательно, климат внутренних планет. Во-вторых, они сохраняют внутреннюю звездную систему относительно свободной от комет и астероидов, которые могут вызвать разрушительные столкновения.^[96] Юпитер вращается вокруг Солнца на расстоянии, примерно в пять раз превышающем расстояние между Землей и Солнцем. Это приблизительное расстояние, на которое мы должны рассчитывать найти хороших Юпитеров в других местах. Роль Юпитера как «смотрителя» была наглядно проиллюстрирована в 1994 году, когда Комета Шумейкера – Леви 9 повлиял на великана.

Однако доказательства не так однозначны. Исследования показали, что роль Юпитера в определении скорости падения объектов на Землю значительно сложнее, чем считалось ранее.^{[97][98][99][100]}

Роль Юпитера в ранней истории Солнечной системы установлена ​​несколько лучше и вызывает значительно меньше споров. В начале истории Солнечной системы считается, что Юпитер сыграл важную роль в гидратации нашей планеты: он увеличил эксцентриситет Земли. пояс астероидов орбиты и позволили многим пересечь орбиту Земли и снабдить планету важными летучими веществами, такими как вода и углекислый газ. Прежде чем Земля достигла половины своей нынешней массы, ледяные тела из области Юпитер-Сатурн и небольшие тела из первичного пояса астероидов снабжали Землю водой из-за гравитационного рассеяния Юпитера и, в меньшей степени, Сатурн.^[101] Таким образом, хотя газовые гиганты сейчас являются полезными защитниками, они когда-то были поставщиками жизненно важного материала для обитания.

Напротив, тела размером с Юпитер, которые вращаются слишком близко к обитаемой зоне, но не в ней (как в 47 Большая Медведица ), или иметь высокоэллиптическую орбиту, пересекающую обитаемую зону (например, 16 Лебедь Б ) очень затрудняют существование в системе независимой планеты земного типа. См. Обсуждение стабильная жилая зона над. Однако в процессе миграции в обитаемую зону планета размером с Юпитер может захватить планету земного типа как луну. Даже если такая планета изначально слабо связана и движется по сильно наклоненной орбите, гравитационные взаимодействия со звездой могут стабилизировать новолуние на близкой круговой орбите, которая копланарна орбите планеты вокруг звезды.^[102]

Влияние жизни на обитаемость

Дополнением к факторам, поддерживающим возникновение жизни, является представление о том, что сама жизнь, однажды сформировавшись, сама по себе становится фактором обитаемости. Важным примером Земли было производство газообразного молекулярного кислорода (О
₂) древними цианобактерии, и в конечном итоге фотосинтезирующие растения, что привело к радикальному изменению состава атмосферы Земли. Это изменение окружающей среды называется Большое событие оксигенации. Этот кислород оказался фундаментальным для дыхание более поздних видов животных. В Гипотеза Гайи, научная модель геобиосферы, впервые разработанная Джеймс Лавлок в 1975 году утверждает, что жизнь в целом способствует и поддерживает подходящие условия для себя, помогая создать планетарную среду, подходящую для ее непрерывности. По аналогии, Дэвид Гринспун предложил «гипотезу живых миров», в которой наше понимание того, что составляет обитаемость, не может быть отделено от жизни, уже существующей на планете.Планеты, которые геологически и метеорологически живы, с гораздо большей вероятностью будут биологически живыми, и «планета и ее жизнь будут эволюционировать совместно».^[103] Это основа Наука о земных системах.

Смотрите также

Примечания

Рекомендации

Библиография

• Уорд, Питер; Браунли, Дональд (2000). Редкая земля: почему сложная жизнь необычна во Вселенной. Springer. ISBN  978-0-387-98701-9.

дальнейшее чтение

• Коэн, Джек и Ян Стюарт. Эволюция пришельца: наука о внеземной жизни, Эбери Пресс, 2002. ISBN  0-09-187927-2
• Доул, Стивен Х. (1965). Обитаемые планеты для человека (1-е изд.). Rand Corporation. ISBN  978-0-444-00092-7.
• Фогг, Мартин Дж., Изд. «Терраформирование» (весь спецвыпуск) Журнал Британского межпланетного общества, Апрель 1991 г.
• Фогг, Мартин Дж. Терраформирование: разработка планетных сред, SAE International, 1995. ISBN  1-56091-609-5
• Гонсалес, Гильермо и Ричардс, Джей В. Привилегированная планета, Регнери, 2004. ISBN  0-89526-065-4
• Гринспун, Дэвид. Одинокие планеты: естественная философия инопланетной жизни, HarperCollins, 2004.
• Лавлок, Джеймс. Гайя: новый взгляд на жизнь на Земле. ISBN  0-19-286218-9
• Шмидт, Стэнли и Роберт Зубрин, ред. Острова в небе, Wiley, 1996. ISBN  0-471-13561-5
• Уэбб, Стивен Если Вселенная кишит инопланетянами ... Где все? Пятьдесят решений парадокса Ферми и проблемы внеземной жизни Нью-Йорк: январь 2002 г., Springer-Verlag ISBN  978-0-387-95501-8

внешняя ссылка

Послушайте эту статью (12,3 мегабайт)

Этот аудиофайл был создан на основе редакции этой статьи от 22 января 2006 г. (2006-01-22), и не отражает последующих изменений.

(Аудио помощь · Больше устных статей)

• Группа планетных наук и обитаемости, Испанский исследовательский совет
• Галерея обитаемой зоны
• Лаборатория планетарной обитаемости (PHL /UPR Аресибо )
• Каталог обитаемых экзопланет (PHL /UPR Аресибо )
• Энциклопедия Дэвида Дарлинга
• Общая астробиология
• Солнечная станция