Златовласка. Мы не должны искать жизнь среди других звёзд

Каждую ночь астрономы исследуют небо в поисках возможных обитаемых миров, и ждут радиосигналов инопланетян. Пока никаких признаков жизни не обнаружено. Но неужели все эти поиски напрасны? 

Мы одни? 

Это очень важный вопрос, поскольку ответ сильно влияет на то, каким является наше место в этом огромном космическом пространстве.

Есть одна гипотеза, называется она «гипотеза уникальной Земли», согласно которой мы и не должны искать жизнь среди других звёзд. Вот только верна ли эта гипотеза? Давайте начнём с более широких понятий, затем сосредоточимся на самой гипотезе, а потом посмотрим на недавние открытия и узнаем, совпадают ли они.

Вы наверняка слышали о таком понятии, как «обитаемая зона» вокруг звезды. Ну та, в которой экзопланеты расположены вокруг своей звезды на расстоянии, подходящем для возникновения жизни, где не слишком жарко, но и не холодно, её ещё называют «зоной Златовласки».

Но знаете ли вы, что и в каждой галактике есть своя обитаемая зона? И далеко не все галактики обитаемы. Чем дальше звезда от галактического ядра, тем меньше её металличность, то есть у нее меньше количество более тяжёлых, чем гелий, элементов. Это сокращение происходит потому, что тяжёлые элементы создаются в сердцах гигантских звёзд и сверхновых. А такие звезды сосредоточены в гораздо более высоких концентрациях вблизи галактического ядра, поскольку там достаточно материала для их образования. И это означает, что у звезд в самых дальних уголках галактики не будет достаточно критически важных ингредиентов для жизни. 

Как правило, в центре галактик находится сверхмассивная чёрная дыра. Она может испускать огромное количество рентгеновских и гамма-лучей. Любая близлежащая экзопланета будет постоянно подвергаться этой смертельной радиации. Жизнь никогда не смогла бы процветать в таких условиях. 

Наша галактика спирального типа с плотными рукавами, уходящими к краям. Такие рукава также смертельны для жизни. Здесь звёзды регулярно проходят рядом друг с другом и нарушают орбиты экзопланет.

Представьте, если бы Земля внезапно вышла бы на орбиту Меркурия? Кроме того, есть проблема близких сверхновых в этих областях. Как и сверхмассивная чёрная дыра, они регулярно излучают смертельную радиацию.

И получается, что обитаемая зона галактики — это достаточно близкое к галактическому центру место, где имеется достаточно сложных элементов, но при этом она расположена довольно далеко от ядра и рукавов, чтобы избежать гравитационного возмущения и передозировки радиации. 

Мы еще находимся на первых этапах понимания того, какая часть галактики пригодна для жизни.

В случае Млечного Пути все эти факторы сделали бы подавляющее большинство звезд непригодными для жизни. Оставшаяся же часть звезд должна быть подходящего типа и иметь правильную планетную структуру для жизни. 

Раньше мы думали, что у каждой звезды есть обитаемая зона - теоретическое расстояние, на котором возможно присутствие жидкой воды. Однако это очень упрощенная точка зрения, которая не учитывает спектр или жизнеспособность звезд.

Например, маломассивные звёзды излучают гораздо меньше видимого и инфракрасного света, чем звёзды главной последовательности. Но они могут излучать огромное количество рентгеновских и гамма-лучей. Это означает, что их обитаемая зона может содержать воду, но уровни рентгеновского и гамма-излучения настолько высоки, что сложные молекулы могут быть просто разорваны на части, убивая любую перспективу жизни.

У нашего Солнца очень низкая изменчивость светимости, менее 0,1%. Но у других звёзд она может варьироваться до 500%. Следовательно, границы обитаемой зоны перемещаются по системе по мере того, как звёзды тускнеют и становятся ярче. А это означает, что миры будут погружаться в обитаемость и выходить из неё, опять же убивая любые шансы на жизнь.

Но даже если мы обнаружим звезду правильного типа, то далеко не факт, что планета там будет пригодна для жизни. Нужна ещё правильная планетарная установка. Установка нашей системы такова: каменистые планеты находятся близко к звезде, а газовые гиганты дальше. Что редкость для других звёздных систем.

Подавляющее большинство из них имеет либо только скалистые миры, либо газовые гиганты, близкие к звезде, известные как «горячие Юпитеры». Но в нашем случае именно такая уникальная установка помогла зародиться жизни. 

Существует так же прямая связь между количеством планет в звёздной системе и их круговыми орбитами.

Системы, в которых есть только одна или две экзопланеты, как правило, имеют дико эллиптические орбиты, а это означает, что в течение их года экзопланета может входить в зону обитаемости звезд и выходить из неё, опять же уничтожая жизнь. Однако системы с большим количеством и более крупных экзопланет имеют орбитальные резонансы. Это создаёт гораздо более круговые и устойчивые орбиты, так что экзопланета может оставаться в обитаемой зоне в течение всего года. Орбитальный резонанс слишком сложен, но суть его в том, что такая система находится в равновесии, удерживает каждую планету там, где она должна быть. И если Земля начнёт "падать" близко к Солнцу, орбитальные резонансы вытянут её обратно. И наоборот.

Но даже если мы получим этот набор - орбитальный резонанс, каменистые внутренние миры и внешние газовые экзопланеты, шансы на то, что мы найдем там жизнь - невелики. 

Модели ранней Солнечной системы показывают, что Юпитер имел решающее значение для зарождения и развития жизни на нашей планете. Юпитер имеет орбитальный резонанс с каждым астероидом в поясе астероидов, удерживая их между собой и Марсом.

Без этого влияния Землю постоянно бомбили бы астероиды, и жизнь не могла бы процветать. Да что там, если бы не Юпитер, жизнь вряд ли бы вообще началась. На заре Солнечной системы он фактически дрейфовал во внутреннюю часть Солнечной системы, угрожая уничтожить внутренние планеты. Но Юпитер имеет уникальный резонанс с Сатурном, а Сатурн с Ураном и так далее.

Именно этот резонанс означал, что Сатурн вытащил Юпитер из внутренней спирали, предотвращая столкновение с Землей и Марсом. Следовательно, чтобы на экзопланете могла зародиться жизнь, как на Земле, нам понадобится, помимо прочего, еще и уникальная планетная установка. Но и этого будет мало. Чтобы стать обитаемой, нужен еще правильный тип планеты и спутники.

Во-первых, размер планеты требует правильного притяжения, иначе она может оказаться очень негостеприимной. Если оно будет сильно слабым, атмосфера и жидкая вода могут просто улетучиться в космос. Так, возможно, случилось с Марсом. Атмосфера планеты также должна быть подходящей по составу, иначе она тоже будет непригодной для жизни. Как Венера. Её атмосфера имеет высокий уровень углекислого газа, потому она самая горячая планета в Солнечной системе, хоть и находится в зоне обитаемости. 

Тектоника плит, геологическое воздействие, которое создают горы, вулканы, землетрясения и глубоководные желоба – всё это имеет решающее значение для жизни. 

Во-первых,предполагается, что жизнь должна была начинаться вокруг гидротермальных источников, вызванных тектоникой, поэтому она не может существовать без них. 

А во-вторых, тектоника чрезвычайно важна для сложной жизни. Тектоника создается в результате перемешивания расплавленных горных пород в ядре Земли. Богатая железом магма поднимается на поверхность, участвуя в создании магнитного поля Земли. Поле, которое защищает планету от солнечного ветра и является жизненно важной защитой не только для организмов, но и для атмосферы.

Без магнитного поля, как вы знаете, Земля быстро бы стала непригодной для жизни. Нашей тектонике помогает радиоактивный распад в ядре планеты, внутреннее тепло и, что удивительно, Луна. 

Наша Луна необычная. Это, безусловно, самая большая "луна" по сравнению с размером её планеты, составляющей 27% массы Земли.

Это означает, что её гравитационное притяжение на Земле огромное. Создает приливы, которые за счёт трения нагревает мантию планеты. Без массивной Луны у нас может и не быть жизненно важной тектоники. Но Луна делает ещё кое-что. Она стабилизирует осевой наклон. Земля, как мы знаем, вращается под небольшим наклоном, в результате чего у нас есть времена года. Так вот, приливные силы Луны поддерживают этот наклон постоянным и стабильным. Видите, сколько нюансов. 

Ну, допустим, мы нашли экзопланету в обитаемой зоне галактики, вокруг звезды правильного типа, с правильной планетарной структурой, подходящего размера, подходящего состава, с тектоникой плиты, с большой экзолуной. Будет ли там жизнь? Вполне вероятно, да, будет.

В настоящее время учёные исследуют Марс, чтобы узнать, была ли на нём жизнь миллиарды лет назад, когда там были океаны, тектоника плит и плотная атмосфера. Если будут найдены доказательства, то и на тех далёких мирах почти наверняка будет жизнь. Но важно понимать, что совсем не обязательно сложная форма жизни, а простая, скорее похожая на бактерии.

Сложная жизнь, как многоклеточная или разумная, требует возникновения особых обстоятельств. Фактически жизнь существовала на Земле по крайней мере 3,5 миллиарда лет, но только 540 миллионов лет назад впервые появилась действительно сложная, многоклеточная жизнь. В течение 3 миллиардов лет Земля была населена только простыми организмами.

Постепенно стали развиваться гораздо более сложные структуры. Но всё-таки на этом этапе было ещё очень далеко до животных и растений. Эти ранние многоклеточные организмы напоминали амёбу и состояли только из горстки клеток. Шансы на повторение были ничтожно малы, для этого потребовались миллионы лет. 

Есть большая вероятность того, что многоклеточная жизнь – это совершенно случайное стечение обстоятельств. Но ведь это ещё не сложная жизнь. Необходима была природная революция, чтобы создать наши сложные экосистемы.

Она и произошла примерно 541 миллион лет назад в результате события, названного Кембрийским взрывом. 

Представьте себе, только что закончился ледниковый период. Земля понемногу нагревается, ледники обтекают с горных хребтов, сбрасывая огромное количество питательных веществ в океаны, происходит тотальное цветение водорослей, атмосфера наполняется кислородом.

Эти богатые питательными веществами горные цепи существовали только из-за тектоники. Таким образом кембрийский взрыв не мог произойти без неё. Так что тектоника кажется жизненно важной для сложной жизни. Изобилие питательных веществ и кислорода означало, что организмы могли позволить себе сжигать энергию и перемещаться в другие места, чтобы поесть. Затем некоторые эволюционировали, чтобы охотиться на другие виды...

Продолжение следует...