Termi elinympäristö tarkoittaa, että melkein kaikki elämän edellytykset täyttyvät, emme vain näe sitä.

Asuttavuuden määräävät seuraavat tekijät: veden läsnäolo nestemäisessä muodossa, riittävän tiheä ilmakehä, kemiallinen monimuotoisuus (yksinkertaiset ja monimutkaiset molekyylit, jotka perustuvat H, C, N, O, S ja P) ja sellaisen tähden läsnäolo, joka tuo tarvittavan määrän energiaa.

Tutkimushistoria: maanpäälliset planeetat

Astrofysiikan näkökulmasta asumiskelpoisen vyöhykkeen käsitteen syntymiselle oli useita kannustimia.

Ajattele aurinkokuntaamme ja neljää maanpäällistä planeettaa: Merkuriusta, Venusta, Maata ja Marsia.

Merkuriuksella ei ole ilmakehää ja se on liian lähellä aurinkoa kiinnostaakseen meitä. Tällä planeetalla on surullinen kohtalo, sillä vaikka sillä olisi ilmakehä, aurinkotuuli, eli tähden koronasta jatkuvasti virtaava plasmavirta, kantaisi sen pois.

Harkitse aurinkokunnan jäljellä olevia maanpäällisiä planeettoja - nämä ovat Venus, Maa ja Mars. Ne syntyivät melkein samassa paikassa ja samoissa olosuhteissa ~ 4,5 miljardia vuotta sitten.

Ja siksi astrofysiikan näkökulmasta niiden evoluution pitäisi olla melko samanlainen. Nyt, avaruusajan alussa, kun olemme edenneet näiden planeettojen tutkimuksessa avaruusalusten avulla, saadut tulokset ovat osoittaneet erittäin erilaisia ​​olosuhteita näillä planeetoilla.

Tiedämme nyt, että Venuksella on erittäin korkea paine ja se on erittäin kuuma pinnalla. 460 –480 ° C ovat lämpötiloja, joissa monet aineet jopa sulavat. Ja ensimmäisistä panoraamakuvista pinnasta näimme, että se on täysin eloton eikä käytännössä ole sopeutunut elämään.

Koko pinta on yksi maanosa.

Kuva: Maaplaneetat - Merkurius, Venus, Maa, Mars.

Toisaalta Mars Se on kylmä maailma. Mars on menettänyt ilmakehän.

Tämä on jälleen aavikon pinta, vaikka siellä on vuoria ja tulivuoria. Hiilidioksidiilmakehä on hyvin harvinainen; jos siellä oli vettä, se oli jäässä.

Marsilla on napakorkki, ja viimeisimmät tulokset Mars-matkasta viittaavat siihen, että hiekkapeiton alla on jäätä - regolith. Ja Maa. Erittäin suotuisa lämpötila, vesi ei jäädy (ainakaan kaikkialla). Ja elämä syntyi maan päällä - sekä primitiivinen että monisoluinen, älykäs elämä.

Näyttäisi siltä, ​​että näemme pienen osan aurinkokunnasta, jossa muodostui kolme planeettaa, joita kutsutaan maanpäällisiksi planeetoiksi, mutta niiden kehitys on täysin erilainen. Ja näissä ensimmäisissä ideoissa planeettojen mahdollisista kehityspoluista syntyi ajatus asuttavasta vyöhykkeestä.

Asuttavan vyöhykkeen rajat

Astrofyysikot tarkkailevat ja tutkivat ympärillämme olevaa maailmaa, meitä ympäröivää ulkoavaruutta eli aurinkokuntaamme ja planeettajärjestelmiämme muiden tähtien ympärillä.

Ja jotta voisit jotenkin systematisoida, mistä etsiä, mistä kohteista olla kiinnostunut, sinun on ymmärrettävä, kuinka asumiskelpoinen vyöhyke määritetään.

Oletimme aina, että muilla tähdillä täytyy olla planeettoja, mutta instrumentaaliset ominaisuudet mahdollistivat meidän löytää ensimmäiset eksoplaneetat - aurinkokunnan ulkopuolella sijaitsevat planeetat. 20 vuosia sitten. Miten asumisvyöhykkeen sisä- ja ulkorajat määritetään?

Aurinkokunnassamme asumiskelpoisen vyöhykkeen uskotaan olevan kaukana 0,95 ennen 1,37 tähtitieteelliset yksiköt auringosta. Tiedämme, että maapallo on 1 tähtitieteellinen yksikkö (AU) auringosta, Venus - 0,7 a. e., Mars 1,5 a. e. Jos tiedämme tähden kirkkauden, niin asumisvyöhykkeen keskipisteen laskeminen on erittäin helppoa - sinun tarvitsee vain ottaa tämän tähden valoisuuden suhteen neliöjuuri ja suhteuttaa se tämän tähden valoisuuteen. Aurinko eli:

R ae \u003d (L tähti / L aurinko) 1/2.

Tässä Rae on asumiskelpoisen alueen keskimääräinen säde tähtitieteellisissä yksiköissä ja L tähti ja L aurinko - halutun tähden ja Auringon kirkkauden bolometriset indikaattorit.

Asumiskelpoisen vyöhykkeen rajat määritetään sen vaatimuksen perusteella, että sen planeetoilla on nestemäisessä tilassa vettä, koska se on välttämätön liuotin monissa biomekaanisissa reaktioissa.

Asumiskelpoisen vyöhykkeen ulkoreunan ulkopuolella planeetta ei saa tarpeeksi auringonsäteilyä kompensoimaan säteilyhäviöitä, ja sen lämpötila laskee alle veden jäätymispisteen. Planeetta, joka on lähempänä aurinkoa kuin asumisvyöhykkeen sisäreuna, ylikuumenisi sen säteilyn vaikutuksesta, jolloin vesi haihtuisi.

Tarkemmin sanottuna sisärajan määrää sekä planeetan etäisyys tähdestä että sen ilmakehän koostumus ja erityisesti ns. kasvihuonekaasujen läsnäolo: vesihöyry, hiilidioksidi, metaani, ammoniakki, ja muut. Kuten tiedetään, kasvihuonekaasut aiheuttavat ilmakehän lämpenemistä, mikä katastrofaalisesti kasvavan kasvihuoneilmiön (esimerkiksi varhainen Venus) tapauksessa johtaa veden haihtumiseen planeetan pinnalta ja häviämiseen ilmakehästä.

Ulkoraja on asian toinen puoli.

Heti kun energian määrä tulee riittämättömäksi, kasvihuonekaasut (vesihöyry, metaani ja niin edelleen) tiivistyvät ilmakehästä, putoavat sateena tai lumena ja niin edelleen. Ja itse asiassa kasvihuonekaasuja on kertynyt Marsin napakannen alle.

On erittäin tärkeää sanoa yksi sana aurinkokuntamme ulkopuolisten tähtien asuttavasta vyöhykkeestä: potentiaali - potentiaalisen asuttavuuden vyöhyke, eli olosuhteet, jotka ovat välttämättömiä, mutta eivät riittäviä elämän muodostumiseen, täyttyvät siinä. Tässä on puhuttava planeetan elinkelpoisuudesta, kun monet geofysikaaliset ja biokemialliset ilmiöt ja prosessit tulevat peliin, kuten magneettikentän esiintyminen planeetalla, levytektoniikka, planeetan päivän kesto ja niin edelleen. .

Näitä ilmiöitä ja prosesseja tutkitaan nyt aktiivisesti tähtitieteellisen tutkimuksen uudessa suunnassa - astrobiologiassa.

Etsi planeettoja asuttavalta vyöhykkeeltä

Astrofyysikot yksinkertaisesti etsivät planeettoja ja määrittävät sitten, ovatko ne asuttavalla alueella.

Tähtitieteellisistä havainnoista voit nähdä, missä tämä planeetta sijaitsee, missä sen kiertorata sijaitsee.

Jos asuttavalla alueella, kiinnostus tätä planeettaa kohtaan kasvaa välittömästi. Seuraavaksi sinun on tutkittava tätä planeettaa muilta osin: ilmakehä, kemiallinen monimuotoisuus, veden läsnäolo ja lämmönlähde.

Tämä jo hieman irrottaa meidät konseptin suluista "potentiaalinen". Mutta suurin ongelma on, että kaikki nämä tähdet ovat hyvin kaukana.

On yksi asia nähdä planeetta Auringon kaltaisen tähden ympärillä. On olemassa useita maapallomme kaltaisia ​​eksoplaneettoja - niin sanottuja ali- ja supermaapalloja, eli planeettoja, joiden säteet ovat lähellä tai hieman suurempia kuin Maan säde.

Astrofyysikot tutkivat niitä tutkimalla ilmakehää, emme näe pintaa - vain yksittäisissä tapauksissa niin sanottua suoraa kuvantamista, kun näemme vain hyvin kaukana olevan pisteen. Siksi meidän on tutkittava, onko tällä planeetalla ilmakehää, ja jos on, mikä on sen koostumus, mitä kaasuja siellä on ja niin edelleen.

Kuva: Eksoplaneetta (punainen piste vasemmalla) ja ruskea kääpiö 2 M1207 b (keskellä). Ensimmäinen suorakuvaustekniikalla otettu kuva 2004 vuosi. (ESO/ VL T)

Laajassa mielessä elämän etsiminen aurinkokunnan ulkopuolelta ja myös aurinkokunnasta on ns. biomarkkerien etsimistä.

Uskotaan, että biomarkkerit ovat biologista alkuperää olevia kemiallisia yhdisteitä.

Tiedämme, että esimerkiksi maapallon tärkein biomarkkeri on hapen läsnäolo ilmakehässä. Tiedämme, että varhaisessa maassa oli hyvin vähän happea.

Yksinkertaisin, primitiivisin elämä syntyi varhain, monisoluinen elämä syntyi melko myöhään, älykkäästä puhumattakaan. Mutta sitten fotosynteesin vuoksi happea alkoi muodostua, ilmapiiri muuttui.

Ja tämä on yksi mahdollisista biomarkkereista. Nyt muista teorioista tiedämme, että on olemassa useita planeettoja, joilla on happiatmosfääri, mutta molekyylihapen muodostuminen siellä ei johdu biologisista, vaan tavallisista fysikaalisista prosesseista, esimerkiksi vesihöyryn hajoamisesta tähtien vaikutuksesta. UV-säteily.

Siksi kaikki innostus siitä, että heti kun näemme molekyylisen hapen, siitä tulee jo biomarkkeri, se ei ole täysin perusteltua.

Tehtävä "Kepler"

Avaruusteleskooppi (CT) "Kepler"- yksi menestyneimmistä tähtitieteellisistä tehtävistä (tietenkin Hubble-avaruusteleskoopin jälkeen).

Sen tarkoituksena on löytää planeettoja.

Kiitos CT:lle "Kepler" olemme tehneet laadullisen harppauksen eksoplaneettojen tutkimuksessa. CT "Kepler" keskittyi yhteen etsintämenetelmään - niin sanottuihin transiteihin, jolloin fotometri - ainoa satelliitissa oleva instrumentti - seurasi tähden kirkkauden muutosta, kun planeetta kulki sen ja kaukoputken välillä.

Tämä antoi tietoa planeetan radasta, sen massasta ja lämpötilaolosuhteista. Ja tämä teki mahdolliseksi määrittää järjestyksen tämän tehtävän ensimmäisessä osassa 4500 mahdolliset planeettaehdokkaat.

Kuva: Kepler Space Telescope (NASA)

Astrofysiikassa, tähtitiedessä ja luultavasti kaikissa luonnontieteissä on tapana vahvistaa löydöt.

Fotometri havaitsee, että tähden kirkkaus muuttuu, mutta mitä tämä voi tarkoittaa?

Ehkä jotkin tähden sisäiset prosessit johtavat muutoksiin; planeetat kulkevat - se pimenee. Siksi on tarpeen tarkastella muutosten tiheyttä.

Mutta voidaksesi sanoa varmasti, että siellä on planeettoja, sinun on vahvistettava tämä jollain muulla tavalla - esimerkiksi muuttamalla tähden radiaalinopeutta. Eli nyt noin 3600 planeetat ovat planeettoja, jotka on vahvistettu useilla havaintomenetelmillä.

Ja potentiaaliset ehdokkaat ovat melkein 5000 .

Proxima Centauri

Elokuussa 2016 Vuonna 2009 saatiin vahvistus planeetan, nimeltään Proxima b, läsnäolo lähellä Proxima Centauri -tähteä.

Miksi kaikki ovat niin kiinnostuneita?

Hyvin yksinkertaisesta syystä: se on lähin tähti aurinkoamme kaukaa 4,2 valovuosia (eli valo kattaa tämän etäisyyden 4,2 vuoden). Tämä on meitä lähin eksoplaneetta ja mahdollisesti aurinkokuntaa lähin taivaankappale, jolla voi olla elämää.

Ensimmäiset mittaukset on otettu 2012 vuonna, mutta koska tämä tähti on kylmä punainen kääpiö, piti tehdä hyvin pitkä sarja mittauksia. Ja useat Euroopan eteläisen observatorion (ESO) tieteelliset ryhmät ovat havainneet tähteä useiden vuosien ajan. He tekivät verkkosivuston, jonka nimi on Pale Red D ot (palereddot.org - toim.), ts. "vaalean punainen piste", ja havainnot lähetettiin sinne.

Tähtitieteilijät houkuttelivat erilaisia ​​tarkkailijoita, ja havaintojen tuloksia oli mahdollista seurata julkisesti. Joten oli mahdollista seurata tämän planeetan löytämisprosessia melkein verkossa.

Ja tarkkailuohjelman ja verkkosivuston nimi juontaa juurensa termiin Pale Red. D ot, kuuluisa amerikkalainen tiedemies Carl Sagan ehdotti kuvia maapallon avaruusaluksilla aurinkokunnan syvyyksistä. Kun yritämme löytää Maan kaltaisen planeetan muista tähtijärjestelmistä, voimme yrittää kuvitella, miltä planeettamme näyttää avaruuden syvyyksistä.

Tämän projektin nimi oli Pale Blue D o t( "Vaaleansininen piste"), koska avaruudesta, ilmakehän kirkkauden vuoksi, planeettamme näkyy sinisenä pisteenä. Planeetta Proxima b päätyi tähtensä asuttavalle alueelle ja suhteellisen lähelle Maata.

Jos me, planeetta Maa, olemme päällä 1 astronominen yksikkö tähdestään, tämä uusi planeetta on päällä 0,05 , eli sisään 200 kertaa lähempänä. Mutta tähti paistaa heikommin, se on kylmempää, ja jo sellaisilla etäisyyksillä se putoaa niin kutsutulle vuoroveden sieppausvyöhykkeelle.

Kun Maa vangitsi Kuun ja ne pyörivät yhdessä, tilanne on sama täällä. Mutta samaan aikaan planeetan toinen puoli on lämmitetty ja toinen kylmä.

Kuva: Proxima Centauri b:n arvioitu maisema taiteilijan kuvaamana (ESO/ M. Kornmesser

On olemassa sellaisia ​​​​ilmasto-olosuhteita, tuulijärjestelmä, joka vaihtaa lämpöä lämmitetyn osan ja pimeän osan välillä, ja näiden pallonpuoliskojen rajoilla voi olla varsin suotuisat olosuhteet elämälle.

Mutta planeetan Proxima Centauri b ongelma on, että emätähti on punainen kääpiö.

Punaiset kääpiöt elävät melko pitkään, mutta heillä on yksi erityinen ominaisuus: ne ovat erittäin aktiivisia. On olemassa tähtien soihdut, koronaalisen massapurkaukset ja niin edelleen.

Tästä järjestelmästä on jo julkaistu melko paljon tieteellisiä artikkeleita, joissa esimerkiksi sanotaan, että toisin kuin Maa, siellä 20 –30 kertaa korkeampi kuin ultraviolettisäteilyn taso. Toisin sanoen, jotta pinnalla olisi suotuisat olosuhteet, ilmakehän on oltava riittävän tiheä suojaamaan säteilyltä.

Mutta se on ainoa meitä lähimpänä oleva eksoplaneetta, jota voidaan tutkia yksityiskohtaisesti seuraavan sukupolven tähtitieteellisillä välineillä. Tarkkaile sen ilmakehää, katso mitä siellä tapahtuu, onko siellä kasvihuonekaasuja, millainen ilmasto se on, onko siellä biomarkkereita.

Astrofyysikot tutkivat planeetta Proxima b, tämä on kuuma tutkimuskohde.

tulevaisuudennäkymiä

Odotamme useita uusia maa- ja avaruusteleskooppeja, uusia instrumentteja laukaisua.

Venäjällä se tulee olemaan avaruusteleskooppi "spektri-UV". Venäjän tiedeakatemian tähtitieteen instituutti työskentelee aktiivisesti tämän projektin parissa.

AT 2018 American Space Telescope laukaistaan ​​tänä vuonna. James Webb on seuraava sukupolvi verrattuna CT:hen. Hubble. Sen resoluutio on paljon suurempi, ja voimme tarkkailla tuntemiemme eksoplaneettojen ilmakehän koostumusta, jotenkin ratkaista niiden rakenteen, ilmastojärjestelmän.

Mutta sinun on ymmärrettävä, että tämä on yleinen tähtitieteellinen instrumentti - luonnollisesti tulee olemaan erittäin suuri kilpailu, samoin kuin CT: ssä. Hubble: joku haluaa katsoa galaksia, joku haluaa katsella tähtiä, joku muu haluaa nähdä jotain muuta. Suunnitteilla on useita erityisiä eksoplaneettojen tutkimustehtäviä, kuten NASAn TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Itse asiassa tulossa 10 vuotta, voimme odottaa merkittävää edistystä tiedoissamme eksoplaneetoista yleensä ja mahdollisesti asuttavista eksoplaneetoista, kuten Maasta erityisesti.

Katso tähtien hajoamista mustalla yötaivaalla - ne kaikki sisältävät hämmästyttäviä maailmoja, kuten aurinkokuntamme. Varovaisimpien arvioiden mukaan Linnunradan galaksissa on yli sata miljardia planeettaa, joista osa saattaa olla maan kaltaisia.

Uutta tietoa "muukalaisista" planeetoista - eksoplaneetat- avasi Kepler-avaruusteleskoopin tutkien tähtikuvioita odottaen hetkeä, jolloin kaukainen planeetta on valonsa edessä.

Orbitaalinen observatorio laukaistiin toukokuussa 2009 nimenomaan eksoplaneettojen etsimiseksi, mutta epäonnistui neljä vuotta myöhemmin. Monien yritysten jälkeen palauttaa teleskooppi töihin NASA joutui poistamaan observatorion "avaruuslaivastostaan" elokuussa 2013. Siitä huolimatta, vuosien havaintojen aikana Kepler on saanut niin paljon ainutlaatuista tietoa, että niiden tutkiminen kestää vielä useita vuosia. NASA valmistautuu jo käynnistämään Keplerin seuraajan, TESS-teleskoopin, vuonna 2017.

Super-Earths Goldilocks-vyössä

Nykyään tähtitieteilijät ovat tunnistaneet lähes 600 uutta maailmaa 3500 ehdokkaasta "eksoplaneetan" titteliin. Uskotaan, että näistä taivaankappaleista vähintään 90% voi osoittautua "oikeiksi planeetoiksi" ja loput kaksoistähdiksi, "ruskeiksi kääpiöiksi", jotka eivät ole kasvaneet tähtikokoisiksi, ja suurten asteroidien ryhmiksi.

Suurin osa uusista planeettaehdokkaista on kaasujättiläisiä, kuten Jupiter tai Saturnus, sekä supermaita - kiviplaneettoja, jotka ovat monta kertaa suurempia kuin meidän.

Luonnollisesti kaikki planeetat eivät kuulu Keplerin ja muiden kaukoputkien näkökenttään. Niiden lukumäärän arvioidaan olevan vain 1-10 prosenttia.

Jotta eksoplaneetta voidaan varmasti tunnistaa, se on kiinnitettävä toistuvasti tähtensä levylle. On selvää, että useimmiten se sijaitsee lähellä aurinkoa, koska silloin sen vuosi kestää vain muutaman Maan päivän tai viikon, joten tähtitieteilijät voivat toistaa havainnot monta kertaa.

Tällaiset kuumien kaasupallojen muodossa olevat planeetat osoittautuvat usein "kuumiksi Jupitereiksi", ja joka kuudes on kuin liekehtivä supermaa, joka on peitetty laavamerillä.

Tietysti tällaisissa olosuhteissa meidän tyyppistämme proteiinielämää ei voi olla, mutta satojen epävieraanvaraisten ruumiiden joukossa on miellyttäviä poikkeuksia. Tähän mennessä on tunnistettu yli sata maanpäällistä planeettaa, jotka sijaitsevat niin sanotulla asumisvyöhykkeellä tai kultakukkoinen vyö.

Tätä satuhahmoa ohjasi periaate "ei enempää, ei vähempää". Samoin "elämän vyöhykkeeseen" kuuluvien harvinaisten planeettojen lämpötilan tulisi olla nestemäisen veden olemassaolon rajoissa. Lisäksi 24 planeetalla tästä määrästä on pienempi kuin kaksi maan sädettä.

Kuitenkin toistaiseksi vain yhdellä näistä planeetoista on Maan kaksonen pääpiirteet: se sijaitsee Goldilocks-vyöhykkeellä, on lähellä Maan kokoa ja on osa Auringon kaltaista keltaista kääpiöjärjestelmää.

Punaisten kääpiöiden maailmassa

Astrobiologit, jotka jatkuvasti etsivät maan ulkopuolista elämää, eivät kuitenkaan menetä sydämensä. Suurin osa galaksimme tähdistä on pieniä viileitä ja himmeitä punaisia ​​kääpiöitä. Nykyaikaisten tietojen mukaan punaiset kääpiöt, jotka ovat noin puolet Aurinkoa kooltaan ja kylmempiä, muodostavat vähintään kolme neljäsosaa Linnunradan "tähtipopulaatiosta".

Näiden "auringon serkkujen" ympärillä pyörivät Merkuriuksen kiertoradan kokoiset pienoisjärjestelmät, ja niillä on myös omat kultakutrivyöt.

Kalifornian Berkeleyn yliopiston astrofyysikot jopa kokosivat erityisen TERRA-tietokoneohjelman, jonka avulla tunnistettiin tusina maanpäällistä kaksoset. Kaikki he ovat lähellä elinalueitaan pienten punaisten valaisimien lähellä. Kaikki tämä lisää suuresti maan ulkopuolisten elämänkeskusten läsnäolon mahdollisuuksia galaksissamme.

Punaiset kääpiöt, joiden läheisyydestä on löydetty Maan kaltaisia ​​planeettoja, ajateltiin aiemmin erittäin hiljaisina tähtinä, ja niiden pinnoilla esiintyy harvoin soihdut, joihin liittyy plasmapurkauksia.

Kuten kävi ilmi, itse asiassa tällaiset valaisimet ovat jopa aktiivisempia kuin aurinko.

Niiden pinnalla tapahtuu jatkuvasti voimakkaita kataklysmejä, jotka aiheuttavat hurrikaanisia "tähtituulen" puuskia, jotka voivat voittaa jopa Maan voimakkaan magneettikilven.

Monet Maan kaksoset voivat kuitenkin maksaa erittäin korkean hinnan läheisyydestään tähtensä. Punaisten kääpiöiden pinnalla esiintyvien toistuvien välähdysten aiheuttamat säteilyvuot voivat kirjaimellisesti "nuolla pois" osan planeettojen ilmakehästä, mikä tekee näistä maailmoista asumiskelvottomia. Samaan aikaan koronaapujen vaaraa lisää se, että heikentynyt ilmakehä suojaa pintaa huonosti kovan ultraviolettisäteilyn varautuneilta hiukkasilta ja "tähtituulen" röntgensäteiltä.

Lisäksi on olemassa vaara, että punaisten kääpiöiden voimakkain magneettikenttä tukahduttaa mahdollisesti asuttavien planeettojen magnetosfäärit.

Rikkinäinen magneettisuoja

Tähtitieteilijät ovat pitkään epäilleet, että monilla punaisilla kääpiöillä on voimakas magneettikenttä, joka voi helposti murtautua mahdollisesti asutuskelpoisia planeettoja ympäröivän magneettisuojan läpi. Tämän todistamiseksi rakennettiin virtuaalimaailma, jossa planeettamme pyörii samanlaisen tähden ympärillä hyvin läheisellä kiertoradalla "elämävyöhykkeellä".

Kävi ilmi, että hyvin usein kääpiön magneettikenttä ei ainoastaan ​​muokkaa voimakkaasti Maan magnetosfääriä, vaan jopa ajaa sen planeetan pinnan alle. Tällaisessa skenaariossa meillä ei olisi enää muutamassa miljoonassa vuodessa enää ilmaa tai vettä, ja koko pinta poltettaisiin kosmisesta säteilystä.

Tästä seuraa kaksi mielenkiintoista johtopäätöstä. Elämän etsintä punaisissa kääpiöjärjestelmissä voi osoittautua täysin toivottomaksi, ja tämä on toinen selitys "kosmoksen suurelle hiljaisuudelle".

Ehkä emme kuitenkaan voi havaita maan ulkopuolista älykkyyttä millään tavalla, koska planeettamme syntyi liian aikaisin...

Kuka voi elää kaukaisilla eksoplaneetoilla? Ehkä sellaisia ​​olentoja?

Esikoisen surullinen kohtalo

Analysoidessaan Kepler- ja Hubble-teleskooppien avulla saatuja tietoja tähtitieteilijät havaitsivat, että Linnunradan tähtien muodostumisprosessi on hidastunut merkittävästi. Tämä johtuu rakennusmateriaalien kasvavasta pulasta pöly- ja kaasupilvien muodossa.

Siitä huolimatta galaksissamme on vielä paljon materiaalia tähtien ja planeettajärjestelmien syntyä varten. Lisäksi muutaman miljardin vuoden kuluttua tähtisaaremme törmää Andromeda-sumun jättiläisgalaksiin, mikä aiheuttaa valtavan tähtienmuodostuksen purkauksen.

Tätä tulevan galaktisen evoluution taustaa vasten kuultiin äskettäin sensaatiomainen uutinen, että neljä miljardia vuotta sitten, aurinkokunnan muodostumisen aikaan, oli olemassa vain kymmenesosa mahdollisesti asumiskelpoisista planeetoista.

Ottaen huomioon, että planeettamme yksinkertaisimpien mikro-organismien syntymiseen kului useita satoja miljoonia vuosia ja kehittyneempiä elämänmuotoja muodostui useita miljardeja vuosia, on erittäin todennäköistä, että älykkäät muukalaiset ilmestyvät vasta Auringon sukupuuttoon.

Ehkä tässä on ratkaisu kiehtovaan Fermi-paradoksiin, jonka erinomainen fyysikko aikoinaan muotoili: ja missä nämä muukalaiset ovat? Vai onko järkevää etsiä vastauksia planeetaltamme?

Ekstremofiilit maan päällä ja avaruudessa

Mitä enemmän vakuuttumme paikkamme ainutlaatuisuudesta universumissa, sitä useammin herää kysymys: voiko elämää olla ja kehittyä maailmoissa, jotka ovat täysin erilaisia ​​kuin meidän?

Vastauksen tähän kysymykseen antaa uskomattomien organismien - extremofiilien - olemassaolo planeetallamme. Ne saivat nimensä kyvystään selviytyä äärimmäisissä lämpötiloissa, myrkyllisissä ympäristöissä ja jopa ilmattomassa tilassa. Meribiologit ovat löytäneet samanlaisia ​​olentoja maanalaisista geysiristä - "meren tupakoitsijoista".

Siellä ne viihtyvät valtavan paineen alaisena ilman happea kuumien tulivuoren aukkojen reunalla. Heidän "kollegansa" löytyy Etelämantereen suolaisista vuoristojärvistä, kuumista aavikoista ja jäätikön alaisista säiliöistä. On jopa "tardigrade" mikro-organismeja, jotka kestävät avaruuden tyhjiötä. Osoittautuu, että jopa punaisten kääpiöiden lähellä olevassa säteilyympäristössä voi syntyä joitain "äärimikrobeja".

Acid Lake sijaitsee Yellowstonessa. Punainen plakki - acidophilus-bakteeri

Tardigradeja voi esiintyä avaruuden tyhjiössä

Akateeminen evoluutiobiologia uskoo, että elämä maapallolla sai alkunsa kemiallisista reaktioista "lämpimässä matalassa altaassa", johon raivoavien "salamyrskyjen" ultravioletti- ja otsonivirtaukset läpäisevät. Toisaalta astrobiologit tietävät, että elämän kemiallisia rakennuspalikoita löytyy myös muista maailmoista. Niitä havaittiin esimerkiksi kaasu- ja pölysumuissa ja kaasujättiläisten satelliittijärjestelmissä. Tämä on tietysti kaukana "täydestä elämästä", mutta ensimmäinen askel kohti sitä.

"Tavallinen" teoria elämän syntymisestä maapallolla on äskettäin saanut voimakkaan iskun…. geologit. Osoittautuu, että ensimmäiset organismit ovat paljon vanhempia kuin aiemmin on ajateltu, ja ne muodostuivat täysin epäsuotuisassa ympäristössä, jossa on metaaniilmakehää ja kiehuvaa magmaa, joka vuotaa tuhansista tulivuorista.

Tämä saa monet biologit ajattelemaan vanhaa panspermian hypoteesia. Sen mukaan ensimmäiset mikro-organismit syntyivät jostain muualta, esimerkiksi Marsista, ja saapuivat maan päälle meteoriittien ytimessä. Ehkä muinaisten bakteerien piti kulkea pidemmän matkan komeetan ytimissä muista tähtijärjestelmistä.

Mutta jos näin on, niin "kosmisen evoluution" polut voivat johtaa meidät "alkuperäisten veljien" luo, jotka ovat saaneet "elämän siemeniä" samasta lähteestä kuin me...

Kuten Rakkaus Haha Vau Surullinen Vihainen

Yalen yliopiston (USA) tutkijan mukaan asumiskelpoisia maailmoja etsittäessä on välttämätöntä tehdä tilaa toiselle "kultakuitka" -ehdolle.

Monien vuosikymmenten ajan uskottiin, että avaintekijä määritettäessä, pystyykö planeetta elämään, oli sen etäisyys auringosta. Esimerkiksi aurinkokunnassamme Venus on liian lähellä aurinkoa, Mars on liian kaukana ja Maa on aivan oikeassa. Tutkijat kutsuvat tätä etäisyyttä "asuttavaksi vyöhykkeeksi" tai "kultakutrivyöhykkeeksi".

Uskottiin myös, että planeetat pystyivät itsenäisesti säätelemään sisäistä lämpötilaansa vaipan konvektion ja sisäisen kuumenemisen ja jäähdytyksen aiheuttaman kivien maanalaisen siirtymän avulla. Planeetta voi aluksi olla liian kylmä tai kuuma, mutta lopulta se saavuttaa oikean lämpötilan.

Uusi tutkimus julkaistu lehdessä Tiede edistyy 19. elokuuta 2016 osoittaa, että pelkkä asumisvyöhykkeellä oleminen ei riitä ylläpitämään elämää. Planeetalla on aluksi oltava vaadittu sisälämpötila.

Uusi tutkimus on osoittanut, että elämän syntyä ja ylläpitämistä varten planeetalla on oltava tietty lämpötila. Luotto: Michael S. Helfenbein/Yalen yliopisto

"Jos keräät kaikenlaista tieteellistä tietoa siitä, kuinka maa on kehittynyt muutaman viime miljardin vuoden aikana ja yrität ymmärtää sitä, lopulta huomaat, että vaipan konvektio on melko välinpitämätön sisäiselle lämpötilalle", sanoi kirjoittaja Jun Korenaga. Yalen yliopiston geologian ja geofysiikan professori. Korenaga esitti yleisen teoreettisen viitekehyksen, joka selittää vaipan konvektiolle odotettavan itsesäätelyn asteen. Tiedemies ehdotti, että itsesääntely tuskin on maanpäällisille planeetoille ominaista.

"Itsesäätelymekanismin puuttuminen on erittäin tärkeää planeetan asuttavuuden kannalta. Planeettojen muodostumistutkimukset viittaavat siihen, että maanpäälliset planeetat muodostuvat voimakkaiden iskujen seurauksena, ja tämän erittäin satunnaisen prosessin lopputuloksen tiedetään olevan erittäin vaihteleva", Korenaga kirjoittaa.

Erilaiset koot ja sisäiset lämpötilat eivät estäisi planeettojen kehitystä, jos vaippa säätelee itseään. Se, mitä pidämme itsestäänselvyytenä planeetallamme, mukaan lukien valtameret ja maanosat, ei olisi olemassa, jos Maan sisäinen lämpötila ei olisi tietyllä alueella, mikä tarkoittaa, että maapallon historian alku ei ollut liian kuuma tai liian kylmä.

NASAn astrobiologian instituutti tuki tutkimusta. Korenaga on NASAn Alternative Earths -projektitiimin tutkija. Ryhmä on kiireinen kysymällä, kuinka maa ylläpitää pysyvää biosfääriä suurimman osan historiastaan, kuinka biosfääri ilmenee planeettojen mittakaavan "biosignatuureina" ja elämän etsimisessä aurinkokunnan sisällä ja ulkopuolella.

Esimerkki järjestelmästä asumiskelpoisen vyöhykkeen löytämiseksi tähtien tyypistä riippuen.

tähtitiedessä, asuttava vyöhyke, asuttava vyöhyke, elämän vyöhyke (asuttava vyöhyke, HZ) on ehdollinen alue avaruudessa, joka määräytyy sillä perusteella, että olosuhteet siinä olevien pinnalla ovat lähellä vallitsevia olosuhteita ja varmistavat veden olemassaolon nestefaasissa. Näin ollen tällaiset planeetat (tai niiden) ovat edullisia maan kaltaisen elämän syntymiselle. Elämän todennäköisyys on suurin lähialueen asuttavalla vyöhykkeellä ( tähtien ympärillä oleva asumisalue, CHZ ) sijaitsee asuttavalla vyöhykkeellä ( galaktinen asumisalue, GHZ), vaikka viimeksi mainitun tutkimus on vielä lapsenkengissään.

On huomattava, että planeetan läsnäolo asuttavalla vyöhykkeellä ja sen suotuisuus elämälle eivät välttämättä liity toisiinsa: ensimmäinen ominaisuus kuvaa olosuhteita planeettajärjestelmässä kokonaisuutena ja toinen - suoraan taivaankappaleen pinnalla. .

Englanninkielisessä kirjallisuudessa asumisaluetta kutsutaan myös nimellä kultakutrivyöhyke (Goldilocks Zone). Tämä nimi viittaa englanninkieliseen satuun Kultakutri ja kolme karhua, venäjäksi tunnetaan nimellä "Three Bears". Sadussa Goldilocks yrittää käyttää useita kolmen homogeenisen esineen sarjaa, joista jokaisessa yksi esineistä osoittautuu liian suureksi (kova, kuuma jne.), toinen on liian pieni (pehmeä, kylmä .. .), ja kolmas, niiden välissä oleva kohde osoittautuu "aivan oikeaksi". Samoin ollakseen asuttavalla alueella planeetan ei tarvitse olla liian kaukana tähdestä eikä liian lähellä sitä, vaan "oikealla" etäisyydellä.

Tähtien asuttava vyöhyke

Asumiskelpoisen vyöhykkeen rajat määritetään sen vaatimuksen perusteella, että sen planeetoilla on nestemäisessä tilassa vettä, koska se on välttämätön liuotin monissa biokemiallisissa reaktioissa.

Asumiskelpoisen vyöhykkeen ulkoreunan ulkopuolella planeetta ei saa tarpeeksi auringonsäteilyä kompensoimaan säteilyhäviöitä, ja sen lämpötila laskee alle veden jäätymispisteen. Planeetta, joka on lähempänä aurinkoa kuin asumisvyöhykkeen sisäreuna, ylikuumenisi sen säteilyn vaikutuksesta, jolloin vesi haihtuisi.

Etäisyys tähdestä, jossa tämä ilmiö on mahdollista, lasketaan tähden koosta ja kirkkaudesta. Tietyn tähden asumisvyöhykkeen keskusta kuvataan yhtälöllä:

(\displaystyle d_(AU)=(\sqrt (L_(tähti)/L_(aurinko)))), jossa: - asumiskelpoisen alueen keskimääräinen säde , - tähden bolometrinen indeksi (valoisuus), - bolometrinen indeksi (valoisuus) .

Asuttava vyöhyke aurinkokunnassa

On olemassa erilaisia ​​arvioita siitä, missä asuttava vyöhyke ulottuu:

Sisäraja, a.e.	Ulkoreuna a. e.	Lähde	Huomautuksia
0,725	1,24	Dole 1964	Arviointi optisesti läpinäkyvän ja kiinteän albedon oletuksena.
0,95	1,01	Hart et ai. 1978, 1979	K0-tähdillä ja sen ulkopuolella ei voi olla asumiskelpoista vyöhykettä
0,95	3,0	Fogg 1992	Arvostus hiilisyklien avulla
0,95	1,37	Casting et ai. 1993
-	1-2% lisää...	Budyko 1969, Myyjät 1969, Pohjoinen 1975	… johtaa maailmanlaajuiseen jäätiköön.
4-7 % lähempänä...	-	Rasool & DeBurgh 1970	…ja valtameret eivät tiivisty.
-	-	Schneider ja Thompson 1980	Hartin kritiikkiä.
-	-	1991
-	-	1988	Vesipilvet voivat kaventaa asumiskelpoista vyöhykettä, kun ne lisäävät albedoa ja torjuvat siten kasvihuoneilmiötä.
-	-	Ramanathan ja Collins 1991	Infrapunasäteilyn kasvihuoneilmiö on voimakkaampi kuin pilvien aiheuttama lisääntynyt albedo, ja Venuksen olisi pitänyt olla kuiva.
-	-	Lovelock 1991
-	-	Whitemire et ai. 1991

Galaktinen asuttava vyöhyke

Pohdinnat siitä, että galaksin sisällä sijaitsevan planeettajärjestelmän sijainnilla pitäisi olla vaikutusta elämän kehittymisen mahdollisuuteen, johtivat ns. "galaktinen asumisalue" ( GHZ, galaktinen asumisalue ). Konsepti kehitettiin vuonna 1995 Guillermo Gonzalez haastamisesta huolimatta.

Galaktinen asumisvyöhyke on tällä hetkellä saatavilla olevien ideoiden mukaan renkaan muotoinen alue, joka sijaitsee galaktisen kiekon tasolla. Asumiskelpoisen vyöhykkeen arvioidaan sijaitsevan alueella 7-9 kpc galaksin keskustasta, laajenevan ajan myötä ja sisältävän 4-8 miljardia vuotta vanhoja tähtiä. Näistä tähdistä 75 % on Aurinkoa vanhempia.

Vuonna 2008 joukko tutkijoita julkaisi laajoja tietokonesimulaatioita, joiden mukaan ainakin Linnunradan kaltaisissa galakseissa Auringon kaltaiset tähdet voivat vaeltaa pitkiä matkoja. Tämä on vastoin käsitystä, että jotkin galaksin alueet sopivat elämään paremmin kuin toiset.

Etsi planeettoja asuttavalta vyöhykkeeltä

Asumiskelpoisilla alueilla sijaitsevat planeetat kiinnostavat suuresti tutkijoita, jotka etsivät sekä maan ulkopuolista elämää että tulevaisuuden koteja ihmiskunnalle.

Draken yhtälö, joka yrittää määrittää maan ulkopuolisen älykkään elämän todennäköisyyden, sisältää muuttujan ( ei) asumiskelpoisten planeettojen lukumääränä tähtijärjestelmissä, joissa on planeettoja. Goldilocksin löytäminen auttaa tarkentamaan tämän muuttujan arvoja. Äärimmäisen alhaiset arvot voivat tukea ainutlaatuista maapallon hypoteesia, jonka mukaan sarja erittäin epätodennäköisiä tapahtumia ja tapahtumia johti elämän syntymiseen . Korkeat arvot voivat vahvistaa Kopernikaanin keskinkertaisuuden periaatetta asennossa: suuri määrä Goldilocks-planeettoja tarkoittaa, että maapallo ei ole ainutlaatuinen.

Maan kokoisten planeettojen etsiminen tähtien asutusvyöhykkeiltä on keskeinen osa tehtävää, joka käyttää (käynnistetty 7. maaliskuuta 2009, UTC) asutusvyöhykkeiden planeettojen ominaisuuksien kartoittamiseen ja keräämiseen. Huhtikuuhun 2011 mennessä on löydetty 1235 mahdollista planeettaa, joista 54 sijaitsee asumiskelpoisilla alueilla.

Ensimmäinen vahvistettu eksoplaneetta asuttavalta vyöhykkeeltä, Kepler-22 b, löydettiin vuonna 2011. 3. helmikuuta 2012 mennessä neljän luotettavasti varmennetun planeetan tiedetään olevan tähtiensä asumiskelpoisilla alueilla.