Какие факторы делают планету пригодной для жизни?
Некоторые факторы, делающие планету пригодной для жизни, включают расположение в обитаемой зоне, стабильную звезду, подходящую массу, способность удерживать атмосферу и наличие жидкой воды.
На протяжении последних 3,7 миллиарда лет жизнь доминирует на планете Земля. То, что начиналось как микробы и одноклеточные организмы, превратилось в гигантские многоклеточные растения и животных, способных делать множество сложных вещей. Это был долгий путь, и многие факторы должны были сложиться в пользу Земли, чтобы жизнь стала возможной.
Для начала, есть несколько общих требований к планете, чтобы она была пригодна для жизни.
Какие факторы делают планету пригодной для жизни?
- Она должна находиться на комфортном расстоянии от звезды (зона обитаемости).
- Звезды вокруг нее должны быть "стабильными".
- Она не должна иметь очень низкую или очень высокую массу.
- Она должна вращаться вокруг своей оси и совершать обороты.
- У нее должно быть расплавленное ядро.
- Она должна иметь атмосферу.
- Она должна содержать жидкую воду и другие соединения, необходимые для жизни.
Однако это еще не все. Существует целый ряд причин (включая перечисленные выше), которые могут сделать жизнь возможной на любой планете. Эти причины могут варьироваться от космологических факторов до звездной системы, в которой она находится, и ее природы.
В этой статье будет описано, как звездная система и условия на планете делают ее благоприятной для жизни, а затем будут рассмотрены космологические факторы.
Факторы звездной системы, определяющие обитаемость планеты
Сначала мы рассмотрим, как звездная система может влиять на обитаемость ее планет. Необходимыми условиями обитаемости планет в звездной системе являются:
- Планета должна находиться на определенном расстоянии от звезды, чтобы достичь температуры, при которой вода могла бы существовать в жидком состоянии, и при этом чтобы такие соединения, как белки и углеводы (в случае углеродных форм жизни), не разрушались.
- Планета должна находиться на стабильной орбите вокруг звезды в течение длительного времени.
- Орбита планеты должна быть круговой или очень близкой к ней. Это гарантирует, что условия остаются примерно одинаковыми на протяжении всего обращения планеты вокруг звезды.
- Она не должна находиться слишком близко к планете-гиганту, что может вызвать непрерывный поток астероидов, направленный на нее, или нарушить орбиту планеты. Более того, газовый гигант, находящийся далеко, не позволит крупным астероидам врезаться в пригодную для жизни планету и уничтожить любую жизнь на ней. Юпитер выполняет аналогичную функцию в нашей Солнечной системе.
- Звездная система не должна находиться вблизи космических взрывов, таких как сверхновые, гамма-всплески и т.д.
Первые три пункта относятся к концепции "зоны пригодности для жизни" или "Зона обитаемости". Это зона, которая существует в каждой планетарной системе и зависит от массы и светимости звезды.
Планета, которая стабильно вращается вокруг своей звезды внутри обитаемой зоны, будет иметь температурный диапазон, который может поддерживать жизнь и обеспечивать существование воды в жидком состоянии.
Важность воды часто подчеркивается, когда речь заходит о жизни на других планетах. Вода является необходимым ингредиентом для транспортировки питательных веществ и химикатов между клетками. Она также способна растворять многие вещества, больше, чем любая другая жидкость. По этой причине ее называют универсальным растворителем.
Планета, находящаяся на соответствующем расстоянии от звезды, также получает необходимое количество энергии для осуществления химических реакций, необходимых для жизни и функционирования клеток. Световая энергия звезды является основным источником энергии для планет и любой формы жизни, которая может на них развиваться. Слишком много или слишком мало световой энергии от звезды вредит жизни и делает планету непригодной для жизни.
Поэтому, чтобы на планетах могла развиваться жизнь, они должны находиться в пределах этой обитаемой зоны на протяжении всей своей жизни. Если планета находится слишком близко к звезде, то не только будут наблюдаться экстремальные температуры (как горячие, так и холодные), но и планета будет заперта в приливной зоне своей звезды, так что только одна ее сторона будет обращена к звезде.
Если планета находится слишком далеко, температура будет слишком низкой для любых процессов, необходимых для поддержания жизни. Низкая температура также приведет к тому, что вода будет находиться в основном в твердом состоянии, что непригодно для жизни.
Факторы, связанные с планетой и определяющие ее пригодность для обитания
В случае с планетой следующие факторы играют роль в ее способности поддерживать жизнь:
- Масса и размер
- Атмосфера
- Составляющие химические вещества и вода
- Скорость вращения
Масса и радиус планеты во многом влияют на пригодность для обитания. Они определяют степень создания магнитного поля, которое необходимо для защиты планеты от заряженных частиц, исходящих от звезды.
Масса также определяет силу гравитации. Это играет роль в высоте атмосферы и ее удерживающей способности. Планета со слишком большой массой в конечном итоге станет газовым гигантом. Если ее масса слишком мала, она будет иметь атмосферу, губительную для жизни.
Но почему это может быть губительно для жизни? Какую роль играет атмосфера в поддержании жизни на планете?
Помимо определения климатических и погодных условий на планете, атмосфера задерживает тепло и помогает ей поддерживать стабильный температурный режим. Она блокирует вредное излучение, исходящее от звезды и космического пространства. Она также обеспечивает газообразные соединения, такие как азот и углекислый газ, необходимые для процессов жизнеобеспечения.
Следующий фактор - составляющие химические вещества и вода на планете. Хотя планеты и спутники из одной звездной системы будут иметь схожий химический состав, определенные типы соединений необходимы для развития жизни. Если речь идет о форме жизни на основе углерода, то должны присутствовать химические вещества, необходимые для производства белков и углеводов.
Помимо наличия соединений, необходимых для создания питательных веществ, должна существовать система, обеспечивающая циркуляцию воды, чтобы она была доступна для различных форм жизни. На Земле это происходит множеством способов, таких как круговорот воды, круговорот углерода и т.д., а также во время таких событий, как извержения вулканов.
Скорость вращения планеты также имеет основополагающее значение для ее пригодности для жизни. Она является основным фактором циркуляции воздуха в атмосфере благодаря эффекту Кориолиса. Эффект Кориолиса - это фиктивная сила, возникающая из-за вращения Земли. Он вызывает смещение движения воздуха при наблюдении с земли.
Эффект Кориолиса и циркуляция атмосферного воздуха отвечают за циркуляцию тепла и движения, а также за распределение облаков. Любые изменения скорости вращения планеты могут изменить ее климатические условия, что существенно повлияет на возникновение и эволюцию жизни.
В случае таких планет, как Венера, где скорость вращения низкая (сутки там длятся около 116 земных дней), эффект Кориолиса становится очень слабым. В этом случае облака становятся неподвижными и очень густыми, блокируя свет на поверхности.
Есть планеты, подобные Земле, которые вращаются гораздо быстрее. Усиление эффекта Кориолиса приводит к лучшему движению облаков в виде полос и позволяет лучше пропускать солнечный свет.
Космологические факторы и Антропный принцип
Наконец, мы подошли к третьей группе факторов, которые являются космологическими факторами. Здесь главным принципом является роль физических констант (таких, как скорость движения, постоянная Планка и т.д.) и сила фундаментальных сил. Фундаментальные силы - это гравитационные силы, электромагнитные силы, слабые и сильные ядерные силы.
Чтобы дать представление о том, какую роль эти величины могут играть в возникновении жизни, рассмотрим сначала гравитационную силу. Если бы гравитация стала чуть слабее, то термоядерный синтез в звездах был бы невозможен, и они бы вымерли. Если бы она была выше, звезды расходовали бы свое топливо гораздо быстрее, не давая времени для развития жизни. В любом случае жизнь не могла бы существовать.
Давайте рассмотрим электромагнитную силу. Если бы она стала немного слабее, электроны не привязывались бы к ядру атома, и молекулы не смогли бы образоваться. Если бы она была немного сильнее, электроны оставались бы внутри атома, и реакции не происходили бы. В обоих случаях возникновение жизни невозможно.
Это справедливо и для двух других фундаментальных сил и физических констант. Если бы любая из четырех фундаментальных сил стала немного сильнее или слабее, образование жизни стало бы невозможным в любой точке Вселенной.
В некотором смысле, похоже, что наша Вселенная обладает особым качеством. В конце концов, физические константы и фундаментальные силы кажутся точно настроенными для того, чтобы в ней могла возникнуть разумная жизнь. Это часто приводит к идеям креационизма, а именно, что наша Вселенная основана на божественном плане. Однако это ненаучно, поскольку не дает никаких предсказаний, которые можно было бы проверить.
В этом сценарии физики установили два принципа для объяснения тонкой настройки. Эти принципы называются Слабый и Сильный антропные принципы.
Слабый антропный принцип утверждает, что наша нынешняя Вселенная находится в состоянии, допускающем существование разумной жизни (или наблюдателей). Он довольно прост и подразумевает, что свойства Вселенной достаточны для возникновения и развития наблюдателей. Свойства Вселенной включают такие величины, как ее возраст и значения фундаментальных констант.
Однако Сильный антропный принцип утверждает, что для возникновения разумной жизни наличие этих свойств является необходимым.
Эти два антропных принципа, по-видимому, означают, что жизнь в нашей Вселенной существует потому, что свойства Вселенной это позволяют. В любой другой Вселенной, с другими свойствами и другими значениями физических констант, разумная жизнь не обязательно будет существовать.
Заключение
В заключение мы видим, что возможность существования жизни на планете определяется многими факторами. От вида Вселенной и звездной системы до самой планеты, мы увидели, как даже незначительное изменение условий может помешать развитию жизни.
К этим факторам относятся значения физических констант, сила фундаментальных сил, тип звезды, размер планеты, расстояние между ними и т. д. Такие вещи, как характер атмосферы на планете, входящие в ее состав минералы и соединения, а также количество энергии, получаемой ею от родительской звезды, также будут играть свою роль.
Природа Вселенной определяет, возможно ли возникновение жизни в пределах всей Вселенной. В случае звездных систем, если планета находится в обитаемой зоне, на нескольких планетах может зародиться жизнь, если все остальные факторы будут складываться в их пользу!