Сергей Попов - Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени - от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной

Единственные известные нам формы жизни – земные.

Наконец, следует отметить, что даже в земном случае мы недостаточно точно представляем себе критически важные условия для зарождения жизни и последующей эволюции. Наших знаний не хватает для детального моделирования климатических систем, тем более на больших отрезках времени. Все это усложняет постановку астрономической задачи по поиску обитаемых (или хотя бы потенциально обитаемых) экзопланет или их спутников.

На появление и развитие жизни может влиять множество различных факторов, совместный учет которых представляет собой очень сложную задачу. Отбрасывая неизвестные науке экзотические формы жизни, можно прийти к выводу, что ключевым фактором является наличие жидкой воды. По всей видимости, для появления и существования простейших форм жизни можно сформулировать более мягкие условия (например, подповерхностное существование воды, как на Европе или Энцеладе). Но поскольку для дистанционного поиска жизни будет применяться в первую очередь спектральный анализ атмосфер, то следует говорить о возможности существования жидкой воды (и жизни) на поверхности тела (в дальнейшем мы будем рассматривать в основном этот вариант).

Для существования воды на поверхности необходима железно-каменная планета типа Земли. Это задает достаточно узкий диапазон масс: от 0,1 массы Земли (массы наиболее крупных планетезималей) до 10 земных масс. Более тяжелые планеты будут успевать аккрецировать из протопланетного диска достаточно толстые атмосферы, в этих случаях парниковый эффект чаще всего будет приводить к испарению воды с поверхности.

На появление и развитие жизни влияет множество факторов, всю совокупность которых мы пока не можем учесть.

Далее необходимо сформулировать параметры звезд, важные для существования жизни. В первую очередь следует отбросить звезды тяжелее нескольких солнечных масс, поскольку время их жизни недостаточно велико для развития биосферы. Также следует исключить из рассмотрения наиболее старые звезды, так как в туманностях, из которых они образовывались, доля элементов тяжелее гелия была невелика, и там ниже вероятность появления как пригодных для жизни планет, так и самой жизни.

Ключевым фактором для зарождения и развития жизни, подобной земной, является жидкая вода.

Маловероятно наличие жизни на планетах вокруг самых легких звезд. Как мы увидим в дальнейшем, зоны обитаемости у таких светил располагаются на небольшом расстоянии. В итоге на планеты действуют мощные приливные силы, приводящие к синхронизации собственного и орбитального вращения, в результате чего планета все время повернута к звезде одной стороной (отсутствует смена дня и ночи), а кроме того, ось собственного вращения становится перпендикулярной плоскости орбиты (отсутствие смен времен года). Все это может сделать невозможным появление или развитие жизни. Близость звезды также отрицательно сказывается на планете из-за потока звездного ветра и ультрафиолетового излучения, которые не только отрицательно влияют на различные формы жизни, но и способствуют потере планетой атмосферы (в частности, воды).

Для защиты планеты от звездного ветра необходимо магнитное поле, для которого, в свою очередь, требуется наличие у планеты жидкого железного ядра. Кроме того, медленное вращение планеты после синхронизации собственного и орбитального периодов может исключить формирование сильного магнитного поля даже при наличии жидкого ядра. По всей видимости, это налагает дополнительные ограничения на возможные массы и другие параметры обитаемых планет.

Жизни на планете могут угрожать внешние отрицательные воздействия, такие как вспышки близких сверхновых или пролет планетной системы через плотные межзвездные облака. Поэтому можно утверждать, что в Галактике есть области, где длительное стабильное развитие жизни более вероятно, а есть те, где оно менее вероятно. Так, например, на расстоянии менее 1–2 килопарсек от центра прошлая активность сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики могла быть губительной для жизни. Положение Солнца соответствует нашим представлениям о том, где находятся наиболее благоприятные области для долгоживущих биосфер с развитыми формами жизни.

Условия существования жизни налагают ряд ограничений на возможные параметры звезд и планет.

Также следует отметить, что не все этапы развития Вселенной одинаково благоприятны для существования жизни земного типа. Скорее всего, ранние этапы эволюции Вселенной, равно как и отдаленные от нас периоды будущего, не слишком благоприятны для появления биосфер, подобных нашей (например, в далеком будущем, когда темп звездообразования существенно упадет из-за исчерпания пригодного для этого газа, недра новых землеподобных планет будут меньше разогреваться распадом радиоактивных элементов, что может сказаться на их обитаемости). Но при обсуждении современных обитаемых планет это является слабым ограничивающим фактором.