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

На сегодняшний день планеты с массой менее нескольких масс Земли и/или радиусом менее двух земных, находящиеся в зоне обитаемости, относят к потенциально обитаемым.

Внутренняя граница зоны обитаемости определяется запуском неудержимого (runaway) парникового эффекта, который приводит к росту температуры. А это, в свою очередь, – к испарению всей воды с поверхности в атмосферу. Затем под действием ультрафиолетового излучения от молекул воды отрывается водород, который теряется атмосферой планеты. Расчеты показывают, что для Солнечной системы внутренняя граница зоны обитаемости близка к орбите Земли и составляет около 0,86–0,99 a.е. Необходимо отметить, что эти расчеты пока не учитывают многие особенности реального земного климата, поэтому не стоит особенно опасаться того, что Земля близка к внутренней границе зоны. Однако со временем это станет важным, поскольку из-за постепенного роста светимости Солнца через несколько сотен миллионов лет наша планета окажется вне зоны обитаемости, и условия на ней начнут быстро меняться в сторону тех, которые мы сейчас наблюдаем на Венере: парниковый эффект быстро увеличит температуру поверхности на десятки градусов.

Зона обитаемости определяется из условия существования жидкой воды на поверхности планеты.

Внешняя граница зоны обитаемости определяется тем, что даже совместный парниковый эффект, создаваемый углекислым газом (CO2) и водяным паром (H2O), не может обеспечить достаточно теплый климат с удалением планеты от Солнца. Современные расчеты дают для этого критического расстояния величину, примерно равную 1,4–2 a.е.

В молодой Солнечной системе, когда светимость Солнца составляла лишь 70–75 % от современной, Венера могла находиться в зоне обитаемости. А Марс, возможно, всегда находился и будет оставаться в ней практически до начала превращения Солнца в красного гиганта.

Для рассмотрения разнообразных вариантов, которые могут встретиться в случае разных звезд и планет, понадобится учет множества дополнительных факторов. Кроме деталей состава атмосферы важными будут период вращения планеты и ее масса, эксцентриситет орбиты, наклон оси, величина магнитного поля. Для звезд важно учитывать не только их полную светимость, но и особенности спектра, поскольку лучи разных длин волн будут по-разному взаимодействовать с атмосферами планет, а также уровень активности (количество вспышек, их энергетику и т. п.).

Самыми многочисленными звездами являются красные карлики. Вокруг них открыто множество экзопланет, некоторые из которых формально попадают в зону обитаемости. Известными примерами небольших планет в зонах обитаемости вокруг красных карликов являются Проксима Центавра b и несколько планет системы TRAPPIST-1. Однако у красных карликов низкая светимость, так что и внутренняя, и внешняя границы зоны расположены близко к звезде, и планета, находящаяся в этой зоне, с высокой степенью вероятности будет иметь период собственного вращения, равный орбитальному (наступит приливная синхронизация). Это обстоятельство необходимо учитывать при расчетах условий на поверхности, и чаще всего такие планеты не смогут сохранять воду в жидком состоянии.

Как уже было отмечено выше, Земля со временем окажется вне зоны обитаемости из-за роста светимости Солнца. Такая ситуация свойственна всем системам, так как энерговыделение звезд меняется даже на стадии Главной последовательности. Поэтому расчет зоны обитаемости вокруг конкретной звезды привязан к определенному моменту в ее жизни. А с точки зрения развития жизни вплоть до появления достаточно сложных форм, обитающих на поверхности, важно, чтобы планета находилась внутри зоны обитаемости в течение продолжительного времени. Важно это и на коротком отрезке времени, поэтому планеты на эксцентричных орбитах, проводящие лишь небольшую часть времени в зоне обитаемости, являются плохими кандидатами при поиске жизни.

Сейчас известны экзопланеты в двойных системах, обращающиеся или вокруг одного из компаньонов, или же вокруг всей двойной звезды. В этих случаях также можно рассчитать зоны обитаемости, однако важно при этом иметь в виду, что нередко орбиты планет в двойных системах могут претерпевать вековые изменения, что будет приводить к их выходу из зоны обитаемости.

Галактическая зона обитаемости определяет область, где жизни меньше угрожают такие катаклизмы, как, например, взрывы сверхновых.