АСТРОБИОЛОГИЯ
Температура на поверхности планеты земного типа, имеющей сравнительно разреженную атмосферу, в основном, зависит от мощности дневного светила и расстояния до него. В 1950-х американский астрофизик Су-Шу Хуанг исследовал эту проблему: он рассчитал, на каком расстоянии от звезд разного типа могут находится обитаемые планеты, если средняя температура на их поверхности допускает существование жидкой воды, т.е. заключена в диапазоне от 0 до 100° С. Для детального проведения такого расчета нужно знать параметры атмосферы и поверхности планеты. Например, средняя температура поверхности и особенно ее суточные колебания сильно зависят от наличия или отсутствия облаков, от степени отражения света (хорошо известно, насколько по разному нагреты весной участки земли, покрытые снегом и уже освободившиеся от него). В расчетах Су-Шу Хуанга все эти тонкости не учитываются и сами расчеты относятся к некой «типичной» планете.
Суть идеи Хуанга в том, что вокруг любой звезды существует определенная область – «зона жизни» (иногда ее называют экосферой), за пределы которой орбиты этих планет не должны выходить. Велика ли эта зона у звезд различного типа? Нужно учесть, что поток тепла на поверхность планеты пропорционален светимости звезды (L) и обратно пропорционален квадрату расстояния до нее (R). В космос планета возвращает это тепло в виде инфракрасного излучения своей поверхности, которое, по закону Стефана-Больцмана, пропорционально четвертой степени ее температуры (Т). Из уравнения баланса энергии («сколько пришло – столько ушло»)
Можно получить связь: T4 ~ L/R2, откуда находится расстояние до планеты с заданной температурой поверхности: R ~ L1/2/T2. Во всех этих формулах температура выражается в абсолютной шкале Кельвина, в которой точки замерзания и кипения воды равны, соответственно, Тз = 273 К и Тк = 373 К. Тогда у любой звезды относительная ширина зоны жизни приблизительно составляет DR/R = 2DT/T ~ 65%. Например, если считать положение Земли в Солнечной системе (R = 1 а.е.) идеальным для жизни, то внутренняя и внешняя границы пояса жизни имеют радиусы R1 = 0,7 а.е. и R2 = 1,3 а.е. Вблизи этих границ движутся Венера и Марс. Но свойства их атмосфер увеличивают отличие температуры от земной, поэтому условия на них оказались за пределами возможностей жизни. Учитывая это, имеет смысл сузить «температурные рамки жизни» до диапазона, скажем 10–60 К, получив при этом относительную ширину пояса жизни DR ~ R/3.
Численное значение идеального для жизни расстояния от звезды зависит от ее светимости (R ~ L1/2), которая, в свою очередь, быстро возрастает с увеличением массы звезды. Значит, у звезд-карликов зона жизни близка к звезде и поэтому узка (R/3). При случайном формировании планет невелика вероятность, что одна из них попадет именно в эту узкую область. У звезд высокой светимости зона жизни находится далеко от звезды и поэтому очень широка. Но продолжительность жизни массивных звезд так мала, что трудно ожидать развития разумной жизни на их планетах (земной биосфере для этого понадобилось более 3 млрд. лет).
Таким образом, по мнению Су-Шу Хуанга, для обитаемых планет наиболее подходящими являются звезды главной последовательности спектральных классов от F5 до K5, причем звезды второго поколения, богатые такими химическими элементами, которые необходимы для биосинтеза – углерод, кислород, азот, сера, фосфор. Солнце как раз и является такой звездой, а наша Земля движется в середине его зоны жизни. Если бы масса Солнца была немного иной, то в зону жизни попали бы Венера или Марс. Поэтому можно надеяться, что у любой солнцеподобной звезды, обладающей планетной системой, найдется хотя бы одна планета с условиями, пригодными для развития жизни.
Межзвездные обитаемые планеты? Казалось бы, не вписывается в рамки исследований идея о жизни на планетах-скитальцах, потерянных своими звездами; но эта идея обсуждается.Речь идет о том, что одинокие планеты могут «бродить» в межзвездном пространстве. Вообще говоря, это вполне возможно. К примеру, не раз обсуждалась идея, состоящая в том, что значительная доля скрытой (невидимой) массы Галактики могла бы быть заключена в межзвездных планетах-гигантах типа Юпитера. В 1999 американский астроном Дэйв Стивенсон предположил, что помимо «юпитеров» в пространстве между звездами могут встречаться и планеты земного типа. Стивенсон считает, что на заре существования Солнечной системы в ней могла быть дюжина землеподобных планет, движущихся по вытянутым орбитам, пересекающим орбиту Юпитера. У таких планет было два варианта эволюции: либо столкнуться с Юпитером, либо после тесного сближения с ним навсегда покинуть Солнечную систему. Согласно законам небесной механики, второй вариант осуществлялся чаще.
Предыдущая страница Следующая страница
