С того момента как телескоп “Кеплер” был выведен на орбиту, число планет за пределами Солнечной системы (экзопланет) экспоненциально возросло. На данный момент было подтверждено существование 3 917 экзопланет в 2 198 звёздных системах, но ещё 3 368 ждут подтверждения. Из них около 50 вращаются вокруг своих звёзд в зоне обитаемости (зона златовласки), т.е. на расстоянии, на котором вода может существовать в жидком состоянии на поверхности.
Однако недавнее исследование показало, что считаемая нами зона златовласки довольно оптимистична. Согласно новому исследованию, недавно появившемуся в интернете под названием “Ограниченная зона обитаемости для сложной жизни” (A Limited Habitable Zone for Complex Life), зона обитаемости должна быть намного уже, чем это предполагалось ранее. Этот факт может сильно повлиять на количество планет, которые учёные относят к потенциально обитаемым.
Исследование проводилось под руководством Эдварда В. Швитерманна, аспиранта программы НАСА в Калифорнийском университете в Риверсайде, и включало исследователей из группы альтернативных земель (часть института астробиологии НАСА), наука связи с системами экзопланет (the Nexus for Exoplanet System Science, NExSS), и института космических исследований Годдарда НАСА.
Согласно предыдущим оценкам, основанных на данных с аппарата “Кеплер”, учёные пришли к выводу, что в одной только галактике Млечный Путь вероятно существует примерно 40 миллиардов планет земного типа, 11 миллиардов из которых скорее всего будут вращаться вокруг звёзд, похожих на наше Солнце (т.е. жёлтых карликов G-класса). Другие исследования показали, что это число может достигать 60 или даже 100 миллиардов, в зависимости от параметров, которые мы используем для определения зон обитаемости.
Эти результаты определённо обнадёживающие, поскольку они предполагают, что Млечный Путь может кишеть жизнью. К сожалению, более поздние исследования внеземных планет поставили под сомнения предыдущие оценки. Это особенно касается приливно заблокированных планет, вращающихся вокруг звёзд М-типа (красных карликов).
Кроме того, исследования развития жизни на Земле показали, что наличие воды само по себе не гарантирует существования жизни, как в прочем и присутствие кислорода. В дополнение к этому Швитерманн и его коллеги рассмотрели два основных биомаркера, которые необходимы для жизни, подобной земной – углекислый газ и монооксид углерода (угарный газ).
Справедливости ради стоит упомянуть, что вычисление протяжённости обитаемой зоны сложная задача. В дополнение к расстояния от звезды, поверхностная температура планеты зависит от различных механизмов обратной связи в атмосфере, таких как парниковый эффект. Кроме того, общепринятое определение обитаемой зоны предполагает существование “земных” условий.
Это подразумевает атмосферу, богатую азотом, кислородом, углекислым газом и водой, и стабилизированную карбонатно-силикатным циклом, который существует на Земле. В этом процессе осадконакопление (седиментация) и выветривание приводят к тому, что силикатные породы становятся карбонатными, в то время как геологическая активность заставляет карбонатные породы снова становиться силикатными.
Это приводит к процессу обратной связи, который гарантирует, что уровень углекислого газа в атмосфере остаётся относительно стабильным, что позволяет увеличить значение поверхностной температуры (т.е. парниковый эффект). Чем ближе планета к внутренней границе зоны обитаемости, тем меньше нужно для этого углекислого газа. Как Швитерманн объяснил в недавней статье МТИ (Массачусетский технологический институт):
“Для средних и внешних областей зоны обитаемости, концентрация углекислого газа в атмосфере должна быть намного выше, чтобы поддерживать температуру, благоприятную для наличия жидкой воды на поверхности”.
Для иллюстрации команда использовала Кеплер-62f, суперземлю, обращающуюся вокруг звезды К-типа (немного меньше и тусклее Солнца) и находящуюся примерно в 990 световых годах от Земли. Эта экзопланета обращается вокруг своей звезды примерно на том же расстоянии, что Венера вокруг Солнца, но из-за меньшей массы звезды это означает, что она находится на внешней границе зоны обитаемости.
Когда экзопланету только открыли, в 2013 году, она считалась хорошим кандидатом для существования внеземной жизни, предполагающей наличие достаточного парникового эффекта. Но Швитерманн с коллегами посчитали, что потребуется в 1000 раз больше углекислого газа (300-500 килопаскалей), чем имелось на Земле, когда на ней зарождалась жизнь (около 1,85 миллиардов лет назад).
Однако, такое количество углекислого газа было бы токсичным для большинства видов сложной жизни на Земле. В результате Kepler-62f не подходит на роль кандидата для существования жизни, даже если бы на ней была достаточная температура для наличия жидкой воды. Как только были учтены данные ограничения, Швитерманн и его команда пришли к выводу, что зона обитаемости сложной жизни должна быть намного уже, примерно четверть от того, что считалось ранее.
Швитерманн с коллегами также посчитали, что некоторые экзопланеты, вероятно, имеют более высокое содержание угарного газа из-за вращения вокруг более холодных звёзд. Это накладывает дополнительные ограничения на зону златовласки для красных карликов, доля которых во Вселенной составляет примерно 75% от общего количества звёзд и которые, как считается, являются наиболее вероятным местом для обнаружения каменных планет, подобных Земле.
Эти открытия могут иметь радикальные последствия для определения того, что учёные считают потенциально обитаемой планетой, не говоря уже о границах обитаемой зоны звезды. Как пояснил Швитерманн:
“Одним из последствий является то, что напрасно ожидать обнаружения признаков разумной жизни или радиосигналов искусственного происхождения на планетах, вращающихся вокруг поздних М-карликов, или на потенциально обитаемых планетах вблизи внешнего края обитаемых зон их звёзд”.
Для ещё большего усложнения картины можно упомянуть, что это исследование является одним из нескольких, устанавливающих ограничения на возможное количество обитаемых планет. Только в 2019 году были проведены исследования, которые показали, что звёздные системы красных карликов возможно не имеют необходимого сырья для формирования жизни и что красные карлики могут не обеспечивать достаточного количества фотонов для фотосинтеза.
Все эти исследования ведут к тому, что жизнь в нашей галактике может быть более редкой, чем считалось ранее. Но, конечно, утверждать, каковы пределы зоны обитаемости, будет возможно после проведения большего количества исследований. К счастью, нам не придётся ждать слишком долго, чтобы узнать это, так как в ближайшее десятилетие заработает несколько телескопов следующего поколения.
К ним относятся космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), Чрезвычайно большой телескоп (ELT) и Гигантский Магелланов телескоп (GMT). Ожидается, что эти и другие передовые инструменты позволят проводить гораздо более детальные исследования и уточнить характеристики экзопланет. И когда они это сделают, у нас будет лучшее представление о том, насколько там вероятна жизнь.
Источник: https://universetoday.ru/
6397
