Приказката за Златокоска и трите планети. Галактическа обитаема зона

Прогнозата за времето за повечето екзопланети е разочароваща. Палещото слънце, годишните наводнения и дълбокият сняг значително усложняват живота на местните жители.

Учените се интересуват от обитаемостта на други планети по редица причини, политически, финансови, хуманитарни и научни. Те искат да разберат как се променя климатът ни.

Как ще живеем в климата на бъдещето и какво можем да направим, за да спрем нарастващата вълна на парниковия ефект. В края на краищата, още малко и раят, докато Земята ще бъде безнадеждно изгубена.

Малко вероятно е да се занимаваме сериозно с търсенето на чисти енергийни източници или да убедим политиците да се занимават с проблемите на климата за сметка на финансови печалби. Където по-интересен въпрос: Кога ще видим извънземни?

Обитаемата зона, известна още като "Зоната на Златокоска", е регионът около звезда, където средната температура на планетата позволява течната вода, с която сме свикнали да съществува. Ние търсим течна вода не само за бъдеща употреба, но и за да намерим следа: може би някъде може да има друг живот.

Проблемите извън тази зона са доста очевидни. Ако стане твърде горещо, околната среда ще се превърне в непоносима парна баня или ще започне да разлага водата на кислород и водород.

Тогава кислородът ще се комбинира с въглерод, образувайки въглероден диоксид, а водородът ще избяга в космоса. Това се случва с Венера.

Ако планетата е твърде студена, водата ще образува твърди парчета. Може да има джобове течна вода под ледената кора, но като цяло не е много приятно място за живеене.

Открихме това на Марс и луните на Юпитер и Сатурн. И ако можете грубо да определите потенциално обитаема зона, тогава това е мястото, където може да съществува течна вода.

За съжаление, това уравнение не се състои само от разстоянието до звездата и количеството произведена енергия. Атмосферата на планетата играе основна роля.

Ще се изненадате, но Венера и Марс са в потенциално обитаемата зона на Слънчевата система. Атмосферата на Венера е толкова плътна, че улавя слънчевата енергия и създава негостоприемна пещ, която ще стопи всеки намек за живот за по-малко от две чаши чай за този господин. На Марс е точно обратното.

Тънката атмосфера изобщо не може да задържа топлина, така че планетата е много студена. Подобрете атмосферата на двете планети - и получете светове, които са напълно способни да подслонят живот.

Може би бихме могли да ги съберем заедно и да смесим атмосферите? Трябва да се мисли. Когато разглеждаме други светове в Млечния път и се опитваме да разберем дали има живот там, не е достатъчно просто да оценим местоположението им в зоната на Златокоска.

Трябва да знаем формата на атмосферата. Астрономите са открили планети, разположени в обитаеми зони около други звезди, но тези светове не изглеждат особено добре разположени за живот.

Те се въртят около звезди червени джуджета. По принцип да живееш в червеникави отблясъци не е толкова лошо, но има един проблем.

Червените джуджета са склонни да се държат много лошо, когато са млади. Те генерират мощни изригвания и изхвърляне на коронална маса.

Това изчиства повърхността на всяка планета, която се приближи твърде близо. Вярно, има известна надежда.

След няколко милиона години висока активност, тези звезди червени джуджета се установяват и започват да изсмукват резервите си от водород с потенциал от трилиони години. Ако животът може да оцелее достатъчно дълго в ранните дни на една звезда, тя може да има дълъг, щастлив живот. Когато мислите за нов дом сред звездите или се опитвате да намерите нов животвъв вселената потърсете планети в потенциално обитаемата зона.

Спасете Рюрик

© Владимир Положенцев, 2016

Създаден с интелигентната издателска система Ridero

Срещата на астрономическия клуб „Жълтото джудже” се проведе в залата на бившата тъкачна фабрика. Месечното събитие беше в разгара си. Те очакваха пристигането на представител на Роскосмос, което придаваше особено значение на срещата. Известният уфолог Даниил Пантелеймонович Закамски завърши доклад за влиянието на НЛО върху земната цивилизация. Той е пенсиониран мичман от ПВО.

„Следователно“, той бърка с химикалка в малки, но обширни диаграми на хартия, прикрепена към подиума, „може да се каже със сигурност, че метеороид в околностите на Челябинск е бил свален от извънземен кораб от съзвездието Тау Кит .

Любовниците бръмчаха, започнаха да говорят бурно. Златокоса и доста привлекателна, въпреки възрастта си, председателят на клуба Вера Игнатиевна Крупицина, която някога беше партиен организатор на това предприятие за тъкане на килими, удари с молив по гарафата:

Ако някой има въпроси, моля, изразете мислите си по конструктивен начин.

- Какво свалиха? - невярващо вдигна ръка Слава Янсон, възрастен студент от Института по хранителна промишленост. „Ядрена ракета, лазерен лъч или антигравитационен пистолет?“

„Напразно иронизираш, младежо“, обиди се говорителят. - При тегло на суперболид от приблизително 80 хиляди тона и скорост от 30 километра в секунда, мощността на експлозията в атмосферата беше 1,2 мегатона TNT. Използвайки емпирична формула, - Закамски нервно почуква с мастилени кокалчета според схемата, - където t е периодът на сигнала с максимална амплитуда, стигаме до извода, че експлозията е трябвало да бъде поне един път и половина по-слаба . Откъде идва допълнителната енергия? Само от външно влияние върху обекта. Ето защо на този ден, 15 февруари, очевидци наблюдават няколко неидентифицирани летящи обекта близо до Чебаркул, както и над територията на Казахстан.

— Да предположим — не отстъпи Янсън. — Но какво те кара да мислиш, че корабът идва от Тау Кит?

„От факта, че спътниците на Юпитер и Сатурн се въртят синхронно“, иронизира някой в ​​галерията.

„Напразно иронизирате“, повтори ораторът, очевидно често използвана фраза. - Къде другаде? Алфа Кентавър B, разбира се, е по-близо до нас, само на четири и половина светлинни години. Двойната звезда има планети от земен тип, но те са в адски условия. Петте спътника на Тау Кит се чувстват страхотно в пояса на Златокоска. Тоест в така наречената жизнена зона, благоприятна за живот.

„Е, това още не е доказателство“, махна разочаровано с ръка ученикът.

— И оръжието — каза сериозно Закамски — също може да бъде антигравитационно. да Базиран на тъмна енергия.

Никой не вдигаше шум в залата, но председателят за всеки случай пак звънна на гарафата, като хвърли строг поглед към пъстрата публика:

Кой друг иска? Няма желаещи. Благодаря ви, сър, Закамски. Мисля, че науката ще разбере кой е взривил метеорита Чебаркул. Сега нека преминем към темата за заплахите от астероиди и комети от облака на Оорт.

— Чакайте — надигна се висок млад мъж от втория ред в края. – Бих искал да изясня нещо. Защо извънземните трябва да летят до нас на механични, исках да кажа, материални превозни средства?

Приемайки поредното предизвикателство с удоволствие, Закамски държеше показалка на стомаха си като нормандска щука. Погледна към русия с непокорна коса, твърда брадичка и иронични очи. Този просто няма да излезе.

Даниил Пантелеймонович изобрази саркастична усмивка на остроъгълното си лице с цвета на марсианската пустиня, изви глава като птица, проблесна очила, мощни като телескопи:

– не разбрах въпроса.

- Всички разбирате - един мъж излезе на пътеката между редовете. Той потупа с ръка буйната си коса, но тя веднага възвърна първоначалната си форма.

— При нас е обичайно да се представяме — вдигна заплашително вежди Крупицина и отчаяно издуха носа си. Беше настинала и сънува вълнени чорапи и чаша горещо мляко с мед.

- Александър Гринуич, лекар. уролог.

В залата избухна смях. "Грешен адрес?"

За тези, които не са чули. За да преодолее междузвездното пространство, една цивилизация трябва да е на много високо ниво високо ниворазвитие.

„Несъмнено“, кимна говорителят, напрегнато очаквайки трик.

- Да кажем, че жителите на една от планетите Тау Кит успяха да създадат почти светлинни или дори свръхсветлинни технологии за космически кораби. Но ако е така, тяхната цивилизация отдавна живее във виртуалния свят. Дори за нас, за да разберем какво се случва например в Австралия, не е необходимо да летим до там. За това е интернет.

- Искаш да кажеш...

- Точно. Ако имаха желание да ни помогнат, щяха да го направят от разстояние. Не е нужно да пътуват през космоса на титаниеви тенекии с антигравитационни или други двигатели. Просто нямаше да ги видим. Те са viobry от дълго време.

– Виртуални изображения. Тоест всички приказки за НЛО са просто глупости. Съответно докладът ви е пълна глупост.

- Извинете - извиси се Закамски, - но хиляди, десетки хиляди очевидци са виждали и продължават да наблюдават неидентифицирани летящи обекти навсякъде. Не можете да оспорите този факт!

- Йоносферни явления - младежът не откъсна сините си очи от уфолога. - Два варианта. Или цивилизациите в нашата галактика са започнали да се развиват по едно и също време и те, като нас, все още нямат възможност да се преместят от звезда на звезда, или са стигнали толкова далеч в развитието си, че, повтарям, живеят във виртуална свят.

- Казахте за Австралия - уфологът хвана показалеца като сабя, - но нищо не може да се промени на този континент чрез Интернет. Поне се опитайте да спрете дъжда.

- Все още не. Когато над континентите се появят специални ретранслатори с електроцентрали, всичко ще бъде реално. Включително събаряне на метеорити. Въпреки че е глупост да ги унищожаваме в атмосферата. Астероидите и кометите трябва да бъдат елиминирани на далечните подходи към планетата. Вие го знаете много добре. Възможно е някога извънземните да са били с нас и да са направили Луната повторител. Но не е факт, че именно те са свалили небесния скитник близо до Челябинск. Метеороидът е избухнал под въздействието на атмосферата.

- Според вас излиза, че цялата интелигентна вселена е виртуален свят? Живее ли в компютърно пространство? Ами хората тогава? За какво? Закамски стисна капризните си устни.

– Животът се заражда в материалната среда, на планетите. Развива се и тогава цивилизацията се присъединява към общия виртуален свят. Или галактиката, или цялата вселена, не знам. Хората вече се докоснаха до виртуалното. След хиляда години, максимум година и половина, ще се установи контакт с нас и ние най-накрая ще се потопим в него.

– А в този ваш виртуал живеят безлични, нищожелаещи, неморални пикселни създания?! — изкрещя Закамски като на сватба. Интернет е абсолютно неморален!

- От това, което? Моралът може и трябва да се спазва навсякъде. Който се стреми към това е морален. Мисля, че високо духовността е първият закон на космоса. Виртуалният свят на Вселената е една единствена банка на божествения, ако използваме нашата терминология, ум, но личността там не е размита, тя съществува.

- Повтарям въпроса защо сме на Земята?

За момент в залата настъпи електрическа тишина. Дори председателката вече не почукваше по гарафата. Тя сви рамене. В очите на бившия партиен организатор горял яркият огън на Тау Сети.

Накрая човекът проговори:

- Всеки човек е бог. Ограничено действие, разбира се. Ние можем да управляваме собствената си съдба и ако желаем и упорстваме, можем да повлияем на съдбата на цялата планета. Това вече е много. Никой бог не е всемогъщ, тъй като пространството е безгранично. Винаги има някой над някого. Неизменният закон на природата, действащ навсякъде. Човекът съществува, за да стане рано или късно по-силен бог. Виртуален. По-скоро част от единен всеобхватен ум.

Погледнете разпръснатите звезди в черното нощно небе - всички те съдържат невероятни световекато нашите слънчева система. Според най-консервативните оценки галактиката Млечен път съдържа повече от сто милиарда планети, някои от които може да са подобни на Земята.

Нова информация за "извънземни" планети - екзопланети- отвори космическия телескоп Кеплер, изследвайки съзвездията в очакване на момента, в който далечна планета ще бъде пред своето светило.

Орбиталната обсерватория беше пусната през май 2009 г. специално за търсене на екзопланети, но се провали четири години по-късно. След много опити да върне телескопа на работа, НАСА беше принудена да изведе обсерваторията от своя "космически флот" през август 2013 г. Въпреки това, през годините на наблюдения, Кеплер е получил толкова много уникални данни, че ще отнеме още няколко години, за да ги проучи. НАСА вече се подготвя да изстреля наследника на Kepler, телескопа TESS, през 2017 г.

Суперземи в пояса на Златокоска

Днес астрономите са идентифицирали почти 600 нови свята от 3500 кандидати за титлата "екзопланета". Смята се, че сред тези небесни тела най-малко 90% може да се окажат "истински планети", а останалите - двойни звезди, "кафяви джуджета", които не са нараснали до звездни размери и клъстери от големи астероиди.

Повечето от кандидатите за нови планети са газови гиганти като Юпитер или Сатурн, както и суперземи - скалисти планети няколко пъти по-големи от нашата.

Естествено, далеч не всички планети попадат в зрителното поле на Кеплер и други телескопи. Техният брой се оценява само на 1-10%.

За да се идентифицира определено екзопланета, тя трябва многократно да бъде фиксирана върху диска на нейната звезда. Ясно е, че най-често се оказва, че се намира близо до своето слънце, защото тогава годината му ще продължи само няколко земни дни или седмици, така че астрономите ще могат да повтарят наблюденията многократно.

Такива планети под формата на горещи топки от газ често се оказват "горещи Юпитери", а една на всеки шест е като пламтяща супер-Земя, покрита с морета от лава.

Разбира се, при такива условия протеиновият живот от нашия тип не може да съществува, но сред стотици негостоприемни тела има приятни изключения. Досега са идентифицирани повече от сто планети от земен тип, разположени в така наречената обитаема зона или колан за златка.

Това приказен геройводени от принципа „ни повече, ни по-малко“. По същия начин, за редки планети, включени в "зоната на живот", температурата трябва да бъде в границите на съществуване течна вода. Освен това 24 планети от този брой имат радиус по-малък от два радиуса на Земята.

Засега обаче само една от тези планети има основните характеристики на близнака на Земята: тя се намира в зоната на Златокоска, близка е до размера на Земята и е част от система от жълти джуджета, подобна на Слънцето.

В света на червените джуджета

Въпреки това астробиолозите, които упорито търсят извънземен живот, не падат духом. Повечето от звездите в нашата галактика са малки хладни и тъмни червени джуджета. Според съвременните данни червените джуджета, които са около половината по-малки и по-студени от Слънцето, съставляват най-малко три четвърти от "звездното население" на Млечния път.

Около тези "слънчеви братовчеди" се въртят миниатюрни системи с размерите на орбитата на Меркурий и те също имат свои собствени пояси на Златокоска.

Астрофизици от Калифорнийския университет в Бъркли дори съставиха специална компютърна програма TERRA, с помощта на която бяха идентифицирани дузина земни близнаци. Всички те са близо до своите жизнени зони в близост до малки червени светила. Всичко това значително увеличава шансовете за наличие на извънземни центрове на живот в нашата галактика.

Червените джуджета, в близост до които са открити подобни на Земята планети, по-рано се смятаха за много тихи звезди и на техните повърхности рядко се случват изригвания, придружени от изхвърляне на плазма.

Както се оказа, всъщност такива светила са дори по-активни от Слънцето.

На тяхната повърхност непрекъснато се случват мощни катаклизми, генериращи ураганни пориви на „звезден вятър“, които могат да преодолеят дори мощния магнитен щит на Земята.

Въпреки това, за близост до тяхната звезда, много близнаци на Земята могат да платят много висока цена. Потоците от радиация от чести светкавици на повърхността на червените джуджета могат буквално да „оближат“ част от атмосферата на планетите, правейки тези светове необитаеми. В същото време опасността от коронарни изхвърляния се засилва от факта, че отслабената атмосфера ще защити зле повърхността от заредени частици от твърди ултравиолетови и рентгенови лъчи на "звездния вятър".

Освен това съществува опасност магнитосферите на потенциално обитаемите планети да бъдат потиснати от най-силните магнитно полечервени джуджета.

Счупен магнитен щит

Астрономите отдавна подозират, че много червени джуджета имат мощно магнитно поле, което лесно може да пробие магнитния щит, заобикалящ потенциално обитаемите планети. За да докаже това, е изграден виртуален свят, в който нашата планета се върти около подобна звезда в много близка орбита в „зоната на живот“.

Оказа се, че много често магнитното поле на джудже не само силно деформира земната магнитосфера, но дори я задвижва под повърхността на планетата. При такъв сценарий само след няколко милиона години няма да ни остане нито въздух, нито вода и цялата повърхност ще бъде обгорена от космическа радиация.

От това следват два интересни извода. Търсенето на живот в системите на червените джуджета може да се окаже напълно безнадеждно и това е още едно обяснение за „голямата тишина на космоса“.

Може би обаче не можем да открием извънземен разум по никакъв начин, защото нашата планета е родена твърде рано ...

Кой може да живее на далечни екзопланети? Може би такива същества?

Тъжната съдба на първородния

Анализирайки данните, получени с помощта на телескопите Кеплер и Хъбъл, астрономите установиха, че процесът на звездообразуване в Млечния път се е забавил значително. Това се дължи на нарастващия недостиг на строителни материали под формата на облаци прах и газ.

Въпреки това в нашата галактика все още има много материал за раждането на звезди и планетарни системи. Нещо повече, след няколко милиарда години нашият звезден остров ще се сблъска с гигантската галактика на мъглявината Андромеда, което ще предизвика колосален изблик на звездообразуване.

На фона на бъдещата галактическа еволюция наскоро се чу сензационната новина, че преди четири милиарда години, по време на формирането на Слънчевата система, е съществувала само една десета от потенциално обитаемите планети.

Като се има предвид, че са били необходими няколкостотин милиона години за раждането на най-простите микроорганизми на нашата планета и няколко милиарда години са се образували по-развити форми на живот, много вероятно е интелигентните извънземни да се появят едва след изчезването на Слънцето.

Може би тук се крие решението на интригуващия парадокс на Ферми, който някога беше формулиран от изключителен физик: и къде са тези извънземни? Или има смисъл да търсим отговорите на нашата планета?

Екстремофили на Земята и в космоса

Колкото повече се убеждаваме в уникалността на нашето място във Вселената, толкова по-често възниква въпросът: може ли животът да съществува и да се развива в светове, напълно различни от нашия?

Отговорът на този въпрос се дава от съществуването на нашата планета на невероятни организми - екстремофили. Те са получили името си заради способността си да оцеляват при екстремни температури, отровна среда и дори безвъздушно пространство. Морски биолози са открили подобни същества в подземни гейзери - "морски пушачи".

Там те процъфтяват под колосално налягане в отсъствието на кислород в самия край на горещите вулканични отвори. Техните "колеги" се намират в солени планински езера, горещи пустини и подледникови резервоари на Антарктика. Има дори "тардиградни" микроорганизми, които издържат на вакуума на космоса. Оказва се, че дори в радиационната среда близо до червените джуджета могат да възникнат някои „екстремни микроби“.

Киселинното езеро в Йелоустоун. Червена плака - ацидофилус бактерии

Тардиградите могат да съществуват във вакуума на космоса

Академичната еволюционна биология вярва, че животът на Земята произлиза от химична реакцияв "топъл плитък резервоар", проникнат от ултравиолетови и озонови потоци от бушуващи "гръмотевични бури". От друга страна, астробиолозите знаят, че химическите градивни елементи на живота се намират и в други светове. Например, те са забелязани в газови и прахови мъглявини и сателитни системи на нашите газови гиганти. Това, разбира се, далеч не е „пълноценен живот“, но първата стъпка към него.

„Стандартната“ теория за произхода на живота на Земята наскоро получи силен удар от... геолози. Оказва се, че първите организми са много по-стари, отколкото се смяташе досега, и са се образували в напълно неблагоприятна среда от метанова атмосфера и кипяща магма, изливаща се от хиляди вулкани.

Това кара много биолози да се замислят за старата хипотеза за панспермията. Според него първите микроорганизми са възникнали някъде другаде, да речем на Марс, и са дошли на Земята в ядрото на метеорити. Може би древните бактерии е трябвало да изминат по-голямо разстояние в кометни ядра от други звездни системи.

Но ако това е така, тогава пътищата на "космическата еволюция" могат да ни отведат до "братя по произход", които са черпили "семената на живота" от същия източник като нас...

Открихме стотици екзопланети в галактиката. Но само няколко от тях имат правилната комбинация от фактори, за да поддържат живота, като Земята. Прогнозата за времето за повечето екзопланети е разочароваща. Палещото слънце, годишните наводнения и дълбокият сняг значително усложняват живота на местните жители (ако има такива, разбира се).

Лошата новина е, че планетата Земя е единственото обитаемо място в цялата вселена, доколкото знаем. Като вид, ние се интересуваме от обитаемостта на други планети по различни причини, политически, финансови, хуманитарни и научни. Искаме да разберем как се променя климатът ни. Как ще живеем в климата на бъдещето и какво можем да направим, за да спрем нарастващата вълна на парниковия ефект. В края на краищата, още малко и раят, докато Земята ще бъде безнадеждно изгубена.

Малко вероятно е да се занимаваме сериозно с търсенето на чисти енергийни източници или да убедим политиците да се занимават с проблемите на климата за сметка на финансови печалби. Много по-интересен е въпросът: кога ще видим извънземни?

Обитаемата зона, известна още като "Зоната на Златокоска", е регионът около звезда, където средната температура на планетата позволява течната вода, с която сме свикнали да съществува. Ние търсим течна вода не само за бъдеща употреба, но и за да намерим следа: може би някъде може да има друг живот. В крайна сметка, логично ли е?

Проблемите извън тази зона са доста очевидни. Ако стане твърде горещо, околната среда ще се превърне в непоносима парна баня или ще започне да разлага водата на кислород и водород. Тогава кислородът ще се комбинира с въглерод, образувайки въглероден диоксид, а водородът ще избяга в космоса.

Това се случва с Венера. Ако планетата е твърде студена, водата ще образува твърди парчета. Може да има джобове течна вода под ледената кора, но като цяло не е много приятно място за живеене. Открихме това на Марс и луните на Юпитер и Сатурн. И ако можете грубо да определите потенциално обитаема зона, тогава това е мястото, където може да съществува течна вода.

За съжаление, това уравнение не се състои само от разстоянието до звездата и количеството произведена енергия. Атмосферата на планетата играе основна роля. Ще се изненадате, но Венера и Марс са в потенциално обитаемата зона на Слънчевата система.

Атмосферата на Венера е толкова плътна, че улавя енергията на Слънцето и създава неблагоприятна за живот пещ, която ще стопи всеки намек за живот по-бързо, отколкото можете да кажете „две чаши чай за този господин“.

На Марс е точно обратното. Тънката атмосфера изобщо не може да задържа топлина, така че планетата е много студена. Подобрете атмосферата на двете планети - и получете светове, които са напълно в състояние да подслонят живот. Може би бихме могли да ги съберем заедно и да смесим атмосферите? Трябва да се мисли.

Когато разглеждаме други светове в Млечния път и се опитваме да разберем дали има живот там, не е достатъчно просто да оценим местоположението им в зоната на Златокоска. Трябва да знаем формата на атмосферата.

Астрономите са открили планети, разположени в обитаеми зони около други звезди, но тези светове не изглеждат особено добре разположени за живот. Те се въртят около звезди червени джуджета. По принцип да живееш в червеникави отблясъци не е толкова лошо, но има един проблем. Червените джуджета са склонни да се държат много лошо, когато са млади. Те генерират мощни изригвания и изхвърляне на коронална маса. Това изчиства повърхността на всяка планета, която се приближи твърде близо.

Вярно, има известна надежда. След няколко милиона години висока активност, тези звезди червени джуджета се установяват и започват да изсмукват резервите си от водород с потенциал от трилиони години. Ако животът може да оцелее достатъчно дълго в ранните дни на една звезда, тя може да има дълъг, щастлив живот.

Когато мислите за нов дом сред звездите или се опитвате да намерите нов живот във Вселената, потърсете планети в потенциално обитаемата зона. Но не забравяйте, че това е много условна насока.

Обитаема зона (зона на Златокоска)

Имало едно време слънчева система и тогава един ден - преди много време, преди около четири милиарда години - тя осъзнала, че почти е формирана. Венера се появи близо до самото Слънце - и беше толкова близо до Слънцето, че енергията на слънчевите лъчи изпари всичките й запаси от вода. А Марс беше далеч от Слънцето - и цялата му вода замръзна. И само една планета - Земята - се оказа точно на такова разстояние от Слънцето - „точно“ - че водата на нея остава течна и следователно животът може да възникне на повърхността на Земята. Този пояс около Слънцето стана известен като обитаемата зона. Приказката за трите мечки се разказва на деца в много страни, а в Англия нейната героиня се нарича Златокоска. Тя също обичаше всичко да е „точно както трябва“. В къщата на трите мечки една купа каша беше твърде гореща. Другото е твърде студено. И само третият дойде на Златокоска "точно както трябва". И в къщата на трите мечки имаше три легла и едното беше твърде твърдо, другото беше твърде меко, а третото беше „точно“, и Златокоска заспа в него. Когато трите мечки се върнаха у дома, те намериха не само загубата на каша от третата купа, но и Златокоска, която спеше сладко в леглото на малкото мече. Не помня как свърши всичко там, но ако бях три мечки - всеядни хищници на самия връх на хранителната верига - щях да изям Златокоска.

Златокоска може да се интересува от относителната обитаемост на Венера, Земята и Марс, но всъщност сюжетът на тези планети е много по-сложен от три купи каша. Преди четири милиарда години богати на вода комети и богати на минерали астероиди все още бомбардираха планетарните повърхности, макар и много по-рядко от преди. По време на тази игра на космически билярд някои планети мигрираха от родните си места по-близо до Слънцето, а някои бяха изхвърлени в орбити с по-голям диаметър. И много от десетките формирани планети се озоваха в нестабилни орбити и паднаха в Слънцето или Юпитер. Още няколко планети просто бяха изхвърлени от Слънчевата система. Останалите единици в крайна сметка се завъртяха точно в онези орбити, които се оказаха „точно подходящи“, за да оцелеят милиарди години на тях. Земята се установява в орбита със средно разстояние от Слънцето около 150 милиона километра. На това разстояние Земята прихваща много скромна част от общата енергия, излъчвана от Слънцето - само две милиардни. Ако приемем, че Земята поглъща цялата тази енергия, тогава средната температура на нашата планета е около 280 K, тоест 7 ° C - по средата между зимните и летните температури.

При нормално атмосферно налягане водата замръзва при 273 K и кипи при 373 K, така че за наша голяма радост почти цялата вода на Земята е в течно състояние. Въпреки това, няма нужда да бързате. Понякога в науката получавате правилните отговори от грешни предпоставки. Всъщност Земята поглъща само две трети от достигащата до нея слънчева енергия. Останалото се отразява обратно в космоса от земната повърхност (особено океаните) и облачната покривка. Ако добавим коефициента на отражение към формулата, тогава средната температура на Земята вече пада до 255 K, което е много по-ниско от точката на замръзване на водата. Трябва да има някакъв друг механизъм, който работи в наши дни, който поддържа средната температура на по-удобно ниво. Отново, отделете време. Всички теории за еволюцията на звездите ни казват, че преди четири милиарда години, когато животът се е формирал от пословичната първична супа на Земята, Слънцето е било с една трета по-тъмно, отколкото е днес, което означава, че средната температура на Земята е била под нулата. Може би Земята в далечното минало просто е била по-близо до Слънцето? Въпреки това, след период на тежка бомбардировка, който отдавна е приключил, ние не знаем за никакви механизми, които биха изместили стабилни орбити в рамките на Слънчевата система. Може би парниковият ефект е бил по-силен в миналото? Сигурно не знаем. Но знаем, че обитаемите зони в първоначалния смисъл на тези думи имат само далечна връзка с това дали животът може да съществува на планети, разположени в границите на тези зони.

Известното уравнение на Дрейк, което винаги се използва при търсенето на извънземен разум, ви позволява да дадете груба оценка колко цивилизации по принцип могат да бъдат намерени в галактиката Млечен път. Уравнението е изведено през 60-те години на миналия век от американския астроном Франк Дрейк и по това време концепцията за обитаемата зона е ограничена до идеята, че планетите трябва да са на разстояние от своята звезда, което е „точно“ за съществуването на живот. Значението на една версия на уравнението на Дрейк е нещо подобно: нека започнем с броя на звездите в галактиката (стотици милиарди). Умножете това огромно число по частта от звездите, които имат планети. Полученото число се умножава по частта от планетите, които са в обитаемата зона. Сега умножаваме резултата по частта от планетите, на които се е развил живот. Ние умножаваме резултата по частта от планетите, на които се е развил интелигентен живот. Ние умножаваме резултата по съотношението на планетите, където технологичният прогрес е достигнал такава степен, че може да се установи междузвездна комуникация.

Ако сега вземем предвид скоростта на образуване на звезди и очакваната продължителност на живота на една технологично напреднала цивилизация, получаваме броя на напредналите цивилизации, които в този момент вероятно чакат нашето телефонно обаждане. Малките, хладни звезди с ниска яркост живеят стотици милиарди, може би трилиони години, което означава, че техните планети имат достатъчно време да отгледат два или три вида живи организми върху себе си, но техните обитаеми зони са твърде близо до звездата. Планетата, която се е образувала в тази зона, бързо попада в така нареченото приливно улавяне на звезда и винаги се върти с едната страна към нея, поради което се получава силно изкривяване при нагряването на планетата - цялата вода на "фронта" страна на планетата ще се изпари и цялата вода от "задната" страна ще замръзне. Ако Златокоска живееше на такава планета, щяхме да открием, че тя яде кашата си, въртяща се около оста си, като пиле на скара - на самата граница между вечното слънце и вечния мрак. Обитаемите зони около дългоживеещите звезди имат и друг недостатък - те са много тесни, така че има много малък шанс планета случайно да се окаже в орбита с радиус, който е "точно подходящ".

Но около горещ, голям, ярки звездиобширни обитаеми зони се разпростират. Тези звезди обаче, за съжаление, са редки и живеят само няколко милиона години, след което експлодират, така че техните планети едва ли могат да се разглеждат като кандидати в търсенето на живот във формата, с която сме свикнали, освен ако няма някакъв вид много там протича бърза еволюция. И е малко вероятно животните, способни да измислят диференциално смятане, да бъдат първите, които ще излязат от примитивната тиня. Уравнението на Дрейк може да се счита за математика на Златокоска, метод, чрез който човек може да прецени какви са шансовете някъде в галактиката всичко да се е получило „точно както трябва“, както трябва. Уравнението на Дрейк в оригиналния си вид обаче не включва например Марс, който се намира далеч извън обитаемата зона на Слънцето. Междувременно Марс е пълен с криволичещи сухи реки с делти и заливни низини и това неопровержимо доказва, че някога в миналото на Марс е имало изобилие от течна вода.

Но какво да кажем за Венера, „сестрата“ на Земята? Попада точно в обитаемата зона на Слънцето. Тази планета, изцяло покрита с дебел слой облаци, има най-много висок коефициентотражения в цялата слънчева система. Няма очевидни причини, поради които може да е лошо и неудобно на Венера. Върху него обаче има чудовищен парников ефект. Плътната атмосфера на Венера се състои предимно от въглероден диоксид и абсорбира почти 100% от малкото количество радиация, което достига нейната повърхност. Температурата на Венера е 750 K, което е рекорд в цялата слънчева система, въпреки че разстоянието от Слънцето до Венера е почти два пъти по-голямо от Меркурий.

Тъй като Земята е поддържала живота през цялата си еволюция - милиарди години на бурни превратности - тогава самият живот трябва да осигури някакъв вид механизъм за обратна връзка, който поддържа течната вода на планетата. Тази идея е разработена от биолозите Джеймс Лавлок и Лин Маргулис през 70-те години на миналия век и се нарича хипотезата на Гея. Това доста популярно, но противоречиво предположение предполага, че множеството видовена Земята, във всеки момент от времето, тя действа като колективен организъм, който непрекъснато, макар и неволно, коригира състава на атмосферата и климата на Земята по такъв начин, че те да допринасят за наличието и развитието на живот - т.е. наличието на течна вода на повърхността. Мисля, че е много интересно и заслужава да се проучи. Хипотезата за Гея е любима хипотеза на привържениците на философията на Ню Ейдж. Но съм готов да се обзаложа, че някои отдавна мъртви марсианци и венерианци също трябва да са защитавали тази идея преди милиард години...

Ако разширите концепцията за обитаемата зона, се оказва, че тя се нуждае от всеки източник на енергия, за да разтопи леда. Една от луните на Юпитер, ледената Европа, се нагрява от приливните сили на гравитационното поле на Юпитер. Подобно на ракетна топка, която се нагрява от чести удари, Европа се нагрява от динамична разлика в натоварването поради факта, че Юпитер привлича едната страна повече от другата. Какъв е резултатът? Текущите данни от наблюдения и теоретични изчисления показват, че Европа има океан от течна вода или, вероятно, снежна каша под километър дебела кора от лед. Като се има предвид изобилието от живот в океанските дълбини на Земята, Европа е най-примамливият кандидат за живот в Слънчевата система извън Земята. Друг скорошен пробив в нашето разбиране за това какво е обитаема зона са живите организми, наскоро наречени „екстремофили“: организми, които не само оцеляват, но дори процъфтяват в условия на екстремен студ или екстремна топлина. Ако сред екстремофилите имаше биолози, сигурно щяха да ги помислят за нормални, а екстремофилите са всички, които живеят добре при стайна температура. Сред екстремофилите има топлолюбиви термофили, които обикновено живеят близо до подводни планински вериги в средата на океаните, където водата, нагрята под огромно налягане до температура доста над нормалната си точка на кипене, изпръсква изпод земната кора в студената дебелина на океана. Условията там са подобни на тези в кухненската тенджера под налягане: особено здрава тенджера с херметичен капак ви позволява да загрявате вода под налягане до температура над кипене, като същевременно избягвате кипенето като такова.

Минералите се издигат от горещи извори на студеното дъно на океана, създавайки гигантски порести тръби, високи десет етажа - горещо е в средата, малко по-хладно в краищата, където те директно докосват океанската вода. При всички тези температури в тръбите живеят безброй видове живи същества, които никога не са виждали Слънцето и не се интересуват дали то съществува или не. Тези здрави ядки се захранват от геотермална енергия, която се състои от това, което е останало от образуването на Земята, и топлината, която непрекъснато прониква в земната корапоради радиоактивното разпадане на естествено срещащи се, но нестабилни изотопи на познатите химически елементи- сред тях например алуминий-26, който е достатъчен за милиони години, и калий-40, който е достатъчен за милиарди. Океанското дъно вероятно е една от най-стабилните екосистеми на Земята. Какво се случва, ако гигантски астероид се сблъска със Земята и целият живот на повърхността му изчезне? Океанските термофили ще живеят, сякаш нищо не се е случило. Може би след всяка вълна на изчезване те дори еволюират и населяват отново земята. И какво ще се случи, ако Слънцето по мистериозни причини изчезне от центъра на Слънчевата система, а Земята излезе от орбита и се отнесе в открития космос? Това събитие дори няма да влезе в хартиите Thermophile. Ще минат обаче пет милиарда години и Слънцето ще се превърне в червен гигант, ще се разшири и ще погълне цялата вътрешна част на Слънчевата система. В същото време океаните на Земята ще изкипят, а самата Земя ще се изпари. Това ще бъде сензация.

Ако термофилите живеят навсякъде по Земята, възниква сериозен въпрос: какво ще стане, ако животът се е зародил дълбоко в недрата на блудните планети, които са били изхвърлени от Слънчевата система по време на нейното формиране? Техните "гео" термални резервоари биха издържали милиарди години. А какво да кажем за безбройните планети, които бяха насилствено изгонени от всички други слънчеви системи, които имаха време да се формират в нашата Вселена? Може би междузвездното пространство гъмжи от живот, възникнал и еволюирал в дълбините на бездомните планети? Обитаемата зона изобщо не е добре очертана зона около звезда, където пада идеалното, „точно“ количество слънчева светлина – всъщност тя е навсякъде. Така че къщата на трите мечки вероятно също не заема специално място в света. приказки. Купа с овесена каша, чиято температура беше „точно подходяща“, можеше да се намери във всяко жилище, дори в къщите на трите прасета. Открихме, че съответният коефициент в уравнението на Дрейк – този, отговорен за съществуването на планети в обитаемата зона – може да нарасне до почти 100%.

Така че нашата приказка има много обещаващ край. Животът не е непременно рядко и уникално явление, може би се среща толкова често, колкото и самите планети. А топлолюбивите бактерии са живели дълго и щастливо – около пет милиарда години.

Вода, вода, навсякъде вода

Съдейки по външния вид на някои от най-сухите и негостоприемни места в нашата слънчева система, може да се мисли, че водата, която е в изобилие на Земята, е рядък лукс в останалата част на галактиката. Въпреки това, от всички триатомни молекули, водата е най-често срещаната и с голяма разлика. А в списъка на най-често срещаните елементи в космоса компонентите на водата - водород и кислород - заемат първо и трето място. Така че няма нужда да се питате откъде е дошла водата на това или онова място - по-добре е да попитате защо все още я няма навсякъде. Да започнем със слънчевата система. Ако търсите място без вода и без въздух, не е нужно да ходите далеч: имате Луната на ваше разположение. При ниско атмосферно налягане на Луната - то е почти нула - и двуседмични дни, когато температурата е близо до 100 ° C, водата се изпарява бързо. През двуседмичната нощ температурата пада до -155 °C: при такива условия почти всичко ще замръзне.

Астронавтите на Аполо взеха целия въздух, цялата вода и всички климатични системи, от които се нуждаеха на Луната със себе си, за да пътуват до там и обратно. В далечното бъдеще обаче експедициите вероятно вече няма да имат нужда да носят със себе си вода и различни продукти от нея. Данните от космическата сонда Clementine сложиха веднъж завинаги край на дългогодишния дебат дали има дълбоки кратери на дъното на Севера и южните полюсиЛуните са замръзнали езера. Ако вземем предвид средния брой сблъсъци на Луната с междупланетни отломки годишно, трябва да приемем, че сред отломките, падащи на повърхността, трябва да има доста големи ледени комети. Какво означава "достатъчно голям"? В Слънчевата система има достатъчно комети, които, ако се стопят, ще оставят локва с размерите на езерото Ери.

Разбира се, не може да се очаква новото езеро да преживее много горещи лунни дни с температури близки до 100 °C, но всяка комета, която е паднала на повърхността на Луната и се е изпарила, изхвърля част от своите водни молекули в дъното на дълбоки кратери близо до полюси. Тези молекули се абсорбират в лунната почва, където остават завинаги, тъй като такива места са единствените кътчета на Луната, където буквално „слънцето не грее“. (Ако сте били убедени, че едната страна на луната винаги е била тъмна, тогава сте били подведени от различни власти, които несъмнено включват албума на Pink Floyd The Dark Side of the Moon, издаден през 1973 г.) Тъй като жителите на Арктика и Антарктика жадните за слънчева светлина знаят, че по тези места слънцето никога не изгрява високо над хоризонта - нито през деня, нито през годината. Сега си представете, че живеете на дъното на кратер, чийто ръб е по-висок от точката в небето, където слънцето изгрява. В такъв кратер и дори на Луната, където няма въздух и нищо, което да разпръсне светлината, така че да попадне в сенчести ъгли, човек ще трябва да живее във вечен мрак.

В хладилника ви също е студено и тъмно, но ледът все още се изпарява там с времето (да не повярвате - вижте как изглеждат кубчетата лед, когато се върнете от дълго отсъствие), въпреки това е толкова студено на дъното на тези кратери, че изпарението по същество спира (поне в рамките на нашия разговор можем да приемем, че то не съществува). Няма съмнение, че ако някога построим колония на Луната, тя ще трябва да бъде разположена близо до такива кратери. В допълнение към очевидните предимства - колонистите ще имат много лед, ще има какво да топят, пречистват и пият - водородът може да се извлича и от молекулите на водата, отделяйки го от кислорода. Водородът и част от кислорода ще отидат в ракетно гориво, а колонистите ще дишат останалия кислород. А в свободното си време от космическите експедиции можете да се пързаляте по замръзнало езеро от извлечената вода.

И така, данните от древния кратер ни казват, че комети са удряли Луната, което означава, че това се е случило и със Земята. Ако вземем предвид, че Земята е по-голяма и нейната гравитация е по-силна, можем дори да заключим, че кометите са падали на Земята много по-често. Така е – от самото раждане на Земята до наши дни. Освен това Земята не е излязла от космическия вакуум под формата на готова сферична кома. Той е израснал от кондензиран протосоларен газ, от който са се образували самото Слънце и всички други планети. Земята продължи да расте, тъй като по нея полепнаха малки твърди частици, а след това - поради непрекъснатото бомбардиране на астероиди, които бяха богати на минерали, и комети, които бяха богати на вода. В какъв смисъл е постоянно? Подозира се, че честотата на кометите, удрящи Земята в ранните етапи от нейното съществуване, е била достатъчна, за да осигури вода за всички нейни океани. Въпреки това остават някои въпроси (и място за дебат). В сравнение с водата от океаните, водата от кометите, които изучаваме сега, има много деутерий, вид водород, който има допълнителен неутрон в ядрото си. Ако океаните бяха пълни с комети, тогава кометите, паднали на Земята в началото на съществуването на Слънчевата система, имаха малко по-различен химичен състав.

Мислите ли, че можете спокойно да излезете навън? Е, не: скорошни изследвания на съдържанието на вода в горната атмосфера на Земята показват, че парчета лед с размерите на къща редовно падат на Земята. Тези междупланетни снежни топки при контакт с въздуха бързо се изпаряват, но успяват да допринесат за водния бюджет на Земята. Ако честотата на паданията е била постоянна през цялата история на Земята от 4,6 милиарда години, тогава тези снежни топки може също да са напълнили океаните на Земята. Добавете към това водните пари, които знаем, че се изпускат в атмосферата от вулканични изригвания, и се оказва, че Земята е получила запасите си от вода на повърхността по различни начини. Нашите величествени океани сега заемат две трети от земната повърхност, но са само една петхилядна от масата на Земята. Изглежда много малка част, но все пак е около един и половина квинтилиона тона, 2% от които във всеки един момент са под формата на лед. Ако Земята някога преживее период на екстремен парников ефект, както на Венера, тогава нашата атмосфера ще абсорбира излишната слънчева енергия, температурата на въздуха ще се повиши и океаните ще кипнат и бързо ще се изпарят в атмосферата. Лошо ще е. Не само, че флората и фауната на Земята ще изчезнат - това е очевидно - една от убедителните (буквално) причини за общата смърт ще бъде, че атмосферата, наситена с водни пари, ще стане триста пъти по-масивна. Ще ни смаже всички.

Венера се различава от другите планети в Слънчевата система по много начини, включително по своята дебела, гъста, тежка атмосфера от въглероден диоксид, която има налягане сто пъти по-голямо от това на земната атмосфера. Щяхме да бъдем сплескани там. Въпреки това, в моята класация на най-удивителните характеристики на Венера, наличието на кратери, които всички са се образували сравнително наскоро и са разпределени равномерно по цялата повърхност, заема първо място. Тази на пръв поглед безобидна характеристика предполага една-единствена катастрофа в планетарен мащаб, която е рестартирала часовника на кратерите и е изтрила всички доказателства за удари в миналото. Това е по силите например на едно ерозивно климатично явление като глобалния потоп. И също така - мащабна геоложка (не венерическа) дейност, да речем, потоци от лава, които превърнаха цялата повърхност на Венера в мечтата на американски автомобилист - изцяло павирана планета. Каквото и да рестартира часовника, се случи внезапно и рязко. Тук обаче не всичко е ясно. Ако наистина е имало световен потоп на Венера, къде е отишла цялата вода сега? Отишъл под повърхността? Изпарил се в атмосферата? Или не водата изобщо е наводнила Венера, а някакво друго вещество?

Нашето любопитство и невежество не се ограничават до една Венера - те се простират и до други планети. Някога Марс е бил истинско блато - с криволичещи реки, заливни низини, делти, мрежа от малки потоци и огромни каньони, издълбани от течаща вода. Вече имаме достатъчно доказателства, че ако някъде в Слънчевата система е имало изобилни източници на вода, това е на Марс. Днес обаче повърхността на Марс е напълно суха, а защо не е ясно. Гледайки Марс и Венера – братът и сестрата на нашата планета – гледам на Земята по нов начин и си мисля колко ненадеждни могат да бъдат нашите източници на вода на земната повърхност. Както вече знаем, въображението на Пърсивал Лоуел го накара да предположи, че колонии от изобретателни марсианци са изградили гениална мрежа от канали на Марс, за да доведат вода от полярните ледници до по-населените средни ширини. За да обясни какво е видял (или си е мислил, че е видял), Лоуел изобретил умираща цивилизация, която по някакъв начин загубила вода. В своя подробен, но удивително подвеждащ трактат Марс като обиталище на живота (1909 г.), Лоуел се оплаква от предстоящия упадък на марсианската цивилизация, родена от неговата фантазия:

Без съмнение изсъхването на планетата ще продължи, докато повърхността й вече не е в състояние да поддържа целия живот. Времето със сигурност ще го издуха като прах. Въпреки това, когато последната му искра угасне, мъртвата планета ще се втурне през космоса като призрак и нейната еволюционна кариера ще приключи завинаги.

(Лоуел, 1908 г., стр. 216)

Нещо, което Лоуел е оправил. Ако някога е имало цивилизация (или каквито и да е живи организми) на повърхността на Марс, които са се нуждаели от вода, тогава на някакъв неизвестен етап от историята на Марс и по някаква неизвестна причина цялата вода на повърхността наистина е пресъхнала, което е довело точно до края такива, каквито описва Лоуел. Може би липсващата марсианска вода просто е отишла под земята и е била уловена от вечната замръзналост. Как може да се докаже това? Големите кратери на повърхността на Марс имат повече преливащи ивици засъхнала кал, отколкото малките кратери. Ако приемем, че вечно замръзналата почва е достатъчно дълбока, ще е необходим силен удар, за да се стигне до нея. Освобождаването на енергия от такъв сблъсък би трябвало да разтопи леда под повърхността при контакт и мръсотията да изпръска. Кратерите с тези характеристики са по-често срещани в студените субполярни ширини, точно там, където бихте очаквали слой вечна замръзналост да лежи по-близо до повърхността. Според някои изчисления, ако цялата вода, която, както подозираме, се е скрила във вечната замръзналост на Марс и, както знаем със сигурност, е затворена в ледници на полюсите, се разтопи и равномерно разпредели по повърхността му, Марс ще се превърне в непрекъснат океан с дълбочина десетки метри. Планът за търсене на живот на Марс, както съвременен, така и изкопаем, трябва да включва разглеждане на голямо разнообразие от места, особено под повърхността на Марс.

Когато астрофизиците започнаха да мислят къде да намерят вода в течно състояние, а от друга страна и живот, те отначало бяха склонни да вземат под внимание планетите, които обикалят на определено разстояние от тяхната звезда - на такова разстояние, че водата остава течна на повърхността им, не твърде далеч и не твърде близо. Тази зона обикновено се нарича обитаемата зона или зоната на Златокоска (вижте предишната глава) и за начало това беше доста приемлива оценка. Тя обаче не взе предвид възможността за възникване на живот на места, където имаше други източници на енергия, поради което водата, където трябваше да се превърне в лед, остана в течно състояние. Това може да доведе до лек парников ефект. А също и вътрешен източник на енергия, като остатъчна топлина след образуването на планетата или радиоактивен разпад на нестабилни тежки елементи, всеки от които допринася за вътрешното нагряване на Земята и следователно за нейната геоложка активност. Освен това планетарните приливи служат и като източник на енергия - това е повече обща концепцияотколкото просто буен океан, танцуващ с луната. Както видяхме, спътникът на Юпитер Йо е подложен на постоянни напрежения от изместващи се приливни сили, тъй като орбитата му не е съвършено кръгла и Йо се движи навътре и извън Юпитер. Йо се намира на такова разстояние от Слънцето, че при други условия би трябвало да замръзне завинаги, но поради постоянните промени в приливите и отливите си е спечелил титлата на небесно тяло с най-бурна геоложка активност в цялата Слънчева система - всичко има: и вулкани, бълващи лава, и огнени пукнатини, и тектонични промени. Понякога съвременният Йо се оприличава на младата Земя, когато нашата планета все още не е изстинала след раждането си.

Не по-малко интересна е Европа - друг спътник на Юпитер, който също черпи топлина от приливните сили. Учените отдавна подозираха и наскоро потвърдиха (въз основа на изображения от космическата сонда Галилео), че Европа е покрита с дебели мигриращи слоеве лед, под които лежи океан от киша или течна вода. Цял океан от вода! Само си представете какъв риболов на лед има. И наистина, инженери и учени от лабораторията за реактивни двигатели вече обмислят изпращането на космическа сонда до Европа, която ще кацне на леда, ще намери отвор в него (или ще го изреже или стъпче сама), ще спусне в него дълбоководна видеокамера , и ние Да видим какво има и как. Тъй като животът на Земята най-вероятно се е зародил в океана, съществуването на живот в океаните на Европа в никакъв случай не е празна фантазия, може и да е така. По мое мнение най-удивителното качество на водата не е заслуженият етикет "универсален разтворител", за който всички сме учили в часовете по химия в училище, нито необичайно широкият диапазон от температури, при които водата остава течна. Най-удивителната характеристика на водата е, че въпреки че почти всички вещества, включително самата вода, стават по-плътни, когато се охладят, водата, когато се охлади под 4 ° C, става все по-малко плътна. Когато замръзне при нула градуса, тя става по-малко плътна, отколкото в течно състояние при всякаква температура и това е досадно за водопроводните тръби, но е голямо щастие за рибите. През зимата, когато температурата на въздуха падне под нулата, водата с температура 4 градуса потъва на дъното и остава там, а на повърхността много бавно се натрупва плаващ слой лед, който изолира по-топлата вода от студения въздух.

Ако тази инверсия на плътността не се случи с вода при температура под 4 градуса, тогава при температура на въздуха под точката на замръзване външната повърхност на резервоара ще се охлади и ще потъне на дъното, а по-топлата вода ще се издигне нагоре. Такава принудителна конвекция бързо би охладила цялата маса вода до нула, след което повърхността ще започне да замръзва. По-плътен лед ще потъне - и целият воден стълб ще замръзне от дъното до повърхността. IN като святнямаше да има риболов на лед, тъй като цялата риба щеше да бъде замръзнала - замръзнала жива. А любителите на ледения риболов биха седнали или под дебелината на водата, която все още не е замръзнала, или на блок от напълно замръзнал резервоар. Няма да има нужда ледоразбивачи да пътуват през замръзналата Арктика: Северният ледовит океан или ще замръзне до дъното, или ще остане отворен за нормална навигация, тъй като отдолу ще лежи слой лед. И можете да ходите по леда колкото искате и да не се страхувате да се провалите. По такъв паралелен святледени късове и айсберги ще потънат и през 1912 г. Титаник ще отплава безопасно до местоназначението си - до Ню Йорк.

Съществуването на вода в галактиката не се ограничава до планетите и техните луни. Водни молекули, както и няколко други познати домакинства химически вещества, като амоняк, метан и етилов алкохол, от време на време се записват в междузвездни газови облаци. При определени условия – ниска температура и висока плътност – група от водни молекули може да излъчи повторно енергията на най-близката звезда в космоса под формата на усилено насочено микровълново лъчение с висок интензитет. Физиката на това явление силно наподобява всичко, което се случва с видимата светлина в лазер. Но в този случай е по-добре да говорим не за лазер, а за мазер - така се съкращава фразата "Микровълново усилване чрез стимулирано излъчване на радиация". Така че водата не е просто навсякъде и навсякъде в галактиката - понякога тя също така ви се усмихва лъчезарно от дълбините на космоса.

Знаем, че водата е необходима за живота на Земята, но можем само да предполагаме, че тя е необходимо условие за появата на живот във всяко кътче на галактиката. Химически неграмотните хора обаче често вярват, че водата е смъртоносно вещество, което е по-добре да не се среща. През 1997 г. Нейтън Зонер, четиринадесетгодишен ученик гимназияв Ийгъл Рок, Айдахо, проведе заслужено обективно проучване на антитехнологичните предразсъдъци и свързаната с тях „хемофобия“. Нейтън покани минувачите на улицата да подпишат петиция с искане за строг контрол или дори забрана на използването на дихидроген моноксид. Младият експериментатор даде списък с кошмарни свойства на това вещество, лишено от вкус и мирис:

Дихидрогенният окис е основната съставка на киселинния дъжд;

Рано или късно това вещество разтваря всичко, с което влезе в контакт;

При случайно вдишване може да бъде фатално;

В газообразно състояние оставя тежки изгаряния;

Намира се в туморите на пациенти с рак в терминален стадий.

Четиридесет и трима от петдесетте, до които Зонер се обърна, подписаха петицията, шестима се поколебаха, а един се оказа горещ поддръжник на дихидрогенния оксид и отказа да постави подписа си.

Жилищно пространство

Ако попитате човек откъде е, в отговор обикновено ще чуете името на града, в който е роден, или на някое място на земната повърхност, където е прекарало детството си. И това е абсолютно правилно. въпреки това

астрохимически точният отговор би бил: „Идвам от останките от експлозиите на много масивни звезди, които са умрели преди повече от пет милиарда години.“ Космосът е основната химическа фабрика. Той беше изстрелян от Големия взрив, който снабди Вселената с водород, хелий и капка литий - трите най- светлинни елементи. Останалите деветдесет и два естествено срещащи се елемента са създали звездите, включително всеки отделен въглерод, калций и фосфор във всеки един жив организъм на Земята, човешки и други. Кой ще има нужда от целия този най-богат асортимент от суровини, ако остане заключен в звездите? Но когато звездите умират, те се връщат в космоса лъвският пайот тяхната маса и подправят най-близките газови облаци с цял набор от атоми, които впоследствие обогатяват следващото поколение звезди.

Ако се създадат правилните условия - правилната температура и правилното налягане - много атоми се комбинират, за да образуват прости молекули. След това много молекули стават по-големи и по-сложни, а механизмите за това са едновременно сложни и изобретателни. В крайна сметка сложните молекули се самоорганизират в живи организми от един или друг вид и това със сигурност се случва в милиарди кътчета на Вселената. В поне един от тях молекулите са станали толкова сложни, че са развили интелигентност и след това способността да формулират и комуникират помежду си идеите, изразени в иконите на тази страница.

Да, да, не само хората, но и всички останали живи организми в космоса, както и планетите и луните, на които живеят, нямаше да съществуват, ако не бяха останките от отработени звезди. По принцип вие сте боклук. Това ще трябва да се реши. По-добре да си щастлив. В крайна сметка, какво може да бъде по-благородно от идеята, че Вселената живее във всички нас? Нямате нужда от редки съставки, за да създадете живот. Припомнете си кои елементи заемат първите пет места по отношение на изобилие в космоса: водород, хелий, кислород, въглерод и азот. С изключение на химически инертния хелий, който не обича да създава молекули с никого, ние получаваме четирите основни компонента на живота на Земята. Те чакат в крилата си в масивните облаци, които обгръщат звездите в галактиката, и започват да създават молекули веднага щом температурата падне под няколко хиляди градуса по Келвин. Молекулите от два атома се образуват наведнъж: това е въглероден окис и молекула водород (две обвързан приятелс друг водороден атом). Намалете още малко температурата и ще получите стабилни три- или четириатомни молекули като вода (H2O), въглероден диоксид (CO2) и амоняк (NH3) - прости, но висококачествени продукти на биологичната кухня. Ако температурата падне още малко, ще има цял набор от молекули от пет и шест атома. И тъй като въглеродът е не само широко разпространен, но и много активен от химическа гледна точка, той е включен в повечето молекули - всъщност три четвърти от всички "видове" молекули, наблюдавани в междузвездната среда, съдържат поне един въглерод атом. Обещаващо. Пространството за молекулите обаче е доста опасно място. Ако те не бъдат унищожени от енергията на експлозиите на свръхнови, тогава ултравиолетовата радиация от близките ултра-ярки звезди допълва въпроса.

как повече молекулии толкова по-зле издържа на атаки. Ако молекулите имат достатъчно късмет да живеят в относително тихи или защитени зони, те могат да оцелеят, за да станат част от космически прахови зърна и в крайна сметка астероиди, комети, планети и хора. Но дори ако звездната атака не остави никоя от първоначалните молекули жива, ще има достатъчно атоми и време за създаване на сложни молекули - не само по време на формирането на тази или онази планета, но също така върху и под гъвкавата повърхност на планетата . Сред най-често срещаните сложни молекулиособено се отличава аденинът (това е такъв нуклеотид или „база“, компонентДНК), глицин (прекурсор на протеин) и гликоалдехид (въглеводород). Всички тези и подобни съставки са необходими за възникването на живота в познатата ни форма и, разбира се, не се срещат само на Земята.

Цялата тази вакханалия от органични молекули обаче още не е живот, както брашното, водата, маята и солта още не са хляб. Въпреки че действителният преход от суровина към живо същество остава загадка, ясно е, че са необходими няколко условия, за да се случи това. Околната среда трябва да насърчава молекулите да експериментират една с друга и в същото време да предпазва от ненужни наранявания. Течностите са особено подходящи за това, тъй като осигуряват както близък контакт, така и голяма подвижност. Колкото повече възможности за химични реакции предоставя околната среда, толкова по-изобретателни са експериментите на нейните обитатели. Важно е да се вземе предвид още един фактор, за който говорят законите на физиката: химичните реакции изискват непрекъснат източник на енергия.

Когато човек вземе предвид широкия диапазон от температури, налягания, киселинност и радиация, при които животът може да процъфтява на Земята, и си спомни, че това, което е уютно кътче за един микроб, е стая за мъчения за друг, става ясно защо учените вече не разполагат с право да предложи допълнителни условия за живот на друго място. Отлична илюстрация на ограниченията на подобни заключения е дадена в очарователната книга "Cosmotheoros" на холандския астроном от 17-ти век Кристиан Хюйгенс: авторът е убеден, че конопът трябва да се отглежда на други планети - в противен случай от какво биха били направени въжетата за кораби контролирате кораби и навигирате в моретата? Триста години са минали и ние се задоволяваме само с шепа молекули. Ако ги смесите добре и ги поставите на топло място, можете да очаквате, че ще отнеме само няколкостотин милиона години - и ще имаме процъфтяващи колонии от микроорганизми. Животът на земята е изключително плодотворен, в това няма съмнение. А какво да кажем за останалата част от Вселената? Ако някъде другаде има небесно тяло, което е поне донякъде подобно на нашата планета, възможно е то да е направило подобни експерименти с подобни химични реагенти и тези експерименти да са били организирани от същите физически закони, които са едни и същи в цялата Вселена.

Да вземем например въглерода. Той умее да твори най-много различни връзкикакто със себе си, така и с други елементи и затова е включен в невероятен брой химични съединения - в това няма равен в цялата периодична система. Въглеродът създава повече молекули от всички останали елементи взети заедно (10 милиона - какво мислите?). Обикновено, за да се създаде молекула, атомите споделят един или повече външни електрони, захващат се един за друг като гърбични съединения между товарни вагони. Всеки въглероден атом е в състояние да създаде такива връзки с един, два, три или четири други атома - но водороден атом, да речем, само с един, кислород - с един или два, азот - с три.

Когато въглеродът се комбинира със себе си, той създава много молекули от всякакви комбинации от дълги вериги, затворени пръстени или разклонени структури. Тези сложни органични молекули са способни на подвизи, за които малките молекули могат само да мечтаят. Например, те са в състояние да изпълняват една задача в единия край и друга в другия, да се усукват, да се извиват, да се преплитат с други молекули, да създават вещества с все нови и нови свойства и качества – те нямат прегради. Може би най-впечатляващата въглеродна молекула е ДНК, двойната спирала, която кодира индивидуалния външен вид на всеки жив организъм. Но какво да кажем за водата? Що се отнася до осигуряването на живот, водата има много полезно качество - според повечето биолози тя остава течна в много широк температурен диапазон. За съжаление повечето биолози разглеждат само Земята, където водата остава течна в рамките на 100 градуса по Целзий. Междувременно на някои места на Марс атмосферното налягане е толкова ниско, че водата изобщо не е течна - веднага щом си налеете чаша H2O, цялата вода ще заври и ще замръзне едновременно! Въпреки това, колкото и жалко да е сегашното състояние на марсианската атмосфера, в миналото е позволявало съществуването на огромни запаси от течна вода. Ако някога е съществувал живот на повърхността на червената планета, то само по това време.

Що се отнася до Земята, тя е много добре поставена на повърхността с вода, понякога дори твърде добре и дори смъртоносно. Откъде се е появила тя? Както вече видяхме, логично е да се предположи, че кометите са го донесли отчасти тук: може да се каже, че са наситени с вода (разбира се замръзнали), има милиарди от тях в Слънчевата система, има доста големи сред тях и когато слънчевата система току-що се формираше, те непрекъснато бомбардираха младата Земя. Вулканите изригват не само защото магмата е много гореща, но и защото издигащата се гореща магма превръща подземните води в пара, а парата се разширява бързо, причинявайки експлозия. Парата вече не се вписва в подземните кухини и разкъсва капака на вулкана, което кара H2O да излезе на повърхността. Като се има предвид всичко това, не трябва да е изненадващо, че повърхността на нашата планета е пълна с вода. С цялото разнообразие от живи организми на Земята, всички те имат общи части от ДНК. Биологът, който никога през живота си не е виждал нищо друго освен Земята, само се радва на многообразието на живота, но астробиологът мечтае за разнообразие в по-голям мащаб: за живот, основан на напълно чужда за нас ДНК или на нещо съвсем друго.

За съжаление досега нашата планета е единствената биологична проба. Един астробиолог обаче може да си позволи да събира хипотези за живи организми, които живеят някъде в дълбините на космоса, като изучава организми, които живеят в екстремни среди тук на Земята. Струва си да започнем да търсим тези екстремофили и се оказва, че те живеят почти навсякъде: в сметища за ядрени отпадъци, в киселинни гейзери, в кисели реки, наситени с желязо, в дълбоководни извори, бълващи химически суспензии, и близо до подводни вулкани, във вечна замръзналост, в купчини шлака, в индустриални солни езера и на различни места, където вероятно не бихте отишли ​​на меден месец, но които вероятно са доста типични за повечето други планети и спътници. Биолозите някога са вярвали, че животът се е зародил в някакъв вид „топъл басейн“, както пише Дарвин (Darwin 1959, p. 202); обаче, доказателствата, натрупани в последно време, са склонни да клонят към идеята, че екстремофилите са първите живи организми на Земята.

Както ще видим в следващата част, през първите половин милиард години от своето съществуване Слънчевата система приличаше най-много на стрелбище. Големи и малки блокове постоянно падаха върху повърхността на Земята, оставяйки след себе си кратери и раздробявани скали на прах. Всеки опит за стартиране на Project Life би бил незабавно осуетен. Въпреки това, преди около четири милиарда години, бомбардировката отслабна и температурата на земната повърхност започна да пада, което позволи резултатите от сложни химически опитиоцеляват и процъфтяват. В старите учебници времето се брои от раждането на Слънчевата система, а авторите им обикновено заявяват, че формирането на Земята е отнело 700-800 милиона години. Но това не е така: експериментите в химическата лаборатория на планетата не могат да започнат, докато небесната бомбардировка не отшуми. Чувствайте се свободни да извадите 600 милиона години "война" - и ще се окаже, че едноклетъчните механизми са излезли от примитивната каша само за 200 милиона години. Въпреки че учените все още не могат да разберат как точно е възникнал животът, природата изглежда няма проблем с това.

Астрохимиците изминаха дълъг път само за няколко десетилетия: доскоро не знаеха нищо за молекулите в космоса, а сега вече са открили много различни съединения почти навсякъде. Нещо повече, през последното десетилетие астрофизиците потвърдиха, че планетите също обикалят около други звезди и че всяка звездна система, не само слънчевата система, е пълна със същите четири основни съставки на живота като нашия собствен космически дом. Разбира се, никой не очаква да намери живот на звезда, дори и на „студена“, където е само хиляда градуса, но животът на Земята често се намира на места, където температурата достига няколкостотин градуса. Всички тези открития заедно ни карат да заключим, че всъщност Вселената в никакъв случай не е чужда и непозната за нас – всъщност ние вече сме запознати с нея на фундаментално ниво. Но колко отблизо се познаваме? Каква е вероятността всички живи организми да са подобни на земните - базирани на въглерод и да предпочитат вода пред всички други течности? Да разгледаме например силиция, един от най-разпространените елементи във Вселената. В периодичната таблица силицийът е точно под въглерода, което означава, че те имат една и съща електронна конфигурация на външно ниво. Силицият, подобно на въглерода, може да образува връзки с един, два, три или четири други атома. При подходящи условия той може също да образува верижни молекули. Тъй като възможностите за създаване на химически съединения за силиция са почти същите като за въглерода, разумно е да се предположи, че животът може да възникне и на негова основа.

Съществува обаче една трудност със силиция: освен че е десет пъти по-рядък от въглерода, той също създава много силни връзки. По-специално, ако комбинирате силиций и водород, ще получите не началото на органичната химия, а камъни. На Земята тези химични съединения имат дълъг срок на годност. И към химическо съединениее бил благоприятен за живия организъм, имате нужда от достатъчно здрави връзки, за да устоите на атаки, които не са твърде силни заобикаляща среда, но не толкова неразрушим, че да пресече възможността за по-нататъшни експерименти. Колко важна е течната вода? Наистина ли това е единствената среда, подходяща за химически експерименти, единствената среда, способна да доставя хранителни вещества от една част на живия организъм в друга? Може би живите организми просто се нуждаят от всякаква течност. В природата амонякът е доста разпространен например. И етилов алкохол. И двете са получени от най-разпространените елементи във Вселената. Амонякът, смесен с вода, замръзва при температура, много по-ниска от водата (-73°C, не 0°C), което разширява температурния диапазон, при който е възможно да се открият живи организми, които обичат течност. Има и друг вариант: на планета, където има малко източници на вътрешна топлина, например, тя се върти далеч от звездата си и е замръзнала до костите, метанът, който обикновено е в газообразно състояние, също може да играе ролята на необходимата течност. Такива съединения имат дълъг срок на годност. А за да бъде химичното съединение благоприятно за живия организъм, са необходими връзки, които да са достатъчно здрави, за да издържат не твърде силни атаки на околната среда, но не толкова неразрушими, че да спрат възможността за по-нататъшни експерименти.

Колко важна е течната вода? Наистина ли това е единствената среда, подходяща за химически експерименти, единствената среда, способна да доставя хранителни вещества от една част на живия организъм в друга? Може би живите организми просто се нуждаят от всякаква течност. В природата амонякът е доста разпространен например. И етилов алкохол. И двете са получени от най-разпространените елементи във Вселената. Амонякът, смесен с вода, замръзва при температура, много по-ниска от водата (-73°C, не 0°C), което разширява температурния диапазон, при който е възможно да се открият живи организми, които обичат течност. Има и друг вариант: на планета, където има малко източници на вътрешна топлина, например, тя се върти далеч от звездата си и е замръзнала до костите, метанът, който обикновено е в газообразно състояние, също може да играе ролята на необходимата течност.

През 2005 г. космическата сонда Хюйгенс (наречена на вие-знаете-кой) кацна на Титан, най-голямата луна на Сатурн, където органични съединенияи атмосферата е десет пъти по-дебела от земната. Освен планетите - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун - всяка от които се състои изцяло от газ и няма твърда повърхност, само четири имат достойно споменаване на атмосферата. небесни телав нашата слънчева система: това са Венера, Земя, Марс и Титан. Титанът съвсем не е случаен обект на изследване. Списъкът с молекули, които могат да бъдат намерени там, вдъхва уважение: това са вода, и амоняк, и метан, и етан, както и така наречените полициклични ароматни въглеводороди - молекули от много пръстени. Водният лед на Титан е толкова студен, че е станал твърд като цимент. Комбинацията от температура и налягане обаче води до метан течно състояние, а първите изображения на Хюйгенс показват потоци, реки и езера от течен метан. Химическата среда на повърхността на Титан е по някакъв начин подобна на тази на млада Земя, поради което толкова много астробиолози смятат Титан за "жива" лаборатория за изучаване на далечното минало на Земята. Наистина, експерименти преди две десетилетия показаха, че ако добавим вода и малко киселина към органичната суспензия, която се получава от облъчването на газовете, които изграждат облачната атмосфера на Титан, това ще ни даде шестнадесет аминокиселини.

Не толкова отдавна биолозите научиха, че общата биомаса под повърхността на планетата Земя вероятно е по-голяма, отколкото на повърхността. Настоящите изследвания на особено издръжливи живи организми показват отново и отново, че животът не познава бариери и граници. Изследователите, изучаващи условията за възникване на живот, вече не са „луди професори“, които търсят малки зелени човечета на най-близките планети, те са учени с общ опит, които притежават различни инструменти: те трябва да са специалисти не само по астрофизика, химия и биологията, но и в геологията и планетологията, защото те трябва да търсят живот навсякъде.