V-kosmose.com

Сколько нужно ВОДЫ для жизни на других МИРАХ?

Сколько нужно ВОДЫ для жизни на других МИРАХ?

Мы привыкли думать о Земле как о водном мире. Наша планета на 70% покрыта океанами, благодаря чему из космоса она выглядит как голубой шар с белыми прожилками облаков и небольшими участками суши. Но на самом деле глубина наших океанов ничтожна в сравнении с радиусом Земли. По массе вода составляет лишь двадцать пять тысячных процента от массы планеты. Смогли бы современные астрономы определить, есть ли вода на Земле, если бы смотрели на Солнечную систему откуда-нибудь с Альфа Центавра?

Сейчас ученые делают выводы о массах экзопланет, наблюдая как сильно планета «раскачивает» свою звезду гравитационным взаимодействием. А вывод о размерах экзопланеты делается из того, как сильно она блокирует свет, проходя между звездой и телескопом. Затем масса делится на объем и получается примерная плотность экзопланеты, из которой можно получить представление о распределении газов, жидкостей и твердого вещества в ее массе. Подобные методы, к сожалению, не дают возможность зафиксировать тот объем воды, который есть на Земле! То есть на нашей планете воды слишком мало, чтобы мы сами при взгляде с объекта у другой звезды могли отнести Землю к миру, где можно пойти искупаться или промокнуть под дождем…

Современная наука позволяет сделать вывод о наличии воды на экзопланете, только если вода составляет не менее 10% от ее массы. А 10% - это в четыре сотни раз больше, чем есть на Земле сейчас! Это гигантский океан, который полностью покрыл бы всю земную поверхность.

Казалось бы, чем больше воды – тем лучше для возникновения жизни. Недаром девизом астрономов, посвятивших себя поиску внеземной жизни, всегда была фраза «Ищи воду!». Известная нам жизнь невозможна без воды, т.к. именно она является растворителем веществ, наполняющих живые клетки. Вода – химическая база энергетических процессов, которые мы называем жизнью. Ее уникальность в данном случае заключается и в том, что она остается жидкой в очень широком диапазоне температур. Поэтому вопрос о том, есть ли шанс на появление жизни в мире, где воды намного больше, чем у нас, на первый взгляд кажется парадоксальным.

Но давайте попробуем разобраться. Ученые из Университета штата Аризона провели виртуальный эксперимент, построив модель химических процессов на экзопланете, идентичной Земле. Единственны отличием от нашего мира был избыток воды: ученые увеличили объем океанов более чем в 5 раз. В таком случае на поверхности планеты не осталось никакой суши, и полностью исчез процесс выветривания и вымывания горных пород. Это привело к тому, что в воде критически упало содержание фосфора – незаменимого для земной жизни элемента. А без необходимого содержания фосфора невозможно существование ни молекулы Аденозин трифосфорной кислоты (АТФ), ответственной за энергетику жизни, ни молекул РНК и ДНК. Мир, полностью покрытый океаном, может и не быть абсолютно безжизненным, но жизнь в нем точно будет очень сильно отличаться от земной морской. Скорее всего, жизнь в таких условиях была бы намного менее плотной, и обнаружить ее из другой звездной системы было бы намного сложнее.

Огромное давление воды на дно может создать сверхплотные формы льда, например лед-6 и лед-7 (это такая разновидность водного льда). Подобный ледяной панцирь привел бы к изоляции воды от твердых пород, что сделало бы процесс химической эволюции еще более проблематичным. Поэтому в вопросе появления и процветания жизни «больше воды» – не значит «лучше». Возможно, такие планеты являются экзотикой и описанные проблемы статистически не значимы для возникновения жизни? Оказывается, ученые склоняются к тому, что подобных водяных миров во Вселенной может быть даже больше, чем каменистых планет типа нашей Земли или Марса.

Камень и вода распространены примерно одинаково в Солнечной системе, это основной состав пояса астероидов (между Марсом и Юпитером) и пояса Койпера (за орбитой Нептуна). В самой известной - после Солнечной – системе Trappist-1 все 7 экзопланет скорее всего имеют существенно больше воды, чем Земля. По оценкам астрофизиков, объекты, расположенные ближе к звезде, состоят изо льда и жидкой воды примерно на 10%. Внешние экзопланеты Trappist-1 – изо льда примерно на 50%. Похоже, что все эти миры полностью покрыты водой и льдом и с высокой долей вероятности стерильны.

К сожалению, получается, что все экзопланеты, на которых современные ученые обнаруживают воду, скорее всего безжизненны. Но если телескоп Хаббл не позволяет обнаружить миры, подобные Земле с точки зрения объемов воды, возможно, это сможет сделать телескоп Джеймса Уэбба? Это чудо техники будет выведено на орбиту в 2020 году и сможет анализировать атмосферы экзопланет-гигантов. Однако, скорее всего и он не даст ответ на этот вопрос. Техника, которая позволила бы найти воду на двойнике Земли с межзвездного расстояния, только разрабатывается и появится на орбите к середине 21 века.

Но возможно, нам не следует искать жизнь в водных мирах так далеко? Ведь буквально у нас под боком, в каком-то полумиллиарде километров, плещется огромный океан соленой воды. Речь идет о Европе – спутнике Юпитера, подо льдом которого лежит 100-километровая толща воды. Запас воды Европы вдвое или даже втрое превышает земной океан. Это открытие, сделанное аппаратом Галилео, стало не единственной находкой воды у планет-гигантов Солнечной системы. В 2005г. зонд Кассини зафиксировал гейзеры, бьющие из-подо льдов спутника Сатурна Энцелада. А через 10 лет этот аппарат даже пролетел сквозь такую струю, взяв пробы и обнаружив там помимо воды азот, углекислый газ, водород, метан и аммиак. Подобный состав выбросов говорит о том, что в глубине Энцелада вовсю кипит гидротермальная активность, вода под воздействием высокой температуры взаимодействует с твердыми породами и распадается на водород и кислород. Водород для небольших тел является маркером химической активности – это самый легкий элемент таблицы Менделеева и без постоянного образования быстро улетучивается в космос без остатка. Значит, где-то внутри Энцелада идет постоянный процесс образования водорода, следовательно, есть энергия того типа, которая позволяет существовать доисторическим микроорганизмам на Земле.

Археи – одноклеточные организмы, не имеющие ядра, в качестве источников энергии используют и органику, и аммиак, и водород. Некоторые археи выделяют метан, который для ученых является одним из возможных маркеров жизни на планетах. Подобные микроорганизмы, метаногены, на Земле существуют в условиях отсутствия солнечного света, в экстремальных условиях, которые ничуть не лучше космических. Если метаногены на Земле встроены в экосистему самых странных созданий нашей Природы – трубчатых червей, то почему бы им не сосуществовать с инопланетными организмами Энцелада или Европы? На нашей собственной планете есть удивительные места, где жизнь существует при температуре 500 градусов и при давлении 200 атмосфер. Боле того, экосистемы «черных курильщиков» существуют без солнечного света - главного источника энергии для жизни на нашей планете. Подобные условия похожи на те, которые могут существовать подо льдами спутников Сатурна и Юпитера.

Тем не менее, ученые весьма осторожно высказываются относительно возможности существования сложных форм жизни в этих водных мирах. Даже энтузиаст поиска внеземной жизни, директор центра SETI-исследований Сет Шостак, говорит, что для многоклеточных форм жизни энергии подо льдами Европы и Энцелада скорее всего недостаточно. Жизнь могла развиваться там более 4 миллиардов лет, но вряд ли мы когда-нибудь встретим там тунца или иное существо, для жизни которого требуется столько пищи, как для рыбы с планеты Земля. Но даже обнаружение бактерий было бы прорывом для земной науки. Но похоже, что одной астрономии недостаточно для ответа на вопрос, есть ли бактерии на спутниках планет-гигантов. Единственный выход – лететь к Юпитеру и Сатурну и разбираться на месте. Похоже, что однозначный ответ на вопрос наличия жизни как на других планетах и спутниках Солнечной системы, так и на экзо-планетах, мы получим лишь к середине 21 века.

Что же можно сказать сегодня наверняка? Открытие огромных объемов воды в Солнечной системе вне Земли существенно изменило парадигму мышления экзо-биологов. До миссий к Юпитеру и Сатурну ученые предполагали, что все спутники будут подобны Луне и Фобосу – камни, пыль, сухая пустыня. Жидкая вода в объемах, превышающих земной океан – это подарок для энтузиастов поиска внеземной жизни. Если столько воды есть у нас под боком, то ее должно быть не меньше в других звездных системах. Благодаря открытиям, который сделал телескоп Хаббл, мы знаем, что звезда без планет – редкое явление. Почти у каждой есть своя планетная система. Первый во Вселенной элемент – водород, третий по распространенности – кислород. Логично, что их объединение, вода, должна быть очень широко представлена в любой галактике. И действительно, сейчас астрономы находят воду уже не только на планетах, но и в межзвездных облаках и протопланетных дисках. Воды в космосе предостаточно. Поэтому когда мы смотрим на ночное небо, можно утверждать, что практически у каждой звезды есть свой водный мир.