Slunečný život. Osm světů ve sluneční soustavě, kde bychom mohli najít život

Slunce je jedinou hvězdou ve Sluneční soustavě, pohybují se kolem ní všechny planety soustavy, stejně jako jejich satelity a další objekty, včetně kosmického prachu. Porovnáme-li hmotnost Slunce s hmotností celku Sluneční Soustava, pak to bude asi 99,866 procenta.

Slunce je jednou ze 100 000 000 000 hvězd v naší Galaxii a je mezi nimi čtvrtá největší. Hvězda nejbližší Slunci, Proxima Centauri, se nachází čtyři světelné roky od Země. Vzdálenost od Slunce k planetě Zemi je 149,6 milionů km, které světlo z hvězdy dosáhne za osm minut. Hvězda se nachází ve vzdálenosti 26 tisíc světelných let od středu Mléčné dráhy, přičemž kolem ní rotuje rychlostí 1 otáčky každých 200 milionů let.

Prezentace: Ne

Podle spektrální klasifikace je hvězda typu „žlutý trpaslík“ podle hrubých výpočtů její stáří je něco málo přes 4,5 miliardy let, je uprostřed životního cyklu.

Slunce, které se skládá z 92 % vodíku a 7 % helia, má velmi složitou strukturu. V jejím středu se nachází jádro o poloměru přibližně 150 000-175 000 km, což je až 25 % celkového poloměru hvězdy v jejím středu se teplota blíží 14 000 000 K;

Jádro se otáčí kolem své osy vysokou rychlostí a tato rychlost výrazně převyšuje vnější obaly hvězdy. Zde dochází k reakci tvorby helia ze čtyř protonů, jejímž výsledkem je velké množství energie procházející všemi vrstvami a emitované z fotosféry ve formě kinetické energie a světla. Nad jádrem se nachází zóna radiačního přenosu, kde se teploty pohybují v rozmezí 2-7 milionů K. Následuje konvektivní zóna o tloušťce přibližně 200 000 km, kde již nedochází k opětovnému záření pro přenos energie, ale plazmě míchání. Teplota na povrchu vrstvy je přibližně 5800 K.

Atmosféru Slunce tvoří fotosféra, která tvoří viditelný povrch hvězdy, chromosféra o tloušťce asi 2000 km a koróna, poslední vnější slupka, jejíž teplota se pohybuje v rozmezí 1 000 000-20 000 000 K. Z vnější části koróny vycházejí ionizované částice zvané sluneční vítr.

Když Slunce dosáhne stáří přibližně 7,5 – 8 miliard let (tj. za 4 – 5 miliard let), hvězda se promění v „červeného obra“, její vnější obaly se rozšíří a dosáhnou oběžnou dráhu Země a možná zatlačí planeta dále.

Pod vlivem vysokých teplot se život, jak jej dnes chápeme, prostě stane nemožným. Slunce stráví poslední cyklus svého života ve stavu „bílého trpaslíka“.

Slunce je zdrojem života na Zemi

Slunce je nejdůležitějším zdrojem tepla a energie, díky kterému za asistence dalších příznivých faktorů existuje na Zemi život. Naše planeta Země se otáčí kolem své osy, takže každý den, když jsme na slunečné straně planety, můžeme pozorovat svítání a úžasně krásný úkaz západu slunce a v noci, když část planety spadne do stínu, můžeme může sledovat hvězdy na noční obloze.

Slunce má obrovský vliv na život na Zemi, podílí se na fotosyntéze a pomáhá při tvorbě vitamínu D v lidském těle. Sluneční vítr způsobuje geomagnetické bouře a je to právě jeho pronikání do vrstev zemské atmosféry, které způsobuje takovou krásu přírodní jev, stejně jako polární záře, nazývaná také polární světla. Sluneční aktivita se mění směrem k poklesu nebo zvýšení přibližně každých 11 let.

Nejprve vesmírný věk výzkumníci se zajímali o Slunce. Pro profesionální pozorování se používají speciální dalekohledy se dvěma zrcadly, byly vyvinuty mezinárodní programy, ale nejpřesnější data lze získat mimo vrstvy zemské atmosféry, takže výzkum se nejčastěji provádí z družic, kosmické lodě. První takové studie byly provedeny již v roce 1957 v několika spektrálních rozsazích.

Dnes jsou na oběžnou dráhu vypouštěny satelity, což jsou observatoře v miniaturách, díky čemuž je možné získat velmi zajímavé materiály pro studium hvězdy. Dokonce i během let prvního lidského průzkumu vesmíru bylo vyvinuto a vypuštěno několik kosmických lodí zaměřených na studium Slunce. První z nich byla série amerických satelitů, vypuštěných v roce 1962. V roce 1976 odstartovala západoněmecká sonda Helios-2, která se poprvé v historii přiblížila ke hvězdě na minimální vzdálenost 0,29 AU. Současně byl zaznamenán výskyt lehkých jader helia během slunečních erupcí a také magnetické rázové vlny pokrývající rozsah 100 Hz-2,2 kHz.

Dalším zajímavým zařízením je sluneční sonda Ulysses, vypuštěná v roce 1990. Je vypuštěna na téměř sluneční dráhu a pohybuje se kolmo k pásu ekliptiky. 8 let po startu zařízení dokončilo svůj první oběh kolem Slunce. Zaregistroval spirálovitý tvar magnetické pole svítivost, stejně jako jeho neustálý nárůst.

V roce 2018 plánuje NASA vypustit aparaturu Solar Probe+, která se přiblíží ke Slunci na nejbližší možnou vzdálenost – 6 milionů km (to je 7krát méně než vzdálenost, kterou dosáhl Helius-2) a bude zaujímat kruhovou dráhu. Pro ochranu před extrémními teplotami je vybavena štítem z uhlíkových vláken.

Druhý největší měsíc Jupiteru, Europa, se může na první pohled zdát příliš daleko od Slunce, aby byl dobrým kandidátem na život. Evropa má ale dvě zvláštnosti: hodně vody – více než na Zemi – a určité vnitřní zahřívání díky slapovým silám Jupiteru. Europa pod svým ledovým povrchem uchovává obrovský oceán kapalné vody a zahřívání jejího nitra vlivem gravitace Jupitera by mohlo vytvořit situaci silně připomínající životodárné hydrotermální průduchy na dně pozemských oceánů. Je nepravděpodobné, že život na Europě bude podobný tomu, co máme na povrchu Země, ale život, který může přežít, rozmnožovat se a vyvíjet, bude stále životem, ať už to nazvete jakkoli.

Jedním z nejzajímavějších - a nejméně náročných - nápadů pro hledání života v oceánu Enceladus je vypustit sondu skrz erupci gejzíru, sbírat vzorky a analyzovat je pro důkazy. organická hmota

Enceladus

Ledový satelit Saturn je menší než Evropa a je na něm méně vody, ale pod jeho povrchem se nachází unikátní tekutý oceán (pod kilometr silnou vrstvou ledu). A do vesmíru chrlí obří oblaky vody. Tyto gejzíry nám dávají vědět, že je tam kapalná voda, a když se spojí s dalšími prvky a molekulami nezbytnými pro život, jako je metan, čpavek a oxid uhličitý, mohl by pod oceány tohoto světa klidně existovat život. Evropa je teplejší, má více vody, což znamená – myslíme si – více šancí. Enceladus ale neodepisujte, protože jeho ledový povrch je tenčí a jeho erupce jsou mnohem efektnější. S orbitální misí tedy budeme moci najít život a nebudeme muset ani vrtat do povrchu.

Suché řeky v minulosti signalizovaly Mars bohatý na vodu

Mars

Kdysi byla Rudá planeta velmi, velmi podobná Zemi. Během první miliardy let života Sluneční soustavy voda volně proudila po povrchu Marsu, vyřezávala řeky a hromadila se v jezerech a oceánech a zanechávala stopy, které nám pomáhají i dnes. Prvky spojené s vodní minulostí, jako jsou kuličky hematitu (které jsou mimochodem často spojovány s životem na Zemi), jsou docela běžné. Rover Curiosity navíc našel aktivní podzemní a proměnlivý zdroj metanu, což může naznačovat život přežívající dnes. Dnes víme, že kapalná voda je na povrchu Marsu stále přítomna, i když ve velmi slané formě. Ale existuje na Marsu život? Bylo to tam vůbec? Ještě to musíme zjistit.

Povrch Titanu pod mraky obsahoval metanová jezera, řeky a vodopády. A co život?

Titan

Enceladus by mohl být nejpravděpodobnějším domovem pro život v systému Saturn, pokud bychom nepředpokládali, že by mohl být mimozemského typu. Možná je život jiný biologické systémy, na který jsme na Zemi zvyklí? S atmosférou, která je hustší než naše planeta, druhý největší měsíc naší sluneční soustavy – Titan – ukládá na svém povrchu tekutý metan: oceány, řeky a dokonce i vodopády. Mohl by život využívat metan na jiné planetě stejným způsobem, jakým využívá vodu na Zemi? Pokud je odpověď ano, pak by dnes na Titanu mohly žít organismy.

Povrch Venuše zachycený jedinou kosmickou lodí, která úspěšně přistála a přenesla data z tohoto světa

Venuše

Venuše je živé peklo. Teplota na povrchu se blíží 482 stupňům, takže žádné zařízení nemohlo přežít déle než pár hodin po přistání na této horké planetě. Horko však není kvůli povrchu, ale kvůli husté atmosféře bohaté na oxid uhličitý, pokryté teplými přikrývkami kyseliny sírové. Povrch Venuše je zjevně zcela nevhodný pro život, ale život není možný pouze na povrchu. Pokud vystoupáte do výšky 100 kilometrů, v horních vrstvách mraků Venuše životní prostředí překvapivě podobný pozemskému: stejné teploty, tlak, méně kyselosti. Je možné, že toto prostředí s vlastní jedinečnou chemickou historií je plné života na bázi uhlíku.

Kosmická loď Voyager 2 to dokázal barevná fotografie Neptunův měsíc Triton 24. srpna 1989 ze vzdálenosti 550 000 kilometrů. Tento snímek se skládal ze snímků prošlých zeleným, fialovým a ultrafialovým filtrem

Triton

Pravděpodobně jste neslyšeli téměř nic o největším měsíci Neptunu, ale je to nejúžasnější a nejunikátnější ze všech světů ve sluneční soustavě. Na něm „kouří“ černé sopky, otáčí se zcela nesprávně a objevil se z Kuiperova pásu. Větší a hmotnější než Pluto a Eris, byl kdysi králem všech objektů Kuiperova pásu a nyní, když obíhá poslední planetu v naší sluneční soustavě, vykazuje přítomnost mnoha materiálů důležitých pro život, včetně dusíku, kyslíku a zmrzlé vody. a metanu. Mohla by v těchto energetických divočinách existovat nějaká forma primitivního života? Docela!

Tato mapa světa ukazuje povrch Ceres v bohatých barvách, pokrývající infračervené vlnové délky mimo viditelný rozsah člověka

Ceres

Samotná možnost existence života na tomto asteroidu se může zdát zvláštní. Ale když asteroidy dopadnou na Zemi, najdeme nejen 20 aminokyselin nezbytných pro život, ale také 100 dalších: stavební kameny života jsou všude. Mohl by se největší asteroid ze všech, vykazující na dně svých jasných kráterů ložiska bílé soli, skutečně pyšnit životem? I když odpověď zní „pravděpodobně ne“, stojí za to připomenout, že to byly srážky mezi asteroidy a objekty Kuiperova pásu, které poskytly surovinu pro vznik primitivního života na Zemi. I když dnes připouštíme, že aktivní biologie se mohla objevit ještě před vznikem Země. Pokud ano, podpisy života by mohly být uzamčeny na světech, jako je Ceres, která je považována za hlavního kandidáta na hledání života. Stačí se podívat blíže.

Atmosféra Pluta zachycená New Horizons

Pluto

Kdo by čekal, že nejvzdálenější planeta od nás v naší soustavě – jejíž teplota se blíží absolutní nule – se stane kandidátem na život? Přesto má Pluto atmosféru a mimořádně zvláštní povrchové rysy. Má led jako Triton a něco, co připomíná zemskou atmosféru a oceán. A co život? New Horizons nám poskytla spoustu informací, ale pro jistotu musíme naplánovat misi k Plutu, která přistane na jeho povrchu.

Vždy jsme si mysleli, že jsme sami jak ve sluneční soustavě, tak v nepředstavitelném vesmíru, a přesto je to jediné vedlejším účinkem hledání lidí jako jsme my, stejný život. Pokud se vydáme ven a prozkoumáme všechna možná místa k životu, můžeme najít nejen známý život, ale i život neznámý. Existuje možnost a není nulová. Kdykoli jsme se cítili beznadějně sami, Vesmír nás neuvěřitelně rozveselil.

Jenže místo zaniklých, mrtvých hvězd vzplanou nové... Hmota se nedá zničit, přechází z jednoho typu do druhého. Ale od těchto obecných a pravděpodobně správných úvah musíme my, lidé na Zemi, přejít k úvahám o nevyhnutelné smrti Slunce, potažmo Země.

Podle moderní nápady, „život“ hvězd, jako je naše Slunce, je 10-12 miliard let. Předpokládá se, že Slunce již polovinu tohoto období „odpracovalo“, což znamená, že polovina vodíkového paliva již byla spálena v jeho hlubinách. Jak vidíte, správně se říká, že všechno na světě jednou končí. Mluvíme-li vážně o konci světa, tzn. o konci života na Zemi, pak k tomu může dojít mnohem dříve, než v okamžiku, kdy naše Slunce konečně zhasne nebo (ve fázi smrti) zvětší svou velikost natolik, že se oběžná dráha Země stane menší než průměr Slunce s všechny z toho plynoucí důvody více než dost. Dnes se tedy seznámíme s hypotézami o tom, jak zemře naše Slunce.

Moderní věda věří, že Slunce může existovat dalších 5-6 miliard let a po stovky milionů let zůstane stabilní, jak se v současnosti zdá. Ale změny samozřejmě nastanou a postupně ovlivní Zemi a lidstvo. Předpoklady o tom, jaké přesně změny nastanou u našeho Slunce a jak mohou skončit, učinili vědci na základě výsledků pozorování podobných hvězd procházejících různými fázemi svého vývoje. Některé hypotézy se zrodily v poslední době jako výsledek počítačového modelování četných možností možného chování našeho Slunce ve fázi, kdy postupně vyčerpá zásoby jaderného paliva.

Pozorování hvězdy, kterou astronomové označili jako objekt NEG 7027, ukázala, že je v závěrečné fázi své existence. Ne všechny procesy probíhající na této „umírající, trýznivé“ hvězdě lze s jistotou vysvětlit. Ale to, co je pozorováno, je následující. Hvězda začala pulsovat, což způsobilo, že se vnější vrstvy atmosféry hvězdy rozptýlily a vytvořily kolem ní slupku, která se rozprostírá na miliony kilometrů. Pokud se to stane našemu Slunci, pak hranice jeho plynového obalu půjde mnohem dále než Pluto (!). Hmotnost hvězdy během tohoto období rychle klesá. Plyn v obálce hvězdy se skládá hlavně z molekul vodíku a oxidu uhelnatého. Přítomny jsou také komplexní uhlovodíkové molekuly.

Paralelně s tvorbou vnějšího obalu probíhají procesy i v centrální části hvězdy: povrchová teplota stoupá nad 200 000 °C a záření o obrovské síle vychází z jádra hvězdy, vč. ultrafialová radiace, který ionizuje atomy obalu a ničí jeho molekuly. Tato fáze existence hvězdy je velmi krátká, možná jen asi 1000 let, tzn. podle galaktických měřítek jen okamžik, po kterém hvězda zmizí a změní se v oblak plynu. Aktuálně pozorovaná hvězda NEG 7027 se zdá být přímo uprostřed této konečné fáze smrti. Procesy na našem Slunci se pravděpodobně budou v budoucnu řídit stejným vzorem.

Astrofyzici se domnívají, že za 1,1 miliardy let se teplota povrchu Slunce a jeho jasnost zvýší o více než 10 %. To by mohlo způsobit zvýšení koncentrace vodní páry v zemské atmosféře a vytvořit tak rychlý skleníkový efekt, že lidstvo a zvířecí svět Prostě nebudou mít čas a nebudou se moci přizpůsobit. S tímto vývojem událostí se naše planeta stane velmi podobnou Venuši.

Protože intenzita ultrafialového záření roste se stárnutím Slunce, povede to ke zvýšení obsahu ozonu v zemské atmosféře. Je známo, jak to může ohrozit lidstvo a svět zvířat.

Zvýšení jasu Slunce povede k tání ledu v polárních oblastech Země a zvýšení hladiny Světového oceánu a zvýšení odpařování vody způsobí zrychlení koloběhu vody. Zesílí vítr a zvýší se eroze půdy. Výpočty vědců ukazují, že v důsledku těchto procesů obsah oxid uhličitý v zemské atmosféře se za 900 milionů let sníží natolik, že zeleninový svět může zemřít nebo zdegenerovat do takové míry, že bude málo užitečné pro výživu lidí a zvířat, a to možná způsobí pozemské civilizaci nepřekonatelné potíže. Za dalších několik miliard let ultrafialové záření postupně zničí stratosféru a vypaří oceány. Země se promění v holou, tichou poušť a nad ní bude stále svítit Slunce a zahřívat neživý povrch, na kterém kdysi vzkvétal život zrozený z téhož Slunce.

Co se stane vedle Slunce? Je známo, že zdrojem energie hvězdy jsou procesy termonukleární fúze probíhající v jádru hvězdy. Když dojde vodíkové palivo, jádro se značně smrští. Podle teorie se po stlačení jádra hvězd slunečního typu vnější vrstvy roztahují ve dvou fázích. První fáze nastává, když se jádro smršťuje a jeho teplota je vyšší než ve stabilním období. Zvýšení teploty jádra zajistí syntézu hélia a zároveň se na nějakou dobu obnoví stabilita. Hvězdné jádro se méně stlačí a vnější vrstvy se zmenší.

Zásoby héliového paliva hvězdy jsou rychle spotřebovány a po jejich úplném vyčerpání se jádro opět smrští a vnější vrstvy se znovu rozšíří. Hvězda se stává veleobrem se svítivostí výrazně vyšší, než má původní hvězda.

Jedna z hypotéz předpokládá schopnost Země samoregulací udržet parametry prostředí na svém povrchu po dostatečně dlouhou dobu a za podmínek zvýšené jasnosti Slunce. Ale při bližším zkoumání je nepravděpodobné, že se tato hypotéza ukáže jako udržitelná. Jaké vlastnosti vlastně musí mít živá hmota, aby mohla existovat v podmínkách, kdy svítivost Slunce bude několik tisíckrát větší než v naší době? Totiž, tato maximální svítivost se u Slunce očekává asi za 7,5 miliardy let. Výpočty astrofyziků ukazují, že v posledních fázích vývoje Slunce velké množství ztratí svou hmotnost a její poloměr se zvětší na 168 milionů km, což je mnohem více než vzdálenost 150 milionů km, na které se v současnosti nachází oběžná dráha Země. Dráhy planet Merkur, Venuše a Země se za těchto podmínek změní a planety pohybující se po spirále padnou do Slunce a budou zničeny. Stane se tak, jak již bylo zmíněno, za 7,5 miliardy let.

Jako útěchu někteří vědci uvádějí, že nové výpočty ukazují, že k tomu dojde na Zemi asi o 200 milionů let později než na Merkuru a Venuši. Nakonec se ale povrch Země zahřeje do takové míry, že život na něm nebude možný.

Nové výpočty ukazují následující vývoj událostí:

Slunce ztrácí svou hmotnost, jeho gravitace klesá. V důsledku toho se dráha Venuše zvýší ze 108 na 134 milionů km, ale to Venuši nezachrání. Trajektorie jejího pohybu se díky blízkosti Slunce rychle zkreslí a Venuše spadne do středu Slunce a rozptýlí se po disku hvězdy.

Oběžná dráha Země se bude pomalu zvyšovat a jak gravitace Slunce slábne a mění se v červeného obra, Země se bude pohybovat za svou vnější atmosféru. Vzdálenost od Slunce k Zemi se zvýší na 185 milionů km. To ji zachrání před pádem do Slunce. Ale v tuto chvíli bude Země vypadat jako Merkur, tzn. bude to spálený, zjizvený blok se suchým dnem bývalých oceánů. 70 % zemské oblohy bude zabírat červené Slunce, protože... Dráha Země bude oddělena od povrchu Slunce ve vzdálenosti nepřesahující 1/10 slunečního poloměru.

Vyhne se pádu na Slunce a Mars, které se budou pohybovat po rozšířené oběžné dráze. Dále Jupiter, Saturn, Uran, Neptun a Pluto budou rotovat po rozšířených drahách. Hmota uvolněná Sluncem při své smrti tvoří tzv. planetární mlhovinu, jejíž hustota bude zanedbatelná. Tato mlhovina tedy nebude mít dopad na planety, které zůstanou na svých nových drahách.

Všechny tyto procesy nastanou ve velmi vzdálené budoucnosti, lidstvo, nebo to, v co se přeměňuje v nepředstavitelně obrovském časovém období, už dávno opustí planetu nebo vymře. Je pravděpodobné, že v budoucnu bude náš planetární systém bez života. Ale nelze vyloučit, že evoluce povede po odchodu nebo změně našeho druhu ke vzniku nových, nelidských forem inteligentního života. Vědecké hypotézy lze v tomto případě dobře kombinovat s fantazií, jejíž hranice neexistují.

Co je život? Existují stovky popisů pojmu život, podstatou je přítomnost metabolismu, růstu, rozmnožování, adaptace atp. Na Zemi se vyskytuje téměř na všech místech, od radioaktivních štol až po hlubokomořské sopky. Základem našeho života jsou bílkoviny a nukleové kyseliny(zjednodušeně), takže při našich pátráních budeme hledat podobné podmínky a známky nám známé přítomnosti života.

Pokud vezmeme v úvahu planety nejbližší k , a , pak je nepravděpodobné, že tam bude existovat proteinový život. Zatím to zvažujeme jen proto Jiné formy neznáme. Rtuť zahřátá o více než 500 stupňů a bez atmosféry okamžitě zmizí. Venuše se nám po prozkoumání našimi sovětskými sondami zjevila také v podobě malého pekla. Obrovský skleníkový efekt, atmosférický tlak 90krát vyšší než ten náš, teplota vyšší než na Merkuru (550-590C) a páry kyseliny sírové v atmosféře oxidu uhličitého.

Mars