Солнечная жизнь. Восемь миров солнечной системы, на которых мы могли бы найти жизнь

Солнце является единственной звездой в Солнечной системе, вокруг нее совершают свое движение все планеты системы, а также их спутники и другие объекты, вплоть до космической пыли. Если сравнить массу Солнца с массой всей Солнечной системы, то она составит порядка 99,866 процентов.

Солнце является одной из 100 000 000 000 звезд нашей Галактики и по величине стоит среди них на четвертом месте. Ближайшая к Солнцу звезда Проксима Центавра располагается на расстоянии четырех световых лет от Земли. От Солнца до планеты Земля 149,6 млн км, свет от звезды доходит за восемь минут. От центра Млечного пути звезда находится на расстоянии 26 тысяч световых лет, при этом она производит вращение вокруг него со скоростью 1 оборот в 200 миллионов лет.

Презентация: Солнце

По спектральной классификации звезда относится к типу «желтый карлик», по приблизительным расчетам ее возраст составляет чуть более 4,5 миллиардов лет, она находится в середине своего жизненного цикла.

Солнце, состоящее на 92% из водорода и на 7% из гелия, имеет очень сложное строение. В его центре находится ядро с радиусом примерно 150 000-175 000 км, что составляет до 25% от общего радиуса звезды, в его центре температура приближается к 14 000 000 К.

Ядро с большой скоростью производит вращение вокруг оси, причем эта скорость существенно превышает показатели внешних оболочек звезды. Здесь происходит реакция образования гелия из четырех протонов, вследствие чего получается большой объем энергии, проходящий через все слои и излучающийся с фотосферы в виде кинетической энергии и света. Над ядром находится зона лучистого переноса, где температуры находятся в диапазоне 2-7 миллионов К. Затем следует конвективная зона толщиной примерно 200 000 км, где наблюдается уже не переизлучение для переноса энергии, а перемешивание плазмы. На поверхности слоя температура составляет примерно 5800 К.

Атмосфера Солнца состоит из фотосферы, образующей видимую поверхность звезды, хромосферы толщиной порядка 2000 км и короны, последней внешней солнечной оболочки, температура которой находится в диапазоне 1 000 000-20 000 000 К. Из внешней части короны происходит выход ионизированных частиц, называемых солнечным ветром.

Когда Солнце достигнет возраста примерно в 7,5 - 8 миллиардов лет (то есть через 4-5 млрд лет) звезда превратится в «красного гиганта», ее внешние оболочки расширятся и достигнут орбиты Земли, возможно, отодвинув планету на более дальнее расстояние.

Под воздействием высоких температур жизнь в сегодняшнем понимании станет просто невозможна. Заключительный цикл своей жизни Солнце проведет в состоянии «белого карлика».

Солнце - источник жизни на Земле

Солнце самый главный источник тепла и энергии, благодаря которому при содействии других благоприятных факторов на Земле есть жизнь. Наша планета Земля вращается вокруг своей оси, поэтому каждые сутки, находясь на солнечной стороне планеты мы можем наблюдать рассвет и удивительное по красоте явление закат, а ночью, когда часть планеты попадает в теневую сторону, можно наблюдать за звездами на ночном небе.

Солнце оказывает огромное влияние на жизнедеятельность Земли, оно участвует в фотосинтезе, помогает в образовании витамина D в организме человека. Солнечный ветер вызывает геомагнитные бури и именно его проникновение в слои земной атмосферы вызывает такое красивейшее природное явление, как северное сияние, называемое еще полярным. Солнечная активность меняется в сторону уменьшения или усиления примерно раз в 11 лет.

С начала космической эры исследователей интересовало Солнце. Для профессионального наблюдения используются специальные телескопы с двумя зеркалами, разработаны международные программы, но самые точные данные можно получить вне слоев атмосферы Земли, поэтому чаще всего исследования проводятся со спутников, космических кораблей. Первые такие исследования были проведены еще в 1957 году в нескольких спектральных диапазонах.

Сегодня на орбиты выводятся спутники, представляющие собой обсерватории в миниатюре, позволяющие получить очень интересные материалы для изучения звезды. Еще в годы первого освоения космоса человеком были разработаны и запущены несколько космических аппаратов, направленных на изучение Солнца. Первыми из них была серия американских спутников, запуск которых стартовал в 1962 году. В 1976 году запущен западногерманский аппарат Гелиос-2, который впервые в истории приблизился к светилу на минимальное расстояние в 0,29 а.е. При этом были зафиксированы появление ядер легкого гелия при вспышках солнца, а также магнитные ударные волны, охватывающие диапазон 100 Гц-2,2 кГц.

Еще один интересный аппарат - солнечный зонд Ulysses, запущенный в 1990 году. Он выведен на околосолнечную орбиту и движется перпендикулярно полосе эклиптики. Через 8 лет после запуска аппарат завершил первый виток вокруг Солнца. Он зарегистрировал спиральную форму магнитного поля светила, а также постоянное его увеличение.

На 2018 год НАСА планирует запуск аппарата Solar Probe+, который приблизится к Солнцу на максимально приближенное расстояние - 6 млн. км (это в 7 раз меньше дистанции, достигнутой Гелиусом-2) и займет круговую орбиту. Для защиты от высочайшей температуры он оснащен щитом из углеродистого волокна.

Вторая по величине луна Юпитера, Европа может на первый взгляд показаться слишком удаленной от Солнца, чтобы стать хорошим кандидатом для жизни. Но у Европы есть два особых момента: много воды - больше, чем на Земле - и некоторое внутреннее отопление, благодаря приливным силам Юпитера. Под поверхностью льда Европа хранит огромный океан жидкой воды, а нагрев ее внутренних частей из-за силы тяжести Юпитера может создать ситуацию, сильно напоминающую живительные гидротермальные источники на дне земных океанов. Вряд ли жизнь на Европе будет похожей на ту, что мы имеем на поверхности Земли, но жизнь, которая может выживать, воспроизводиться и эволюционировать, все равно будет жизнью, как ее ни назови.

Одна из самых интригующих - и наименее ресурсоемких - идей поиска жизни в океане Энцелада состоит в запуске зонда через извержение гейзера, сборе образцов и анализе их на предмет органических веществ

Энцелад

Ледяной спутник Сатурна меньше Европы, и на нем меньше воды, но зато под его поверхностью имеется уникальный жидкий океан (под километровой толщей льда). И он извергает гигантские шлейфы воды в космос. Эти гейзеры и дали нам понять, что там есть жидкая вода, и в сочетании с другими элементами и молекулами, необходимыми для жизни, такими как метан, аммиак и углекислый газ, под океанами этого мира вполне могла бы оказаться жизнь. Европа теплее, у нее больше воды, а значит - как мы думаем - больше шансов. Но не стоит списывать Энцелад со счетов, потому что у него тоньше ледяная поверхность и извержения куда зрелищнее. Следовательно, мы сможем найти жизнь при помощи орбитальной миссии, и нам не придется даже бурить поверхность.

Иссохшие реки сигнализируют о богатом водой Марсе в прошлом

Марс

Когда-то Красная планета была очень и очень похожа на Землю. В первый миллиард лет жизни Солнечной системы вода свободно текла по марсианской поверхности, вырезая на ней реки, накапливаясь в озерах и океанах, оставляя подсказки, которые помогают нам сегодня. Особенности, которые ассоциируются с водным прошлым, вроде шариков гематита (который, кстати, часто связывают с жизнью на Земле), весьма распространены. Кроме того, марсоход «Кьюриосити» нашел активный подземный и переменный источник метана, который может указывать на сохранившуюся сегодня жизнь. Сегодня, как нам известно, жидкая вода все еще присутствует на поверхности Марса, хотя и в очень соленом виде. Но есть ли на Марсе жизнь? Была ли вообще? Это нам еще предстоит разузнать.

Поверхность Титана под облаками содержала метановые озера, реки и водопады. Как насчет жизни?

Титан

Энцелад мог бы стать наиболее вероятным пристанищем жизни в системе Сатурна, если бы мы не допускали, что она может неземного типа. Возможно, жизнь отличается от биологических систем, к которым мы привыкли на Земле? С атмосферой, которая плотнее, чем на нашей планете, вторая по величине луна в нашей Солнечной системе - Титан - хранит жидкий метан на поверхности: океаны, реки и даже водопады. Смогла бы жизнь использовать метан на другой планете так же, как использует воду на Земле? Если ответ «да», то на Титане сегодня могли бы жить организмы.

Поверхность Венеры, снятая единственным космическим аппаратом, который успешно приземлился и передал данные с этого мира

Венера

Венера - это сущий ад. Температура на поверхности близится к 482 градусам, так что никакой аппарат не смог пережить больше нескольких часов, приземлившись на эту раскаленную планету. Однако раскаленная она не из-за поверхности, а из-за плотной и богатой диоксидом углерода атмосферы, укрытой при этом теплыми одеялами из серной кислоты. Поверхность Венеры, очевидно, совершенно непригодна для жизни, но жить можно не только на поверхности. Если подняться на высоту 100 километров, в верхних слоях облаков Венеры окружающая среда на удивление похожа на земную: те же температуры, давление, меньше кислотность. Вполне может быть, что, имея собственную уникальную химическую историю, эта среда заполнена жизнью на основе углерода.

Космический аппарат «Вояджер-2» сделал это цветное фото луны Нептуна Тритон 24 августа 1989 года с расстояния в 550 000 километров. Этот снимок был составлен из изображений, пропущенных через зеленый, фиолетовый и ультрафиолетовый фильтры

Тритон

Вы наверняка почти ничего не слышали о крупнейшем спутнике Нептуна, но он самый удивительный и уникальный среди всех миров Солнечной системы. На нем «курятся» черные вулканы, он вращается совершенно неправильно и появился из пояса Койпера. Будучи крупнее и массивнее Плутона и Эриды, он когда-то был королем всех объектов пояса Койпера, и теперь, находясь на орбите последней планеты в нашей Солнечной системе, он демонстрирует наличие множества важных для жизни материалов, включая азот, кислород, замороженную воду и метановые льды. Может ли какая-нибудь форма примитивной жизни существовать в этих энергетических дебрях? Вполне!

Эта карта мира показывает поверхность Цереры в насыщенных цветах, охватывая инфракрасные длины волн, выходящие за пределы видимого диапазона человека

Церера

Может показаться странной сама возможность существования жизни на этом астероиде. Но когда астероиды падают на Землю, мы находим не только 20 аминокислот, необходимых для жизни, но и 100 других: кирпичики жизни повсюду. Может ли самый большой астероид из всех этих, демонстрирующий белые солевые отложения на дне своих ярких кратеров, на самом деле похвастать жизнью? Хотя ответом будет «наверное, нет», не стоит забывать, что именно столкновения между астероидами и объектами пояса Койпера занесли сырье для примитивной жизни, которая появилась на Земле. Хотя сегодня мы допускаем, что активная биология могла появиться еще до формирования Земли. Если это так, сигнатуры жизни могли бы оказаться запертыми в мирах вроде Цереры, которая считается лучшим кандидатом для поиска жизни. Нужно только взглянуть поближе.

Атмосфера Плутона, заснятая «Новыми горизонтами»

Плутон

Кто мог ожидать, что самая далекая от нас планета нашей системы - температура на которой близка к абсолютному нулю - станет кандидатом на пристанище жизни? И все же у Плутона есть атмосфера и крайне любопытные особенности поверхности. У него есть льды, как у Тритона, и нечто, напоминающее земную атмосферу и океан. Как насчет жизни? «Новые горизонты» обеспечили нас массой информации, но чтобы убедиться наверняка, нам нужно спланировать миссию к Плутону, которая опустится на его поверхность.

Мы всегда думали, что одиноки как в Солнечной системе, так и в невообразимой Вселенной, и тем не менее это лишь побочный эффект поиска таких же, как мы, такой же жизни. Если мы пойдем и исследуем все возможные места для жизни, мы не только можем найти знакомую жизнь, но и незнакомую. Вероятность есть, и она не нулевая. Всякий раз, когда мы чувствовали себя безнадежно одинокими, у Вселенной находился невероятный способ приободрить нас.

Но вместо погасших, погибших звезд вспыхивают новые... Материю нельзя уничтожить, она из одного вида переходит в другой. Но от этих общих и, наверное, правильных рассуждений нам, людям Земли, необходимо перейти к рассуждениям о неминуемой гибели Солнца, а значит, и Земли.

По современным представлениям, продолжительность "жизни" таких звезд, как наше Солнце, составляет 10-12 миллиардов лет. Считается, что половину этого срока Солнце уже "отработало", а значит, половина водородного топлива уже сожжена в его недрах. Как видим, правильно говорится, что всё на свете когда-то кончается. Если говорить серьёзно о конце света, т.е. о конце жизни на Земле, то это может случиться значительно раньше того момента, когда окончательно погаснет наше Солнце или (на стадии гибели) оно увеличит свои размеры настолько, что орбита Земли станет меньше, чем диаметр Солнца со всеми вытекающими отсюда последствиями, Причин для этого более чем достаточно. Итак, сегодня мы познакомимся с гипотезами о том, как будет погибать наше Солнце.

Современная наука считает, что Солнце может существовать ещё 5-6 миллиардов лет, причем в течение сотен миллионов лет останется стабильным, каким оно выглядит в настоящее время. Но изменения, конечно, будут происходить и постепенно влиять на Землю и человечество. Предположения о том, какие именно изменения произойдут с нашим Солнцем и чем они могут закончиться, сделаны учеными по результатам наблюдений за подобными звёздами, проходящими различные стадии своего развития. Некоторые гипотезы рождены в последнее время в результате компьютерного моделирования многочисленных вариантов возможного поведения нашего Солнца на том этапе, когда оно постепенно исчерпает запасы своего ядерного топлива.

Наблюдения за звездой, обозначенной астрономами как объект NEG 7027, показали, что она находится на заключительной стадии своего существования. Не все процессы, происходящие на этой "умирающей, агонизирующей" звезде, можно с уверенностью объяснить. Но то, что наблюдается, выглядит следующим образом. Звезда начала пульсировать, в результате чего внешние слои атмосферы звезды рассеиваются и создают вокруг неё оболочку, распространяющуюся на миллионы километров. Если такое будет происходить с нашим Солнцем, то граница его газовой оболочки пройдет намного дальше Плутона (!). Масса звезды в этот период быстро уменьшается. Газ в оболочке звезды состоит в основном из молекул водорода и угарного газа. Присутствуют также и сложные углеводородные молекулы.

Параллельно с формированием наружной оболочки идут процессы и в центральной части звезды: температура поверхности поднимается выше 200000оС, а из ядра звезды идёт радиация огромной мощности, включая ультрафиолетовое излучение, которое ионизирует атомы оболочки и разрушает её молекулы. Эта фаза существования звезды очень коротка, возможно всего около 1000 лет, т.е. просто одно мгновение по галактическим меркам, после чего звезда исчезнет, превратившись в газовое облако. Звезда NEG 7027, наблюдаемая в настоящее время, по-видимому, находится как раз в середине этой фазы окончательной гибели. Вероятно, по такой же схеме пойдут в дальнейшем и процессы на нашем Солнце.

Астрофизики считают, что через 1,1 млрд. лет температура поверхности Солнца и его яркость увеличатся более чем на 10%. Это может вызвать повышение концентрации водяного пара в атмосфере Земли, к возникновению такого стремительного парникового эффекта, к которому человечество и животный мир просто не успеют и не смогут приспособиться. Наша планета при таком развитии событий станет очень похожей на Венеру.

Поскольку при старении Солнца возрастает интенсивность ультрафиолетового излучения, это приведёт к увеличению содержания озона в земной атмосфере. Известно, чем это может грозить человечеству и животному миру.

Усиление яркости Солнца приведёт к таянию льдов в полярных районах Земли и повышению уровня Мирового океана, а увеличение испарения воды вызовет ускорение круговорота воды. Усилятся ветры, возрастёт эрозия почвы. Расчёты учёных показывают, что вследствие указанных процессов содержание углекислого газа в атмосфере Земли снизится через 900 млн. лет настолько, что растительный мир может погибнуть или дегенерировать в такой степени, что будет мало пригодным для питания человека и животных, а это уже создаст, возможно, непреодолимые трудности для земной цивилизации. Пройдет еще несколько миллиардов лет, и ультрафиолетовое излучение постепенно разрушит стратосферу и испарит океаны. Земля превратится в голую безмолвную пустыню, а над нею всё так же будет светить Солнце, раскаляя безжизненную поверхность, на которой когда-то процветала жизнь , рожденная этим же Солнцем.

Что же дальше будет происходить с Солнцем? Известно, что источником энергии звезды являются процессы термоядерного синтеза, проходящего в ядре звезды. Когда заканчивается водородное топливо, ядро сильно сжимается. Согласно теории, после сжатия ядра у звёзд солнечного типа происходит расширение внешних слоев в две стадии. Первая стадия происходит тогда, когда ядро сжимается и температура его становится более высокой, чем в стабильный период. Повышение температуры ядра обеспечивает синтез гелия, и при этом восстанавливается стабильность на некоторое время. Звёздное ядро становится менее сжатым, а внешние слои становятся менее широкими.

Запасы гелиевого топлива быстро расходуются звездой, и после их полного израсходования ядро снова сжимается, а внешние слои повторно расширяются. Звезда становится супергигантом со светимостью значительно более высокой, чем у исходной звезды.

Одна из гипотез предполагает способность Земли путем саморегуляции поддерживать параметры среды на своей поверхности достаточно длительный срок и в условиях повышенной яркости Солнца. Но при ближайшем рассмотрении эта гипотеза вряд ли окажется состоятельной. В самом деле, какими свойствами нужно обладать живой материи, чтобы существовать в условиях, когда светимость Солнца будет в несколько тысяч раз больше, чем в наше время? А именно такой максимум светимости предполагается у Солнца примерно через 7,5 миллиардов лет. Расчеты астрофизиков показывают, что на последних стадиях развития Солнце в большом количестве потеряет свою массу и его радиус возрастет до 168 млн. км., что намного превышает расстояние 150 млн. км., на котором находится орбита Земли в настоящее время. Орбиты планет Меркурий, Венера и Земля в этих условиях изменятся, и планеты, двигаясь по спирали, упадут на Солнце и будут уничтожены. Произойдет это, как уже было сказано, через 7,5 миллиарда лет.

В порядке утешения, некоторые учёные сообщают, что новые расчёты показывают, что с Землёй это случится примерно на 200 млн. лет позже, чем с Меркурием и Венерой. Но в конце концов поверхность Земли нагреется до такой степени, что жизнь на ней станет невозможной.

Новые расчёты показывают такое развитие событий:

Солнце теряет свою массу, его гравитация уменьшается. Вследствие этого орбита Венеры увеличится от 108 до 134 млн. км., но это не спасёт Венеру. Траектория её движения будет быстро искажаться из-за близости Солнца, и Венера упадёт в центр Солнца и рассеется по диску звезды.

Орбита Земли будет медленно увеличиваться и по мере ослабления гравитации Солнца, превратившегося в красного гиганта, Земля выйдет за пределы его внешней атмосферы. Расстояние от Солнца до Земли увеличится до 185 млн. км. Это спасёт её от падения на Солнце. Но Земля к этому моменту будет выглядеть как Меркурий, т.е. она будет представлять собой выжженную, рубцеватую глыбу с сухим дном бывших океанов. Небо Земли на 70% будет занимать красное Солнце, т.к. орбита Земли будет отстоять от поверхности Солнца на расстоянии, не превышающем 1/10 солнечного радиуса.

Избежит падения на Солнце и Марс, который будет двигаться по расширившейся орбите. Далее по расширенным орбитам будут вращаться Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Вещество, выделенное Солнцем во время его гибели, образует так называемую планетарную туманность, плотность которой будет ничтожной. Поэтому влияния на планеты, оставшиеся на своих новых орбитах, эта туманность не окажет.

Все эти процессы произойдут в очень далёком будущем, Человечество или то, во что оно в течение невообразимо огромного отрезка времени трансформируется, давно покинет планету или вымрет. Вероятно, в дальнейшем наша планетная система будет лишена жизни. Но нельзя исключать и того, что эволюция приведёт к появлению новых, нечеловеческих форм разумной жизни после ухода или изменения нашего вида. Научные гипотезы в данном случае вполне могут соединиться с фантазией, границ которой не существует.

Что такое жизнь? Есть сотни описаний понятия жизни, суть - наличие обмена веществ, рост, размножение, адаптация и прочее. На Земле она есть практически во всех местах, начиная от радиоактивных штолен, заканчивая глубоководными вулканами. Основу жизни у нас составляют белки и нуклеиновые кислоты (упрощенно), поэтому в своих поисках мы будем искать похожие условия и известные нам признаки наличия жизни.

Если рассматривать ближайшие планеты к , и , то вряд-ли там будет существовать белковая жизнь. Пока мы рассматриваем только её т.к. других форм не знаем. Меркурий нагретый более чем на 500 градусов и лишенный атмосферы отпадает сразу. Венера, после того как ее исследовали наши советские зонды тоже предстала нам в виде небольшого ада. Чудовищный парниковый эффект, давление атмосферы в 90 раз выше нашего, температура больше, чем на Меркурии (550-590С) и пары серной кислоты в атмосфере из углекислого газа.

Марс