Наука и техника

10 окт 2018

Гипотеза уникальной Земли

Гипотеза уникальной Земли — предложенный ответ на парадокс Ферми, который объясняет, почему появление такой планеты, как Земля, следует считать очень маловероятным. Вместе с допущением о необходимой предпосылке появления высокоразвитых форм жизни — наличии планеты земного типа, это бы поясняло отсутствие признаков существования внеземных цивилизаций.

Гипотеза уникальной Земли была впервые детально изложена в книге «Уникальная Земля: Почему высокоразвитая жизнь не является распространённым явлением во Вселенной» (англ. Rare Earth: Why Complex Life Is Uncommon in the Universe), написанной палеонтологом Питером Уордом (англ. Peter Ward) и астрономом Дональдом Браунли (англ. Donald Brownlee)[1]. Уорд и Браунли воспользовались расширенным уравнением Дрейка для доказательства того, что существование планеты с земными характеристиками во Вселенной следует считать невероятно редким явлением.

Условия:

Звезда
Создать планету земного типа и довести её до правильного состояния через 4,5 миллиардов лет — сложная задача. Во-первых, она должна образоваться около богатой металлами звезды (в астрофизике металлами называют все химические элементы тяжелее гелия[2]). Бедные металлами звёзды не способны создать что-либо, кроме газовых гигантов: на создание планет земного типа в газовой туманности просто-напросто не хватит материала. Таким образом исключается внешняя часть Галактики. С другой стороны, если звезда содержит слишком много металлов, планеты будут слишком тяжёлыми, будут накапливать газовые оболочки, которые будет удерживать их огромная гравитация, обусловленная большой массой, и, опять же, станут газовыми гигантами.

Звезда также должна обращаться по круговой орбите около центра галактики: вытянутая орбита приведет к тому, что звезда слишком приблизится к энергетически насыщенному ядру галактики и попадёт под жёсткое радиационное облучение. Образно говоря, звезда должна жить в предместье галактики, но не в центре и не за окраиной.

Получив звезду с правильной металличностью, следует убедиться, что она может иметь пригодные для жизни планеты. Горячая звезда, например, Сириус или Вега, имеют широкую обитаемую зону (область, где температура поверхности планеты будет близка к земной), но существуют две проблемы: во-первых, эта зона слишком удалена от звезды, потому планеты с твёрдым ядром, вероятно, будут формироваться вблизи звезды и за пределами жилой зоны. Это не исключает, однако, возможности зарождения жизни на спутниках газовых гигантов: горячие звёзды излучают достаточно ультрафиолета, который может в достаточной мере ионизировать атмосферу любой планеты. Другая проблема, связанная с горячими звёздами, — это то, что они не живут достаточно долго. Через примерно один миллиард лет (или менее) они становятся красными гигантами, что может не оставить достаточно времени для эволюции высокоразвитой жизни.

Холодные звёзды пребывают не в лучшем положении. Обитаемая зона, пригодная для жизни, будет узкой и будет расположена близко к звезде, существенно уменьшая шансы получить планету в правильном месте. Вблизи холодной звезды солнечные вспышки зальют планету радиацией и ионизируют её атмосферу в не меньшей степени, чем около горячей звезды. Жёсткое рентгеновское излучение также будет более интенсивным.

Таким образом, выясняется, что «правильный» тип звёзд ограничивается промежутком от F7 до K1. Звезды этих типов редки: звезды типа G, такие как Солнце, составляют лишь 5 % звёзд в нашей галактике.

Взаимодействие с другими небесными телами
После того как планета сформировалась в пределах жилой зоны, небесное тело размерами приблизительно как Марс должно с ней столкнуться (согласно Теории гигантского столкновения). Без такого столкновения на планете не образуются тектонические плиты, поскольку континентальная кора покрывает всю планету и не оставляет места для океанической коры. Столкновение также может привести к появлению большого спутника, который стабилизирует ось вращения планеты, и к слиянию ядер планеты и небесного тела, необходимому для формирования сверхмассивного планетного ядра, которое будет генерировать мощную магнитосферу, защищающую поверхность планеты от солнечной радиации. Недавние исследования Эдварда Бельбруно и Ричарда Готта позволяют сделать вывод, что такое небесное тело нужного размера может формироваться в троянских точках системы звезда-планета (L4 или L5), возможно делая это событие более вероятным.

Спутник относительно больших размеров также увеличивает шансы выживания высокоорганизованных организмов, исполняя функции астероидного щита. Шансы столкновения астероида с массивнейшим объектом бинарной системы, такой как Земля и Луна, довольно незначительные. Большинство астероидов будут или полностью отброшены, или поразят менее массивный объект: чтобы попасть в более массивное тело, нужна правильная комбинация скорости и угла падения. Таким образом, планета с большим спутником будет лучше защищена от столкновений (хотя случайные столкновения могут быть необходимыми, поскольку эволюционная теория допускает, что массовое вымирание может ускорить развитие сложных организмов). Также необходимым условием является наличие в звёздной системе большого газового гиганта, такого как Юпитер, благодаря которому «мусор», остающийся на орбите после формирования планет, выбрасывается в образования, подобные поясу Койпера и облаку Оорта.

Частота столкновений и эволюция
Жизнь требует определённого времени для зарождения и достижения определённого уровня организации. Частые столкновения с большими астероидами, вероятно, препятствуют появлению высокоорганизованных организмов. Сама жизнь вряд ли исчезнет, но самые сложные организмы из высших ветвей эволюции весьма уязвимы и легко вымирают вследствие планетарной катастрофы. Эволюционная теория прерывистого равновесия утверждает, что:

- как только экосистема планеты достигает состояния равновесия (с заполненными всеми экологическими нишами), скорость эволюционных изменений резко уменьшается;
- период, на протяжении которого достигается состояние равновесия, относительно короток по сравнению с геологическими процессами.

Считается, что ископаемые остатки демонстрируют, что экологическое равновесие достигалось на Земле несколько раз, впервые после кембрийского взрыва. Несколько катастроф, приведших к массовому вымиранию организмов, возможно, необходимы, чтобы в процессе эволюции возникали радикально новые пути развития, и чтобы жизнь избежала ситуации, когда её развитие бы остановилось на полпути к разумной жизни. Массовое вымирание динозавров, например, позволило млекопитающим занять их экологические ниши, после чего эволюция направилась по новому пути.

Таким образом, очевидно, что необходимы правильные значения сотен параметров планеты и звёздной системы, чтобы высокоорганизованная жизнь стала возможной. Вселенная невероятно велика, она значительно превышает возможности человеческого представления и понимания, поэтому остаётся шанс, что где-то во Вселенной существует планета земного типа с высокоорганизованной жизнью. Тем не менее, возможность того, что такая планета существует достаточно близко от Солнца и что мы можем когда-нибудь её достичь или вступить с её жителями в контакт, практически равна нулю. Это разрешает парадокс Ферми: мы не видим признаков внеземного разума, поскольку вероятность появления ещё одной планеты земного типа, способной поддерживать высокоорганизованную жизнь, даже в масштабе Галактики ничтожно мала.