42(2)

***

Большинство планет в галактике, что звезды орбиты находятся далеко от их звезд. Энергия, которая достигает этих планет, таких как Плутон и другие объекты пояса Койпера в нашей собственной солнечной системе, от их звезд незначительна. Это один из примеров поверхностного шовинизма - традиционно предполагалось, что такие внешние планеты должны были быть мертвыми мирами - никакой тектонической активности, без изменения климата и, конечно, жизни. Тем не менее, важно помнить, что эти планеты многочисленны. Например, в нашей собственной солнечной системе может быть до 100 000 из этих объектов в 114 радиусах последней планеты - Нептуна, и нет никакой причины, чтобы другие системы не имели такого же числа. Таким образом, Плутон вполне может служить хорошей моделью для того, что мы узнаем

Одним из первых сюрпризов в данных, возвращающихся из Плутона, была сложная сложность поверхности планеты. Поскольку температура поверхности составляет всего 40 градусов по Кельвину выше абсолютного нуля (около -230 ° C или -390 ° F), знакомые материалы предполагают незнакомые формы. Мы видим очевидные свидетельства, например, о горах, сделанных из водяного льда, которые стоят около 3 километров (2 мили) над окружающим ландшафтом и, скорее всего, простираются на аналогичную дистанцию ​​под поверхностью. Горы этого высокого уровня могут быть сделаны из водяного льда, а не камня, могут показаться странными, но при этих температурах лед, сделанный из чистой воды, имеет растяжение прочность стали (хотя присутствие растворенных примесей или грануляция может значительно снизить эту прочность). Некоторые из этих гор, похоже, сделаны из блоков, которые образовались, когда толстый ледяной покров распался, что указывает на то, что, не будучи «мертвым», в геологическом отношении в последнее время на поверхности Плутона произошло нечто похожее на тектоническую активность. Что-то должно было переместить этот начальный ледяной щит, чтобы разбить его на блоки, которые мы видим сегодня. Другие головоломки изобилуют. В некоторых регионах явно есть ледники, хотя, вероятно, из азота, с близлежащими высушенными «озерами» ледникового расплава. Эти старые озера, как и большая часть поверхности ледника, не имеют ударных кратеров, что означает, что они молоды, геологически говоря - вероятно, не более 10 миллионов лет.

Тем не менее, самое интересное в Плутоне - это не какая-то конкретная деталь поверхности, а тот факт, что должна существовать сила, действующая для создания всех этих поверхностных объектов - нечто похожее на мантийную конвекцию, которая перемещает континенты вокруг Земли. И независимо от того, что это могло бы быть - темой, на которую мы вернемся в минуту - один из удивительных фактов вытекает из наших расчетов: эта неизвестная сила должна, чтобы создать поверхность, которую мы теперь видим, производит достаточно высокие температуры в Интерьер Плутона позволяет перемещать материалы, такие как ледяные горы, упомянутые выше. Одним из интересных следствий всего этого является то, что температура может быть достаточно высокой, чтобы расплавить большую часть интерьера Плутона. И, как это бывает, большая часть этого интерьера - вода, поэтому наши нынешние теории говорят нам, что Плутон, подобно лунам Юпитера и Сатурна, на самом деле имеет подповерхностный океан. Вода на Плутоне, так далеко от Солнца, кто бы подумал? Но если вы отступите на мгновение и посмотрите на исторический отчет об обнаружении воды в солнечной системе, это имеет своего рода смысл. 

После того, как начался шок, ученые поняли, что существует простой механизм - приливное нагревание, обсуждавшееся ранее, - это может объяснить неожиданную жидкую воду на этих лунах. Как только это было понято, ученые предположили, что подповерхностные океаны будут найдены на лунах больших планет. Но если будет проверено существование неожиданного подземного океана на Плутоне, это приведет к еще одному поразительному выводу. Если у многих других КБО есть также океаны (и, возможно, большие), вполне возможно, что большая часть жидкой воды в солнечной системе находится в ее внешнем течении, а не на обычных планетах. Чтобы поддержать такое необычное предложение, нам нужно было бы определить механизм, ответственный за замораживание подповерхностного океана на Плутоне. Это не может быть приливное отопление - поблизости нет больших планет. Это не может быть энергией от Солнца - это слишком далеко. Вероятно, это не может быть радиоактивность, либо Плутон слишком мал, чтобы упаковать в достаточной радиоактивности для обеспечения необходимой теплоты, и если KBOs имеют тот же состав, что и остальная солнечная система, то же самое верно для них. Так что же это может быть? Короткий ответ заключается в том, что мы не знаем.

Как мы неоднократно подчеркивали, интерес к поиску жидкой воды в галактике связан с понятием, что жидкая вода необходима для эволюции жизни. Это, в конце концов, то, что вызвало предположения о планете Златовласки. И если мы правы думать о том, что Плутон является типичным для планет, на которых мы найдем подповерхностную жидкую воду, то мы должны рассмотреть возможность того, что ледяные планеты могут быть домом для других живых систем в галактике. Поначалу идея жизни, развивающаяся в полной темноте на сотни миль ниже планетарной поверхности, может показаться странной. Но мы знаем, что жизнь существует на Земле далеко под водой - на самом деле, сложные кластеры вокруг глубоководных отверстий, получая свою энергию от химических веществ, выведенных на поверхность тектонической активностью. В этих экосистемах много многоцелевых организмов, что указывает на длительную эволюционную историю. Фактически, как мы увидим в главе 11, можно сделать вывод, что земная жизнь действительно началась в этих глубоководных хребтах и ​​только позже мигрировала на поверхность. Поскольку тектоническая активность, по-видимому, существует или существовала в недавнем прошлом на Плутоне (и, предположительно, на других больших КБО), невозможно представить, что подобные формы жизни могут развиваться в подповерхностных океанах, далеких от тепла звезд. Фактически, так же, как эти ледяные планеты могут удерживать большую часть жидкой воды в галактике, они также могут быть домом большей части его жизни. Эта гипотеза подтверждается красной органической пылью, которую мы видим на поверхности Плутона (хотя термин органический при применении к молекулам просто означает, что в их структуре присутствуют атомы углерода, это не означает, что молекулы происходят из живых систем). Тем не менее, наличие этих молекул указывает на то, что в прошлом на Плутоне происходили сложные химические реакции и, вероятно, продолжаются сегодня. И в конце концов, что такое живая система, но серия сложных химических реакций?

***

KEPLER 186F

Наши модели говорят нам, что карликовые звёзды, вероятно, являются наиболее распространенным типом звезды в Млечном Пути - по некоторым оценкам, они составляют до 85 процентов звездной популяции - и самыми долгоживущими. Таким образом, мы ожидаем, что большинство планет, вращающихся вокруг звезд в галактике, будут найдены на орбите вокруг карликовых звезд. Однако, по мере того как данные с космического корабля Кеплера продолжают анализироваться, новый вид планеты, называемый супер-Землей, кажется, появляется как общий тип. Супер Земли - это планеты, вероятно, скалистые, большинство из которых в два-три раза больше массы Земли, но некоторые из них имеют до 10 раз массу Земли. Вы можете думать, что они находятся где-то между большой землей и мини-Нептуном. У нас нет таких планет, как это в нашей собственной солнечной системе, поэтому, по крайней мере, в этом отношении наша система может быть несколько атипичной. Все это приводит нас к Кеплеру 186f, супер-Земле, кружащему звезду М-типа примерно на расстоянии 490 световых лет от нас, - общий тип планеты на орбите вокруг обычного типа звезды. Но это была не обычная природа Кеплера 186f, вызвавшая волнение в научном сообществе, когда его открытие было объявлено в 2014 году. Вместо этого именно тот факт, что Кеплер 186f был первой планетой, найденной в категории, называемой планетами Златовласки. Как мы объясняли, биологические науки трудятся по тому, что мы называем проклятием одного примера. Мы знаем только об одном типе жизни: жизни, подобной нашей. Он основан на углеродной химии больших молекул, взаимодействующих в воде. На Земле это означает, что жизнь возникла и процветала в океанах, а это, в свою очередь, означает, что температура поверхности нашей планеты должна была оставаться между температурами замерзания и кипения воды в течение миллиардов лет.  

Для поддержания температуры поверхности в этом диапазоне требуется деликатный баланс. С одной стороны, звезды становятся медленнее, когда они стареют, а это означает, что энергия, которую Солнце доставляет на Землю, со временем увеличивается. С другой стороны, состав земной атмосферы меняется со временем, а также думать о введении кислорода живыми организмами за пару миллиардов лет назад в качестве примера. Тот факт, что температура поверхности оставалась в необходимом диапазоне через все это, за исключением нескольких эпизодов поверхностного замораживания, коллективно называемого Snowball Earth, мало чем чудо. Ученые количественно определяют эту идею, определяя что-то, называемое постоянно обитаемой зоной (CHZ), область вокруг звезды, в которой поверхностные океаны могут оставаться живыми в течение длительных периодов времени. Расположение этой зоны меняется от звезды к звезде, поскольку она больше для больших звезд и ближе к маленьким. В нашей системе Земля - ​​единственная планета в CHZ Солнца. Если бы Земля приблизилась к Солнцу, океаны будут кипеть, и если бы они были дальше, они бы замерзли. (Некоторые недавние расчеты показывают, что Земля фактически находится вблизи внутреннего края CHZ Солнца, факт, что, если это правда, предвещает горячее будущее для нашей планеты по мере того, как Солнце нагревается, а CHZ движется наружу. Мы можем оказаться похожим на Венеру. ) Концепция CHZ, кстати, объясняет термин «планета Златовласки», потому что, как и каша, пробоотборная вымышленными Златовлащами, планета должна быть не слишком горячей и не слишком холодной, но верно. Концентрация научного внимания на поиске жизни, которая «как мы», затем сводится к поиску планеты размером с Землю, вращающейся вокруг CHZ своей звезды. Кеплер 186f был первой такой планетой. Сказав это, на наш взгляд, нынешнее внимание к поиску планет в CHZ звезды ошибочно. Мы вернемся к этому вопросу более подробно в главе 13, но на данный момент мы повторяем, что большая часть воды в нашей собственной солнечной системе (и, предположительно, в других) находится не в поверхностных океанах, а в подземных водах на мирах, таких как Европа. Таким образом, в настоящее время основное внимание на поиске планеты Златовласки составляет поиск наименее вероятного расположения жидкой воды и, предположительно, жизни. 

Если мы когда нибудь и найдём жизнь, которая будет похожа на земную, то это скорее всего будет на суперземлях в постоянной зоне обитаемости.

***

Существует три возможных источника воды: она могла быть заперта на планете, чтобы ее освободили возвращение на поверхность вулканов в процессе, называемом дегазацией; Это могли быть введены метеоритами во время позднего тяжелого Бомбардировка; или это могло быть введено кометами. На данный момент, кажется, что развивающийся консенсус состоит в том, что все эти источники способствовали обеспечению водой Земли, а дискуссии перешли к обсуждению относительной важности каждого источник и детали процесса.

Основано на измерения HD в кометах и ​​метеоритах, мы примем соотношение от 20:40:40, чтобы быть разумной оценкой процента воды вызванные дегазацией, астероидами и кометами, соответственно.

Миры - океаны

Миры - туманы

Миры - снежные шары

Сказав это, отметим, что мы знаем шесть экзопланет, которые могут квалифицироваться как водные миры. Эти планеты супер Земли - промежуточные по величине между Землей и Нептуном. Первый один был обнаружен Gliese 1214b. Впервые обнаруженная в 2009 году планета орбит звезду около 42 световых лет в созвездии Змееносец.

***

Прежде чем мы начнем думать о том, какие виды жизни могли развиваться на экзопланетах, вероятно, неплохо понять что-то о том, как развилась жизнь в нашем собственном мире. Это, в конце концов, единственное место, где мы можем быть абсолютно уверены, что жизнь появилась. Несмотря на то, что жизни наук страдают от проклятия одного примера, имеет смысл исследовать, как Земля стала обителью «бесконечных форм» Дарвина, прежде чем мы отправимся в галактику. Как мы указывали в главе 1, жизнь на Земле развивалась в два этапа: первая стадия - появление первой живой клетки из неодушевленной материи, а вторая стадия - распространение и диверсификация, которые привели к сегодняшней биосфере. Эти этапы часто упоминаются как химическая эволюция и эволюция путем естественного отбора, соответственно. Как это бывает, мы много знаем о втором этапе и несколько меньше о первом. 

Идеи Дарвина основаны на двух постулатах:

По сути, теория построена на двух положениях:

1. Между членами данной разновидности различий всегда есть различия, которые могут передаваться от родителя к потомству.

2. Всегда существует конкуренция между членами данного вида за любые товары, предоставляемые окружающей средой.

 Идея (опять же, на современном языке) состоит в том, что, если конкретная генетическая вариация дает организму преимущество - облегчает, например, избегать хищников или приобретать пищу, - тогда эта вариация с большей вероятностью передается будущим поколениям. Таким образом, хотя ни один индивидуум не может изменить генетический фонд, с которым он родился, генетический состав населения может со временем меняться из-за этого процесса веяния, который известен как естественный отбор.

 К удивлению многих ученых, процветающие экосистемы были обнаружены вокруг морских отверстий в глубоком океане. Это места, где горячая магма поступает на поверхность морского дна, создавая участки горячей воды при высоких давлениях и поднимая богатое рагу химических веществ, которые служат источником энергии для сложного сбора жизни. Учитывая, что эти глубоководные вентиляционные отверстия могут поддерживать жизнь сейчас, рассуждения идут, почему они не должны были быть местом, где впервые появилась жизнь? В конце концов, глубокое море защищено от ультрафиолетового радиационного излучения Солнца, которое может легко уничтожить недавно созданные молекулы на поверхности. Идея состоит в том, что жизнь впервые появилась в этой защищенной среде и только позже мигрировала на поверхность. Авторы полагают, что тонкое большинство ученых из происхождения жизни выбрало бы глубоководные вентиляционные отверстия как место, где возникла жизнь, если бы их спросили о своей лучшей догадке сегодня

Таким образом, мы можем сказать, что жизнь на Земле появилась, как только это позволяли геологические и астрономические условия. И это, конечно, вывод, который важен для развития жизни на экзопланетах. 

Жизнь могла родиться простой и затем только стала сложной.

Важным моментом в жизни жизни на Земле является то, что это произошло очень быстро. Если правильные теории обмена являются правильными, тогда жизнь будет развиваться всякий раз, когда геохимическая ситуация уместна. Галактика должна изобиловать жизнью. Тем не менее, для замороженных теорий несчастных случаев, таких как РНК-мир, требуется отдельное маловероятное случайное событие - по сути, отдельное чудо - для каждой экзопланеты. Учитывая длительный период времени и огромное количество вовлеченных экзопланет, в галактике все еще может быть много, но это утверждение менее очевидно. Однако учитывая наш прошлый опыт работы с экзопланетами, мы также должны ожидать, что эти режимы будут быть всего лишь несколькими путями к жизни среди многих других, которые, несомненно, существуют в галактике.

Когда? Когда только геологические и астрономические условия позволили.

Как? Много разных путей. ОтРНК мира до постепенного усложнения химиию

***

Дискуссии о поиске внеземной жизни обычно протекают под (часто невысказанным) предположением о том, что мы ищем жизнь «как мы», поэтому обсуждение в конечном итоге сводится к вопросу о том, где мы можем найти жидкую воду. Причина проста: жизнь, как мы ее знаем, основана на химии сложных молекул, содержащих большое количество углерода, и эти типы реакций наиболее легко протекают в жидкой воде.

Первым шагом в поисках жизни в галактике является сборка как можно более полного каталога планет земного типа. Это задача, которая будет выполняться на спутниковом спутнике Survey Exoplanet Survey Satellite (TESS) НАСА, который должен быть запущен весной 2018 году. В течение своей двухлетней миссии он будет контролировать 500 000 ярких звезд в нашей окрестности, и ожидается, что он найдет несколько тысячи планет размером с Землю и сверхпланету. Эти вновь открытые планеты будут проанализированы другими телескопами, такими как James Webb Space Telescope, который должен быть запущен осенью 2018 году. В отличие от Кеплера, который исследовал только тонкую тонкую ленту галактики, TESS сделает полный опрос, поэтому мы действительно будет иметь полный каталог ближайших экзопланет Земля-типа.

***

Нам нужно будет увидеть доказательства воды, для начала. Кроме того, мы знаем, что для живых систем, подобных нам, требуются определенные ключевые элементы: углерод, водород, азот, кислород, фосфор и сера (полезной мнемонической является CHNOPS). Наличие этих элементов - они довольно распространены в галактике - означало бы, что жизнь существует. Однако первым шагом в нашем поиске жизни, несомненно, было бы проверить наличие кислорода. Считается, что некоторые из самых ранних окаменелостей на Земле были из цианобактерий, которые выделяли кислород в качестве отработанного продукта фотосинтеза, поэтому мы можем предположить, что присутствие кислорода указывает на планету «зеленого пруда». На Земле жизнь была ограничена одноклеточными организмами (прудом) на миллиарды лет.

Экзолуны:

Фактически, есть два сценария, в которых экзомания может создавать условия для жизни, даже когда ее родительская планета не делает:

1. Луна принадлежит к планете типа Юпитера, которая находится в CHZ ее звезды. В этом случае наши инструменты могут сказать нам, что планета непригодна для жизни, но в правильной ситуации луна могла иметь жидкую воду на ее поверхности.

 2. Луна принадлежит к планете типа Юпитера, далекой от CHZ, но, подобно Европе, нагревается приливным изгибом или другим источником тепла и имеет подземный океан. Трудно понять, как мы можем получить данные о таком океане издалека, но мы должны помнить об этом.

***

Как бы точно мы не оценивали уравнение Дрейка, количество технологических цивилизаций в галлактике варьируется от сотен до значений меньших 1 (не каждая Галлактика имеет цивилизацию). Ключевым моментом является то, что мы вполне могли бы стать единственным передовым технологическим обществом в нашей собственной галактике. Это важный факт, о котором следует помнить, когда мы переходим к обсуждению программ SETI. SETI Начиная с 1960 года, было много поисков типа SETI, ни одно из которых не предоставило никаких достоверных доказательств для инопланетян. Федеральное правительство финансировало некоторые из этих поисков, но в основном они финансировались частными организациями. Самые последние частные усилия были пожертвованием в размере 100 миллионов долларов организации SETI под названием «Breakthrough Listen от Юрия Милнер.

Несмотря на полвека поисков, нет никаких доказательств того, что существуют такие цивилизации. Некоторые ученые называют это проблемой «Великой тишины».

***

Уравнение Дрейка доминирует в дебатах SETI с 1960-х годов. Тем не менее, мы считаем, что наши новые открытия об экзопланетах вместе с некоторыми новыми теоретическими представлениями о планетарных атмосферах указывают на то, что он больше не может использоваться в качестве надежного руководства в будущем. Это слишком ограничено, слишком ограничено шовинизмами, о которых мы говорили в главе 1. Начнем с R, первого слагаемого в уравнении. Независимо от того, какое значение вы выберете для R, предполагается, что прежде чем вы сможете обрести жизнь, у вас должна быть звезда. Но, как мы видели в главе 7, планеты-изгои прекрасно способны поддержать жизнь - вспомните аналогию домов с выключенными огнями, но система отопления все еще работает. Даже мошеннические миры, поверхности которых заморожены, такие как Плутон, могут иметь подповерхностные океаны.

Оказывается, однако, что в нашей солнечной системе - и, вероятно, в Млечном Пути в целом - большая часть воды не находится на поверхности планет. Это означает, что существование жизни, вероятно, гораздо более распространено, чем это подразумевает уравнение. Этому факту уделялось малое внимание в обсуждениях SETI. Недавние расчеты также ставят под сомнение важность ЧЖЗ. В принципе, похоже, что CHZ (который сам по себе является концепцией, основанной на компьютерных моделях), может быть значительно расширен, если мы сделаем разные предположения о составе планетарной атмосферы. Подумайте о нашей собственной заботе о воздействии углекислого газа в атмосфере Земли в качестве примера того, как могут возникать такие эффекты. На данный момент все, что мы можем сказать, состоит в том, что это добавленное осложнение делает CHZ гораздо менее надежным инструментом в SETI. 

И радио. Даже сейчас мы посылаем в космос мало сигналов, всё большее используем оптоволокно. Возможно нижний предел для L=100 лет, есть её верхний предел.

Вы пропустите 100 процентов снимков, которые вы не делаете.

Мы подошли к этому вопросу таким образом: в науке есть несколько экспериментов, которые гарантированно дают значительный результат независимо от того, как они получаются. SETI является одним из них. Если ... ---*SETI ищет новую технологическую цивилизацию, круто!

*Поиски SETI подтверждают, что мы единственная технологическая форма жизни в галактике, круто! 

Суть этого упражнения в футурологии заключается в том, что, когда цивилизация достигает нашего уровня изощренности, это всего лишь вопрос за несколько столетий до того, как она начнет колонизировать другие звездные системы. Если мы можем себе представить, что это делаем, тогда нет причин, чтобы инопланетяне тоже не могли этого сделать. Важным моментом нашей дискуссии является то, что мы говорим о временном интервале всего лишь несколько сотен лет. Что касается аналогии нашего галактического года, то это составляет лишь одну секунду. В принципе, как только мяч коснется на Таймс-сквер, Земля может стать центром расширяющейся волны колонизации человека. Никто даже не успел бы сказать: «С Новым годом». Сколько времени займет эта волна, чтобы охватить всю галактику? Большинство расчетов дают время порядка 30 миллионов лет или около того. И хотя это очень длительное время в человеческом масштабе, это всего лишь один день в нашем галактическом году. Поэтому, если в течение всего галактического года появятся внеземные цивилизации, и если по крайней мере некоторые из этих цивилизаций будут такими же искусными, как и мы, должны были бы быть многочисленные волны колонизации, охватившие Галактику.

Если вы берете оптимистическую интерпретацию уравнения Дрейка, на самом деле более дюжины таких волн должны пролетать через галактику прямо сейчас. Итак ... где все? Это, по сути, современный взгляд на вопрос, заданный Ферми более полувека назад, на который мы все еще не смогли ответить. Этот пункт можно сформулировать следующим образом: мы не должны искать внеземных существ там, как в SETI - мы должны искать их прямо здесь. И если мы проигнорируем глупость НЛО и древних астронавтов, мы можем сказать, что нет никаких доказательств того, что инопланетяне были здесь сейчас или в прошлом. Где все? Почему мы слышим Великую Тишину?

Книга Редкая Земля

Центральная роль Уорда и Браунли заключается в том, что мы слепо принимаем принцип Коперника - идею о том, что Земля не является особенной, - и игнорируя тот факт, что в нашей родной планете много необычных вещей. В сущности, они смотрят на все, что уникально на Земле, и утверждают, что если все они необходимы для развития развитой цивилизации, то мы вполне могли бы быть единственной такой цивилизацией в галактике. Например, если, помимо планеты размером с Землю в CHZ ее звезды, вам нужна звезда, расположенная на некотором расстоянии от центра галактики, дальше от Юпитера, тектоники плит, правого планетарного наклона для создания ледникового периода и большой луны, чтобы стабилизировать ось вращения планеты и создать приливные бассейны (теплый маленький водоем Дарвина), Земля вполне может быть единственной планетой, подобной этой галактике. 

Мы стали доминирующей формой жизни на планете, уничтожив наших конкурентов, прямо или косвенно. Учитывая эту историю, мы считаем справедливым сказать, что Homo sapiens - это не тот вид, который вы хотели бы встретить в темном переулке, и то же самое можно сказать о любом другом победителе эволюционной игры,

Два шовинизма необхъодимо отбросить:

-для жизни нужна звезда

-Жизнь родилась на поверхности планеты

Мы не принимали во внимание планеты - изгнанники, которых от 2 до 100 000 раз больше, чем обычных планет. Они могут просто не искать жизнь вокруг звёзд.

Итак, суть нашего исследования мира экзопланет заключается в том, что есть гораздо больше возможностей для изучения, чем мы думали. Давайте продолжим работу!