В то время как планеты, вращающиеся вокруг звезд-близнецов, являются одним из основных предметов научной фантастики, другой - люди живут на планетах, вращающихся вокруг красных гигантских звезд. Большая часть истории Планета обезьян происходит на планете вокруг Бетельгейзе. Планеты вокруг Арктура у Исаака Азимова Фонд серии составляют столицу его Сириус Сектор. Говорят, что родная планета Супермена вращается вокруг вымышленного красного гиганта Рао. Расы на этих планетах часто изображаются как старые и мудрые, поскольку их звезды состарились и подходят к концу своей жизни. Но действительно ли возможно иметь такие планеты?
Звезды не вечны. Наше собственное Солнце имеет срок годности около 5 миллиардов лет. В это время количество водородного топлива в ядре Солнца закончится. В настоящее время слияние этого водорода с гелием создает давление, которое не дает звезде разрушиться под действием силы тяжести. Но когда он закончится, этот механизм поддержки исчезнет, и Солнце начнет сокращаться. Это сжатие заставляет звезду снова нагреваться, повышая температуру, пока оболочка водорода вокруг уже истощенного ядра не станет достаточно горячей, чтобы приступить к работе ядра, и начнет плавить водород в гелии. Этот новый источник энергии выталкивает наружные слои звезды назад, заставляя ее увеличиваться в тысячи раз по сравнению с ее предыдущим размером. Между тем, более высокая температура, чтобы зажечь эту форму слияния, будет означать, что звезда будет испускать в 1000-10000 раз больше света в целом, но, поскольку эта энергия распространяется по такой большой площади поверхности, звезда будет выглядеть красной, поэтому имя.
Итак, это красный гигант: умирающая звезда, опухшая и очень яркая.
Теперь взглянем на другую половину уравнения, а именно, что определяет обитаемость планеты? Поскольку в этих научно-фантастических историях люди неизбежно ходят по поверхности, есть некоторые довольно строгие критерии, которым они должны будут следовать.
Во-первых, температура должна быть не горячей и не холодной. Другими словами, планета должна находиться в Обитаемой зоне, также известной как «зона Златовласки». Как правило, это довольно большой размер небесной недвижимости. В нашей собственной солнечной системе она простирается примерно от орбиты Венеры до орбиты Марса. Но то, что делает Марс и Венеру негостеприимными, а Земля относительно уютной - это наша атмосфера. В отличие от Марса, он достаточно толстый, чтобы сохранить большую часть тепла, которое мы получаем от Солнца, но не слишком много, как Венера.
Атмосфера имеет решающее значение и в других отношениях. Очевидно, это то, чем будут дышать бесстрашные исследователи. Если есть слишком много СО2это не только задержит слишком много тепла, но и затруднит дыхание. Кроме того, CO2 не блокирует ультрафиолетовый свет от Солнца, и уровень заболеваемости раком возрастет. Поэтому нам нужна атмосфера, богатая кислородом, но не слишком богатая кислородом, иначе не будет достаточно парниковых газов, чтобы поддерживать планету в тепле.
Проблема здесь в том, что богатые кислородом атмосферы просто не существуют без какой-либо помощи. Кислород на самом деле очень реактивный. Ему нравится создавать узы, что делает его недоступным, чтобы быть свободным в атмосфере, как мы хотим. Это формирует такие вещи, как H2O, CO2, оксиды и т. д. Вот почему у Марса и Венеры в атмосфере практически нет свободного кислорода. То, что они делают мало, происходит от ультрафиолетового света, попадающего в атмосферу и вызывающего диссоциацию связанных форм, временно освобождая кислород.
Земля имеет столько же свободного кислорода, сколько и из-за фотосинтеза. Это дает нам еще один критерий, который нам понадобится для определения пригодности: способность производить фотосинтез.
Итак, давайте начнем собирать все это вместе.
Во-первых, эволюция звезды, выходящей из главной последовательности, набухая, становясь красным гигантом и становясь все ярче и горячее, будет означать, что «зона Златовласки» будет распространяться наружу. Планеты, которые раньше были обитаемыми, как Земля, будут прожарены, если они не будут полностью поглощены Солнцем по мере его роста. Вместо этого обитаемая зона будет дальше, больше там, где сейчас находится Юпитер.
Однако, даже если планета была в этой новой обитаемой зоне, это не означает, что она обитаема при условии, что она также имеет богатую кислородом атмосферу. Для этого нам необходимо преобразовать атмосферу из кислородной, в богатую кислородом, путем фотосинтеза.
Таким образом, вопрос в том, как быстро это может произойти? Слишком медленно, и обитаемая зона, возможно, уже пролетела, или у звезды, возможно, кончился водород в оболочке и она начала сокращаться снова, только чтобы зажечь слияние гелия в ядре, снова заморозив планету.
Единственный пример, который у нас есть, это наша собственная планета. В течение первых трех миллиардов лет жизни было мало свободного кислорода, пока не возникли фотосинтезирующие организмы и не начали преобразовывать его в уровни, близкие к сегодняшним. Однако этот процесс занял несколько сотен миллионов лет. Хотя это, вероятно, можно было бы увеличить на порядок до десятков миллионов лет с помощью генно-инженерных бактерий, посеянных на планете, нам все же необходимо убедиться, что сроки сработают.
Оказывается, временные рамки будут разными для разных масс звезд. Более массивные звезды сгорают в своем топливе быстрее и, следовательно, будут короче. Для звезд, подобных Солнцу, фаза красного гиганта может длиться около 1,5 миллиардов лет, что примерно в 100 раз больше, чем необходимо для создания атмосферы, богатой кислородом. Для звезд, в два раза массивнее Солнца, эта временная шкала падает до 40 миллионов лет, приближаясь к нижнему пределу того, что нам нужно. Более массивные звезды будут развиваться еще быстрее. Поэтому, чтобы это было правдоподобно, нам понадобятся звезды меньшей массы, которые развиваются медленнее. Грубый верхний предел здесь был бы звездой с двумя солнечными массами.
Однако есть еще один эффект, о котором нам нужно беспокоиться: можем ли мы иметь достаточно СО?2 в атмосфере даже фотосинтез? Диоксид углерода, хотя и не так реактивен, как кислород, также может быть удален из атмосферы. Это связано с такими эффектами, как силикатное выветривание, например CO2 + CaSiO3 -> CaCO3 + SiO2, Хотя эти эффекты медленные, они накапливаются в геологических временных масштабах. Это означает, что у нас не может быть старых планет, поскольку у них были бы все их свободные СО2 заперт на поверхность. Этот баланс был исследован в статье, опубликованной в 2009 году, и определил, что для планеты Земля масса свободного СО2 будет исчерпан задолго до того, как родительская звезда даже достигнет фазы красного гиганта!
Поэтому нам необходимо иметь звезды с малой массой, которые эволюционируют медленно, чтобы иметь достаточно времени для создания правильной атмосферы, но если они развиваются так медленно, значит, недостаточно СО2 осталось, чтобы получить атмосферу в любом случае! Мы застряли с реальным уловом 22. Единственный способ сделать это снова осуществимым - это найти способ ввести достаточное количество нового СО2 в атмосферу так же, как обитаемая зона начинает проноситься мимо.
К счастью, есть несколько довольно больших хранилищ CO2 просто летать! Кометы состоят в основном из замороженной окиси углерода и углекислого газа. Врезание нескольких из них в планету приведет к достаточному количеству СО2 потенциально начать фотосинтез (когда пыль осела). Сделайте это за несколько сотен тысяч лет до того, как планета войдет в обитаемую зону, подождите десять миллионов лет, и тогда планета потенциально может быть пригодна для жизни еще на миллиард лет больше.
В конечном счете, этот сценарий был бы правдоподобным, но не совсем хорошим личным вложением, так как вы были бы мертвы задолго до того, как смогли бы извлечь выгоду. Возможно, долгосрочная стратегия выживания видов, живущих в космосе, но не быстрое решение проблемы уничтожения колоний и аванпостов.
