Изображение предоставлено NASA
Мы прокляты. Однажды Земля станет сгоревшей золой, вращающейся вокруг набухшей красной звезды.
Это конечная судьба любой планеты, живущей рядом со звездой главной последовательности, такой как наше Солнце. Звезды главной последовательности работают на водороде, и когда это топливо заканчивается, они переключаются на гелий и становятся красным гигантом. В то время как переход Солнца в красного гиганта является печальной новостью для Земли, ледяные планеты в самых отдаленных районах нашей солнечной системы впервые греются на солнечном тепле.
Солнце медленно, но неуклонно становилось все ярче и горячее в течение своей жизни. Когда через 4 миллиарда лет солнце станет красным гигантом, наше знакомое желтое солнце станет ярко-красным, поскольку оно в основном излучает низкочастотную энергию инфракрасного и видимого красного света. Он будет расти в тысячи раз ярче, но при этом иметь более низкую температуру поверхности, и его атмосфера будет расширяться, медленно поглощая Меркурий, Венеру и, возможно, даже Землю.
В то время как солнечная атмосфера, по прогнозам, достигнет орбиты Земли в 1 а.е., красные гиганты, как правило, теряют много массы, и эта волна выброшенных газов может вытолкнуть Землю за пределы радиуса действия. Но будет ли Земля поглощена или просто опалена, вся жизнь на Земле перейдет в небытие.
Тем не менее, условия, которые делают возможной жизнь, могут появиться в других местах Солнечной системы, согласно статье, опубликованной в журнале Astrobiology С. Аланом Стерном, директором Департамента космических исследований Юго-Западного исследовательского института в Боулдере, штат Колорадо. Он говорит, что планеты, расположенные от 10 до 50 а.е., будут в обитаемой зоне красного гигантского солнца. Обитаемая зона солнечной системы - это регион, где вода может оставаться в жидком состоянии.
Обитаемая зона будет постепенно сдвигаться через область от 10 до 50 а.е., поскольку солнце становится все ярче и ярче, эволюционируя через фазу красного гиганта. Сатурн, Уран, Нептун и Плутон находятся в пределах 10-50 а.е., как и их ледяные луны и объекты пояса Койпера. Но не во всех этих мирах будет одинаковый шанс на жизнь.
Перспективы обитаемости на газообразных планетах Сатурн, Нептун и Уран могут не сильно повлиять на переход красного гиганта. Астрономы обнаружили газовые планеты, вращающиеся очень близко к своей родительской звезде в других солнечных системах, и эти «горячие Юпитеры», кажется, держатся за свои газообразные атмосферы, несмотря на их близость к интенсивному излучению. Жизнь, как мы знаем, вряд ли появится на газообразных планетах.
Стерн считает, что луна Нептуна Тритон, Плутон и его луна Харон и объекты пояса Койпера будут иметь лучшие шансы на жизнь. Эти тела богаты органическими химикатами, и тепло красного гигантского солнца превратит их ледяные поверхности в океаны.
«Когда солнце становится красным гигантом, ледяные миры нашей солнечной системы будут таять и превращаться в оазисы океана на десятки или несколько сотен миллионов лет», - говорит Стерн. «Тогда наша солнечная система будет укрывать не один мир с поверхностными океанами, как сейчас, а сотни для всех ледяных лун планет-гигантов, и тогда ледяные карликовые планеты пояса Койпера будут также нести океаны. Поскольку температура на Плутоне тогда не будет сильно отличаться от температуры в Майами-Бич сейчас, я бы хотел назвать эти миры «теплыми Плутонами», по аналогии с множеством горячих Юпитеров, обнаруженных вокруг орбит, похожих на солнечные звезды в последние годы ».
Однако влияние солнца - это еще не все - характеристики планетного тела имеют большое значение для определения обитаемости. К таким характеристикам относятся внутренняя активность планеты, отражательная способность или «альбедо» планеты, а также толщина и состав атмосферы. Даже если на планете есть все элементы, способствующие обитаемости, жизнь не обязательно появится.
«Мы не знаем, что нужно для начала жизни», - говорит Дон Браунли, астроном из Вашингтонского университета в Сиэтле и соавтор книги «Жизнь и смерть планеты Земля». Браунли говорит, что если теплые мокрые интерьеры и органические материалы - это все, что нужно, тогда Плутон, Тритон и объекты пояса Койпера могут укрывать жизнь.
«Однако, в качестве предостережения, внутренности астероидов, которые производили углеродистые хондритовые метеориты, были теплыми и влажными в течение, возможно, миллионов лет в ранней истории Солнечной системы», - говорит Браунли. «Эти тела чрезвычайно богаты как водой, так и органическими материалами, и тем не менее нет убедительных доказательств того, что в любом астероидном метеорите когда-либо были живые существа».
Орбита планетного тела также повлияет на его шансы на жизнь. Например, Плутон не имеет хорошей, правильной орбиты, как Земля. Орбита Плутона сравнительно эксцентрична и отличается от Солнца. С января 1979 года по февраль 1999 года Плутон был ближе к Солнцу, чем Нептун, и через сто лет он будет почти вдвое дальше, чем Нептун. Этот тип орбиты приведет к тому, что Плутон подвергнется экстремальному нагреву, чередующемуся с экстремальным охлаждением.
Орбита Тритона тоже своеобразна. Тритон - единственная большая луна, которая вращается вокруг, или «ретроградно». Тритон может иметь эту необычную орбиту, потому что он сформировался как объект пояса Койпера, а затем был захвачен гравитацией Нептуна. Это нестабильный альянс, поскольку ретроградная орбита создает приливные взаимодействия с Нептуном. Ученые предсказывают, что когда-нибудь Тритон либо врезается в Нептун, либо распадется на крошечные кусочки и сформирует кольцо вокруг планеты.
«График приливного затухания орбиты Тритона неясен, поэтому он может быть около, или, возможно, уже разбился к тому времени, когда солнце станет красным гигантом», - говорит Стерн. «Если вокруг будет Тритон, он, вероятно, в конечном итоге будет похож на тот же самый богатый органикой океанский мир, что и Плутон».
Солнце будет гореть красным гигантом около 250 миллионов лет, но достаточно ли времени для жизни, чтобы закрепиться? В течение большей части жизни красного гиганта солнце будет только в 30 раз ярче своего нынешнего состояния. К концу фазы красного гиганта солнце будет расти более чем в 1000 раз ярче и время от времени высвобождать импульсы энергии, которые в 6000 раз превышают текущую яркость. Но этот период интенсивной яркости продлится несколько миллионов лет, или, самое большее, десятки миллионов лет.
Краткость самых ярких фаз красного гиганта подсказывает Браунли, что у Плутона не много надежды на жизнь. Из-за средней орбиты Плутона, равной 40 а.е., Солнце должно было бы быть в 1600 раз ярче Плутона, чтобы получить ту же солнечную радиацию, которую мы сейчас получаем на Земле.
«Солнце достигнет этой яркости, но только в течение очень короткого периода времени - всего около миллиона лет», - говорит Браунли. «Поверхность и атмосфера Плутона будут« улучшены »с нашей точки зрения, но это не будет хорошим местом в течение любого значительного периода времени».
После фазы красного гиганта солнце станет слабее и уменьшится до размеров Земли, превратившись в белого карлика. Далекие планеты, которые грелись в свете красного гиганта, снова станут замороженными ледяными мирами.
Так что, если жизнь должна появиться в системе красного гиганта, ей потребуется быстрый старт. Считается, что жизнь на Земле зародилась 3,8 миллиарда лет назад, примерно через 800 миллионов лет после рождения нашей планеты. Но это, вероятно, потому что планеты во внутренней солнечной системе испытали 800 миллионов лет тяжелой бомбардировки астероида. Даже если бы жизнь началась немедленно, ранний дождь астероидов сотрет Землю от этой жизни.
Браунли говорит, что новая эра бомбардировки может начаться для внешних планет, потому что красное гигантское солнце может нарушить огромное количество комет в поясе Койпера.
«Когда красное гигантское солнце становится в 1000 раз ярче, оно теряет почти половину своей массы в космосе», - говорит Браунли. «Это заставляет орбитальные тела двигаться наружу. Потеря газа и другие эффекты могут дестабилизировать пояс Койпера и создать еще один период интересной бомбардировки ».
Но Стерн говорит, что планеты, пригодные для обитания красным гигантским солнцем, не будут подвергаться бомбардировке так же часто, как ранняя Земля, потому что древний пояс астероидов имел намного больше материала, чем пояс Койпера сегодня.
Кроме того, внешние планеты не будут испытывать те же ультрафиолетовые (УФ) уровни, которые должна была выдержать Земля, поскольку красные гиганты имеют очень низкое ультрафиолетовое излучение. Ультрафиолетовое излучение звезды главной последовательности может нанести вред чувствительным белкам и нитям РНК, необходимым для жизненного происхождения. Жизнь на Земле может зародиться только под водой, в глубинах, защищенных от этой интенсивности света. Поэтому жизнь на Земле неразрывно связана с жидкой водой. Но кто знает, какая жизнь может возникнуть на планетах, которые не нуждаются в защите от ультрафиолетового излучения?
Стерн считает, что мы должны искать доказательства жизни в плутоподобных мирах, вращающихся вокруг красных гигантов сегодня. В настоящее время мы знаем о 100 миллионах звезд солнечного типа в галактике Млечный Путь, которые горят как красные гиганты, и Стерн говорит, что все эти системы могут иметь обитаемые планеты в пределах от 10 до 50 а.е. «Это было бы хорошим испытанием времени, необходимого для создания жизни в теплых, богатых водой мирах», - говорит он.
«Идея о том, что богатые органикой далекие тела обжигаются красной гигантской звездой, является интригующей и может обеспечить очень интересные, если короткоживущие места обитания для жизни», - добавляет Браунли. «Но я рад, что нашему солнцу осталось достаточно времени».
Что дальше
Хотя многое из того, что мы знаем о внешней солнечной системе, основано на отдаленных измерениях, сделанных с помощью наземных телескопов, 2 января 2004 года ученые мельком увидели объект пояса Койпера. Космический корабль Stardust прошел в 136 километрах от кометы Wild2, огромного снежного кома, который провел большую часть своей жизни на протяжении 4,6 миллиардов лет на орбите в Поясе Койпера. Wild2 теперь вращается в основном внутри орбиты Юпитера. Браунли, главный исследователь миссии Stardust, говорит, что изображения Stardust показывают фантастические детали поверхности тела, сформированного как его древней, так и недавней историей. Изображения Stardust показывают, что струи газа и пыли вылетают из кометы, поскольку Wild2 быстро распадается в сильном солнечном тепле внутренней солнечной системы.
Чтобы узнать больше о внешней солнечной системе, нам нужно отправить космический корабль для исследования. В 2001 году НАСА выбрало миссию New Horizons именно для этой цели.
Стерн, главный исследователь миссии New Horizons, сообщает, что сборка космического корабля должна начаться этим летом. Космический корабль должен быть запущен в январе 2006 года, а прибытие в Плутон - летом 2015 года.
Миссия «Новые горизонты» позволит ученым изучать геологию Плутона и Харона, наносить на карту их поверхности и измерять их температуру. Атмосфера Плутона также будет подробно изучена. Кроме того, космический корабль посетит ледяные тела в поясе Койпера, чтобы провести аналогичные измерения.
Первоначальный источник: Astrobiology Magazine
