Пекка Теерикор - Эволюция Вселенной и происхождение жизни

Сложное и прекрасное явление жизни пока обнаружено только на Земле. Признаки жизни уже искали и до сих пор ищут на других телах нашей Солнечной системы и даже в других планетных системах. Если попытаться представить, где могла бы существовать жизнь или хотя бы предбиологические химические процессы, то в нашем окружении найдется немало интересных мест. Даже те тела, которые сейчас не могут поддерживать жизнь, заслуживают нашего внимания, поскольку они могут рассказать нам о том, где обстоятельства могут сложиться неблагоприятно для жизни.

Когда формируются планеты, они, по определению Международного астрономического союза (МАС), дочиста вычищают свои окрестности (см. врезку 31.1). Четыре внутренние планеты Солнечной системы, подобные Земле, — Меркурий, Венера, Земля и Марс — сформировались из каменистого и железо-никелевого твердого вещества в горячей внутренней части протопланетной туманности вблизи молодого Солнца. В недрах этих четырех планет плотное железо постепенно опустилось к центру, образовав железоникелевое ядро, вокруг которого осталась менее плотная мантия из каменистых пород. Атмосфера из летучих газов сложилась из упавших на молодую Землю комет и астероидов, а ее циклическое развитие под влиянием вулканической активности детально описано в главе 29.

Удержится или нет эта атмосфера на планете, зависит от силы притяжения планеты и ее близости к Солнцу. Если гравитация слаба, тепловые скорости многих молекул атмосферы превосходят скорость убегания, и эти молекулы улетучиваются из атмосферы в космос. В таком случае планета со временем теряет атмосферу.

Международный астрономический союз (MAC) — это организация, объединяющая свыше 10 000 профессиональных астрономов. В 2006 году Генеральная ассамблея MAC, проходившая в Праге (Чешская Республика), приняла новое определение термина «планета» для Солнечной системы. Традиционно считалось, что в Солнечной системе девять планет и тысячи более мелких тел, таких как астероиды и кометы. Но когда определили массу девятой планеты (Плутона) на основании движения его спутника Харона (открыт в 1978 году), то оказалось, что Плутон гораздо меньше Луны и его масса примерно в 20 раз меньше, чем у Меркурия. Позже во внешних областях Солнечной системы, на расстоянии Плутона и дальше, были открыты и другие небольшие объекты. Некоторые из них сравнимы с Плутоном по массе и орбитальному' движению. Надо ли их тоже называть планетами? А что такое «планета»? Несколько лет астрономы обсуждали эту проблему, и наконец в 2006 году Генеральная ассамблея MAC проголосовала за следующее определение, в котором фигурируют три категории объектов: «планета», «карликовая планета» и «малое тело Солнечной системы».

1. «Планетой» называется небесное тело, которое (а) обращается по орбите вокруг Солнца, (б) обладает массой, достаточной для того, чтобы его гравитация преодолела жесткость вещества и привела его в гидростатическое равновесие, то есть придала ему шарообразную форму, и (в) расчистило окрестности своей орбиты.

2. «Карликовой планетой» (dwarf planet) называется небесное тело, которое (а) обращается по орбите вокруг Солнца, (б) обладает массой, достаточной для того, чтобы его гравитация преодолела жесткость вещества и привела его в гидростатическое равновесие, то есть придала ему шарообразную форму, но (в) не расчистило окрестности своей орбиты, и при этом оно (г) не является спутником.

3. Все остальные объекты, кроме спутников планет, обращающиеся вокруг Солнца, называются «малыми телами Солнечной системы» (small Solar System body).

В соответствии с этим определением, в Солнечной системе сейчас восемь планет, Плутон теперь считается карликовой планетой, а абсолютное большинство астероидов являются малыми телами Солнечной системы.

Хотя Земля и Луна находятся на одинаковом расстоянии от Солнца, Луна, имея меньшую массу, потеряла свою атмосферу. Меркурий, который тоже легче Земли, практически лишен атмосферы, поскольку из-за близости к Солнцу тепловое движение молекул у его поверхности происходит значительно интенсивнее, и они легко улетучиваются. Да и Земля не гарантирована от тепловой потери газов. Молекулы с небольшой массой, такие как гелий и водород, движутся быстрее других, поэтому даже на нашем расстоянии от Солнца планета не может их удержать. Атомы водорода очень важны для жизни, и сохраниться на Земле они могут только в составе более крупных молекул, таких как вода (рис. 31.1).

Рис. 31.1. Сравнительные размеры внутренних планет — Меркурия, Венеры, Земли и Марса. Их называют планетами земной группы, поскольку у всех твердая кора из горных пород. С разрешения NASA.

У Луны и Меркурия отсутствие атмосферы вкупе с медленным вращением приводят к высокой дневной и низкой ночной температуре поверхности. Атмосфера существенно сглаживает колебания температуры, подобно одеялу сохраняя тепло ночью, а днем отражая свет лучше, чем голые скалы. Мы знаем как важно наличие жидкой воды в качестве растворителя у всех известных форм жизни. Пла-нета, не имеющая атмосферного давления, особенно неблагоприятна для жизни, поскольку жидкая вода на ее поверхности быстро испарится. На такой планете жидкая вода может существовать только глубоко под почвой или под ледяным покровом. Следовательно, масса планеты и ее расстояние от своей звезды играют важную роль для удержания атмосферы и для того, чтобы планета оказалась пригодной для жизни. Наиболее массивные из внутренних планет — Венера, Марс и Земля — имеют атмосферы.

Другим связанным с массой фактором является внутренняя активность планеты. Мы уже обсуждали, что вулканические выходы или источники энергии могли быть местом зарождения жизни на Земле. У маломассивных объектов относительно большая площадь поверхности на единицу массы, чем у объектов большой массы. Луна и Меркурий уже потеряли большую часть своего внутреннего тепла, поэтому вулканическая активность у них практически нулевая. Их мертвые поверхности хранят память об эпохе столкновений, сыгравшей важную роль в истории жизни на Земле (рис. 31.2).

Рис 31.2. Усеянная кратерами поверхность Меркурия со следами древней геологической активности. Фото передано зондом «Мессенджер» в январе 2008 года. Диаметр большого кратера с двойным валом около 200 км. С разрешения NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington.