Сергей Попов - Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени: от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной

На появление и развитие жизни влияет множество факторов, всю совокупность которых мы пока не можем учесть.

Далее необходимо сформулировать параметры звезд, важные для существования жизни. В первую очередь следует отбросить звезды тяжелее нескольких солнечных масс, поскольку время их жизни недостаточно велико для развития биосферы. Также следует исключить из рассмотрения наиболее старые звезды, так как в туманностях, из которых они образовывались, доля элементов тяжелее гелия была невелика, и там ниже вероятность появления как пригодных для жизни планет, так и самой жизни.

Ключевым фактором для зарождения и развития жизни, подобной земной, является жидкая вода.

Маловероятно наличие жизни на планетах вокруг самых легких звезд. Как мы увидим в дальнейшем, зоны обитаемости у таких светил располагаются на небольшом расстоянии. В итоге на планеты действуют мощные приливные силы, приводящие к синхронизации собственного и орбитального вращения, в результате чего планета все время повернута к звезде одной стороной (отсутствует смена дня и ночи), а кроме того, ось собственного вращения становится перпендикулярной плоскости орбиты (отсутствие смен времен года). Все это может сделать невозможным появление или развитие жизни. Близость звезды также отрицательно сказывается на планете из-за потока звездного ветра и ультрафиолетового излучения, которые не только отрицательно влияют на различные формы жизни, но и способствуют потере планетой атмосферы (в частности, воды).

Для защиты планеты от звездного ветра необходимо магнитное поле, для которого, в свою очередь, требуется наличие у планеты жидкого железного ядра. Кроме того, медленное вращение планеты после синхронизации собственного и орбитального периодов может исключить формирование сильного магнитного поля даже при наличии жидкого ядра. По всей видимости, это налагает дополнительные ограничения на возможные массы и другие параметры обитаемых планет.

Жизни на планете могут угрожать внешние отрицательные воздействия, такие как вспышки близких сверхновых или пролет планетной системы через плотные межзвездные облака. Поэтому можно утверждать, что в Галактике есть области, где длительное стабильное развитие жизни более вероятно, а есть те, где оно менее вероятно. Так, например, на расстоянии менее 1–2 килопарсек от центра прошлая активность сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики могла быть губительной для жизни. Положение Солнца соответствует нашим представлениям о том, где находятся наиболее благоприятные области для долгоживущих биосфер с развитыми формами жизни.

Условия существования жизни налагают ряд ограничений на возможные параметры звезд и планет.

Также следует отметить, что не все этапы развития Вселенной одинаково благоприятны для существования жизни земного типа. Скорее всего, ранние этапы эволюции Вселенной, равно как и отдаленные от нас периоды будущего, не слишком благоприятны для появления биосфер, подобных нашей (например, в далеком будущем, когда темп звездообразования существенно упадет из-за исчерпания пригодного для этого газа, недра новых землеподобных планет будут меньше разогреваться распадом радиоактивных элементов, что может сказаться на их обитаемости). Но при обсуждении современных обитаемых планет это является слабым ограничивающим фактором.

Оценки показывают, что для нескольких процентов звезд типа Солнца перечисленные условия должны быть выполнены. Это означает, что только в нашей Галактике могут существовать сотни миллионов звезд с планетами, потенциально пригодными для жизни. Впрочем, это слишком оптимистичный взгляд: как было сказано выше, мы недостаточно хорошо понимаем весь набор важных факторов и не можем утверждать, что число потенциально обитаемых планет столь велико.

Детали строения планетной системы и наличие у планеты крупного спутника могут играть важную роль в долговременном развитии жизни.

Для длительной эволюции необходима стабильность внешних условий. В частности, орбита планеты должна иметь низкий эксцентриситет и быть достаточно устойчивой. В настоящее время данные наблюдений показывают, что аналоги Солнечной системы, в которой орбиты крупных планет и Земли являются практически круговыми, встречаются относительно редко. Численные расчеты эволюции планетных орбит на масштабах миллиардов лет требуют большого количества компьютерного времени, поэтому провести детальный анализ для каждой потенциально обитаемой планеты невозможно. Кроме того, мы можем не знать всех особенностей строения системы, так что не исключена ситуация, когда по данным имеющихся наблюдений планета отвечает всем основным требованиям к потенциально обитаемым планетам, но ее эволюция на большом масштабе времени исключает развитие сложных форм жизни.

Простейшие формы жизни, не формирующие глобальную биосферу, которая влияет на параметры атмосферы планеты, могут встречаться намного чаще. Но у нас пока нет способов для их обнаружения.

Важным может быть и наличие такого необычно крупного спутника, как Луна. Кроме ряда довольно экзотических гипотез о роли Луны в эволюции земной жизни (например, «непредсказуемость» величины приливов из-за одновременного влияния Солнца и Луны, что могло способствовать выходу жизни на сушу) есть и более определенные небесно-механические аргументы. Согласно некоторым моделям, наличие Луны стабилизирует ориентацию земной оси по отношению к эклиптике. Без этого фактора на больших временных масштабах могли бы происходить катастрофические климатические изменения, препятствующие развитию жизни [21] Заметим, что существуют новые расчеты, согласно которым стабилизирующее влияние Луны может быть существенно меньшим, чем полагали ранее. .

Данные показывают, что на ранних этапах своего существования Земля была практически безводной планетой. Это связано и с особенностями ее формирования в той области протопланетного диска, где доля воды мала, и с процессами на первых этапах существования планеты. Вода была привнесена на Землю извне. По всей видимости, это произошло в период так называемой поздней тяжелой бомбардировки, когда на Землю выпадало большое количество комет, астероидов (в частности, углистых хондритов) и, возможно, других тел, богатых водой. Такая ситуация может быть достаточно редкой среди планетных систем Галактики, поскольку требуется сочетание ряда условий (количество планет-гигантов и характер их миграции, наличие в области влияния этих планет большого количества малых тел с высоким содержанием водяного льда и др.). Столь сложная комбинация условий выделяет эволюцию нашей планеты среди других подобных тел.