Сон о «землеподобной» планете демонстрирует наше астробиологическое невежество.
За последнее десятилетие наше понимание того, какие планеты существуют вокруг звезд, отличных от нашей собственной, резко возросло. Число известных экзопланет выросло с нескольких десятков всего 10 лет назад до более чем 4000 подтвержденных экзопланет, впервые появившихся благодаря впечатляющему успеху миссии НАСА «Кеплер». Они бывают самых разных размеров, орбитальных расстояний и вращаются вокруг всех типов звезд; наконец-то мы можем говорить о том, что происходит с данными, а не просто о предположениях.
Это принесло ряд экзистенциальных вопросов в сферу науки как среди профессионалов, так и среди любителей. Когда мы найдем нашу первую обитаемую планету за пределами Солнечной системы? Являются ли они потенциально обитаемыми людьми? И какие планеты, в каких солнечных системах больше всего похожи на Землю? Но чем больше мы узнаем, тем яснее становится один вывод: спрашивать, насколько экзопланета «похожа на Землю», - неправильный вопрос. Вселенная удивительна, разнообразна и разнообразна, и лучшее место для жизни может быть не похоже на Землю в том смысле, в каком мы традиционно представляем себе ее.
Когда мы смотрим на Солнечную систему, на планеты, луны и другие миры, которые нас окружают, становится ясно, что Земля - это нечто особенное. По какой-то причине - вероятно, по множеству причин - Земля - единственный известный нам мир, где жизнь зародилась, поддерживала, процветала, преобразовывала биосферу и становилась сложной, разумной и технологически продвинутой. Когда ученые говорят, что ищут «Землю 2.0» или «землеподобную» экзопланету, они ищут условия, похожие на те, в которых нам посчастливилось испытать.
Но в таком образе мышления заложена неявная предвзятость. Мы предполагаем, что условия, которые испытала (и продолжает испытывать) Земля, являются наиболее благоприятными для достижения желаемого нами результата. Но по мере того, как мы узнаем все больше и больше о Вселенной, у нас есть все основания оспаривать это предположение. Вот пять способов, которыми это может проявляться.
1.) Размер планеты Размер Земли - самое то, не так ли? Если мы слишком велики, мы будем цепляться за массивную водородно-гелиевую оболочку (как у Нептуна или Урана); если мы слишком малы, мы вообще не сможем хорошо удерживать нашу атмосферу (как Марс или Меркурий). Следовательно, размер Земли - это то, что нужно, не так ли?
Только спутник Сатурна Титан меньше Марса, но удерживает более плотную атмосферу, чем даже Земля. Венера, меньше и менее массивная, чем Земля, имеет на своей поверхности атмосферное давление в 90 раз больше, чем у нас. А Европа, большой водный мир спутника Юпитера, может иметь идеальные условия для подземной океанической жизни. Эти примеры, даже ограниченные нашей собственной Солнечной системой, напоминают нам, что возможность жизни существует во многих мирах самых разных размеров, и что быть «размером с Землю» не является особым свойством.
2.) Идея «обитаемой зоны». Если у вас есть планета размером с Землю с атмосферой, подобной земной, каково правильное место от вашей родительской звезды, чтобы иметь правильную температуру, чтобы допускать жидкую воду на вашу поверхность? Ответ на этот вопрос, каким бы произвольным он ни был, заключается в том, как мы пришли к определению, которое мы обычно используем на диаграммах для «обитаемой зоны».
Но в том-то и дело, что планета, находящаяся на гораздо большем расстоянии от своей звезды, могла иметь более плотную атмосферу, что приводило к умеренным условиям. Планета с гораздо более низким альбедо или с особыми свойствами облачного покрова может быть ближе к своей родительской звезде и при этом иметь умеренные условия. На более горячих планетах в верхних слоях атмосферы может процветать жизнь; на более холодных планетах может существовать жизнь под поверхностью льда. «Обитаемая зона» - это предвзятое место для начала, и наука продвинулась до точки, когда это наивное определение больше не является полезным.
3.) Потребность в солнцеподобной звезде Подавляющее большинство звезд во Вселенной - красные карлики: массовые звезды, стабильно и медленно догорающие, в то время как только около 20% всех звезд разделит судьбу Солнца: сгорая миллиарды лет, становясь красным гигантом и заканчивая свою жизнь планетарной туманностью. Хотя некоторые (в основном в нижней части диапазона массы) красные карликовые звезды вспыхивают, и большинство планет, вращающихся вокруг красных карликов, будут заблокированы приливами, эти условия не обязательно препятствуют жизни.
Здесь есть реальный риск выплеснуть вместе с водой и пресловутого младенца. Да, жизнь, вероятно, невозможна в некоторых системах красных карликов, но пока мы не проведем перепись этих многочисленных планетных систем и не измерим свойства этих миров и, если они есть, их атмосферы, мы не можем ответственно заключить, что жизнь не существует. изобилует многими из них.
4.) Саморегулирует ли жизнь свою биосферу?Это еще один ключевой вопрос, на который у нас нет достаточного ответа.: может ли планета, которая стала бы непригодной для жизни только из-за физических и химических процессов, на самом деле трансформироваться, чтобы оставаться пригодной для жизни в течение долгих астрономических временных масштабов благодаря наличию ранней простой жизни?
Мы знаем, что здесь, на Земле, существует множество механизмов обратной связи, и что большие внешние изменения, скажем, в потреблении энергии могут привести только к небольшим изменениям в нашей биосфере. Является ли наличие ранней жизни на планете, когда, возможно, условия более благоприятны для ее возникновения, ключом к открытию долгосрочной стабильности жизни на планете? Если это так, то мы не сможем фундаментально понять, что делает планету потенциально пригодной для жизни (тем более обитаемой в течение длительного времени), пока не разберемся в этом вопросе лучше.
5.) Действительно ли металлы имеют значение? Для самого первого поколения звезд для их образования использовались только водород и гелий из. В нашей Солнечной системе около 1-2% от общей массы всего в ней состоит из более тяжелых элементов (таких как кислород, углерод, азот и другие элементы, необходимые для жизни). Звезды без достаточного количества тяжелых элементов не могут производить каменистые планеты и необработанные молекулы, необходимые для возникновения жизни.
Но где проходит черта? Может ли солнечная система с половиной тяжелых элементов нашей собственной произвести планету с жизнью и органикой? Можно ли с 10%? Как насчет 1%? А как насчет, в другом направлении, 500%? Всякий раз, когда у нас есть размер выборки 1, мы понятия не имеем, повезло ли нам, или мы являемся типичным примером наибольших шансов на успех. Это лишь некоторые из открытых вопросов, которые мешают нам дать полезное определение того, что на самом деле подразумевается под «землеподобным».
Неприятный факт заключается в том, что Вселенная действительно играет с нами в игру чисел. Когда мы смотрим на Вселенную, это правда: только в нашем Млечном Пути есть где-то около 10 миллиардов планет размером с Землю, которые вращаются вокруг звезд в том, что мы традиционно называем обитаемой зоной вокруг звезд, которые по массе и температуре близки к наше Солнце. Значительная часть из них имеет те же доли тяжелых элементов, что и наша собственная Солнечная система, что указывает на то, что эти типы экзопланет, которые мы могли бы назвать кандидатами на «Землю 2.0», действительно многочисленны.
Но есть много, много других типов экзопланет, которые не соответствуют всем этим критериям, многие из которых гораздо более многочисленны, чем те, которые мы наивно описываем как похожие на нашу собственную планета. Поиск «землеподобной» планеты может привести к тому, что мы упустим многие или даже большинство планет в галактике, где действительно закрепилась и процветала жизнь.
Наоборот, гораздо лучший подход - смотреть на все, на что мы способны смотреть, и непредвзято относиться к тому, что мы можем найти. Конечно, легко привести аргумент, что:
- жизнь здесь, на Земле, идет очень хорошо,
- так что эти условия должны, по крайней мере, допускать возможность того, что миры с условиями, подобными Земле, также могут иметь жизнь,
- так что давайте сначала посмотрим туда, в зачаточном состоянии наших поисков жизни на экзопланетах.
Именно такое мышление гарантирует, что мы получим предвзятые результаты при любом поиске, который мы выполняем. Если мы решим еще до того, как посмотрим, что жизнь не может существовать вокруг красных карликов, что экзопланеты или экзолуны неправильного размера или орбиты никогда не могут быть пристанищем для жизни, или что звезды с недостатком тяжелых элементов не могут иметь поддерживающих жизнь планет, мы рискуем упустить не только многие экземпляры жизни во Вселенной, но и подавляющее большинство обитаемых планет.
Дело в том, что почти 80% звезд в галактике - это маломассивные красные карлики. Очень вероятно, что миров размером с Марс или Меркурий будет больше, чем миров размером с Землю. Вероятно, существует множество атмосферных условий, которые могут позволить жизнь на различных орбитальных расстояниях. Может быть даже больше экзолун большого размера , особенно вокруг богатых газом массивных экзопланет , чем экзопланет земного размера.
Так заманчиво предположить, что если у нас есть один пример успеха (Земля), мы должны искать примеры, которые подражают известному успеху. Но это не правильный научный подход; правильный подход состоит в том, чтобы искать как можно больше возможных миров, которые включают, но не ограничиваются планетами с теми же условиями, что и Земля. Вполне возможно, что большинство планет с условиями, подобными земным, вообще непригодны для жизни, в то время как многие планеты с условиями, отличными от наших, могут быть даже более подходящими для жизни. Пока измерения не дадут ответ, было бы преждевременно думать, что «похожий на Землю» имеет какое-либо научное значение, выходящее за рамки наших собственных предполагаемых предубеждений.