Кратность звезд
Наше Солнце является одиночной звездой. Последние сомнения в этом фактически были развеяны космическим телескопом WISE, который был способен обнаружить во всей сфере притяжения Солнца даже крупную планету массой с наш Юпитер. Среди желтых карликов одинокость наблюдается лишь примерно в половине случаев. До открытия первых планет многие астрономы предполагали, что планеты в двойных звездах большая редкость, по причине постоянных гравитационных возмущений от нескольких звезд в системе. Только совсем недавно новые телескопы смогли прояснить этот вопрос. Об этом подробно я писал здесь. Планеты в кратных звездных системах бывают двух типов: когда планет(ы) вращаются вокруг одной из звезд двойной или когда планет(ы) обращаются вокруг сразу двух или более звезд. По первому типу из последних открытий планет следует, что при уменьшение большой полуоси звездной двойной от 1000 до 10 а.е. встречаемость планет в по сравнению с одиночными звездами уменьшается от 2 до 5 раз. По второму типу встречаемость планет не хуже, чем у одиночных звезд. Все это говорит, что образование планет в кратных звездных системах идёт почти также активно, как у одиночных звезд.
Кроме того, орбиты планет в двойных системах не постоянны. Они то приближаются к звезде и всё на них поджаривается, то удаляются в дальний космос и всё на них леденеет. Жизнь в таких условиях вряд ли возможна.
Расположение в Галактике
Наша Солнечная Система расположена в спиральной галактике, в промежутке между её спиралями. Считается, что это место является особенным — скорость вращения по галактической орбите там равна скорости вращения звезд в спиральных рукавах. Вследствие этого наше Солнце не должно проходить через галактические рукава. Галактические рукава являются опасным местом для жизни. Там происходит бурное звездобразование с частыми вспышками сверхновых звезд. В дополнение при пересечение галактических рукавов должны происходить близкие пролеты звезд, что может дестабилизировать облака Оорта и привести к мощной кометной бомбардировке планет Солнечной Системы.
Значительную долю звезд рукавов галактики составляют массивные молодые звезды, время жизни которых ограничено несколькими миллионами звезд. В промежутке же между галактическими рукавами, где и находится наше Солнце, количество молодых звезд невелико. Ближайшие из них — Сириус, Эпсилон Эридана, Вега и Фомальгаут. Из палеонтологических исследований мы хорошо знаем, что время эволюции жизни на Земле составило несколько миллиардов лет, следовательно высокоразвитая жизнь у молодых звезд практически исключена.
Другим важным свидетельством уникальности нашей планетной системы является почти полное отсутствие известных родственников нашего Солнца, родившихся с ним из одного протозвездного облака. Только совсем недавно был найден первый такой кандидат. Об этом я писал здесь. Сложность в поиске родственников Солнца говорит о том, что наша звезда образовалась в маломассивном звездном скопление из нескольких тысяч звезд. Из-за небольшой массы оно достаточно быстро рассеялось по галактической орбите. В то время, как очень массивные скопления остаются гравитационно стабильными в течение многих миллиардов лет (наиболее яркий пример этого — шаровые скопления).
Технический прогресс в недалеком будущем позволит радикально уточнить вопрос о том насколько уникально положение Солнечной Системы в нашей галактике. Миссия космического телескопа Гайя сможет уточнить галактические орбиты около одного миллиарда звезд до 20 звездной величины.
Химический состав
Как известно изначально в ранней Вселенной был только один химический элемент - водород. С помощью термоядерных реакций в недрах звезд происходил синтез более тяжелых химических элементов вплоть до железа. Взрывы массивных звезд (это явление называется сверхновая) рассеивали эти элементы по галактике, а также синтезировали еще более тяжелые элементы, к примеру, уран и плутоний. В связи со всем этим химический состав звездных систем радикально различается. Если первые звезды были очень бедны тяжелыми элементами, то более старые звезды наоборот ими богаты. Ко второй группе и относится наше Солнце. Любая форма жизни на Земле включает в себя тяжелые элементы, образовавшиеся в недрах звезд. В связи с этим существует несколько теорий об уникальности жизни в зависимости от химического состава звезд. Во-первых предполагается, что мы возможно первая развития цивилизация, а другие пока еще не успели развиться из-за того, что их планетные системы более бедны тяжелыми элементами. Во-вторых, в случае бедности тяжелыми элементами затруднен процесс образования планет, так как для образования любой планеты необходимо железно-каменное ядро, которое бы смогло захватить из протопланетного диска уже более легкие элементы.
Шесть основных химических элементов земной жизни. Источник.
Поначалу поиски планет подтверждали вторую гипотезу. Во-первых поиски транзитных планет в шаровых скоплениях, состоящих из самых старых звезд в Галактике, не смогли открыть ни одной планеты. Во-вторых наблюдалась четкая корреляция встречаемости планет-гигантов в зависимости от химического состава их звезд. Чем звезды были менее богаты тяжелыми элементами, тем реже у них находили планеты-гиганты. Однако, когда поиски планет переключились на небольшие планеты, массой всего несколько масс Земли, то корреляция со звездным химическим составом наоборот практически исчезла. Более того, у некоторых очень старых звезд (и соответственно очень бедных тяжелыми элементами) найдены массивные каменные планеты, с плотностями сравнимыми с плотностью нашей Земли. Об эти открытиях я уже писал здесь, здесь и здесь.
Кроме того, химический состав звёзд зависит от удалённости от центра галактики. Чем ближе к центру, тем в звёздной пыли, из которой образуются звёзды, больше тяжёлых элементов. Учёные прогнозируют ближе к центру галактики углеродные планеты с бензиновыми океанами и графитовыми скалами.
Ещё состав планет зависит от близости к светилу. Видимо, из-за гравитационной сепарации веществ по и х удельному весу. Чем ближе к центру протопланетного облака, тем тяжелее. И наоборот.
Меркурий почти весь состоит из металлов. Типа ядра Земли. Кора Венеры по типу океаническая – более тяжёлая. На Венере только небольшие острова континентальной коры. Кора Марса в основном материковая. Только небольшая трещина на планете содержит океаническую кору.
Надо ли объяснять, что химический состав поверхностей планет будет разный. И вряд ли на некоторых из них будет достаточно необходимых элементов для возникновения жизни в известных нам формах.
Образование планеты в зоне жизни
Наша Земля находится почти посередине области, где возможно наличие на поверхности воды в жидкой форме. Изучение соседней планеты Марса также говорит, что несколько миллиардов лет назад жидкая вода там покрывала значительную часть поверхности. Современные теоретические работы не видят никаких препятствий в образование планет с такими орбитами у разных типов звезд. Только совсем недавно в этой области астрономы получили возможность перейти от теории к практике. Проще всего найти близнецы Земли у красных карликов. Предварительный анализ находок телескопа Кеплер говорит о том, что такие планеты встречаются почти у каждого красного карлика. С другой стороны, у телескопа Кеплера не хватило чувствительности для поиска аналогов Земли у желтых карликов. Тем не менее, астрономы не сдаются, и пытаются все же найти эти планеты в собранных данных. Из этих поисков следуют оценки, что такие планеты могут встречаться лишь у нескольких процентов желтых карликов. Еще более сложной задачей является поиск у аналогов Земли аналогов земной Луны, которая как я говорил выше, является важным фактором изучения уникальности земной жизни во Вселенной.
Художественное изображение планеты Кеплер-186f, наиболее похожей на Землю из известных экзопланет на данный момент. Источник.
Биомаркеры
Сам факт нахождения аналога Земли или даже аналога системы Земля-Луна лишь первый шаг в поиске там внеземной жизни. Самым весовым свидетельством наличия жизни на планете является обнаружение в ее спектре линии свободного кислорода. Свободный кислород в значимых количествах (несколько десятков процентов) наблюдается в Солнечной Системе лишь на Земле. Более того теоретики сходятся во мнение, что только биосфера может образовать атмосферу, богатую кислородом. Поэтому обнаружение четких спектроскопических линий кислорода в атмосферах экзопланет станет весомым свидетельством наличия там внеземной жизни. Справедливости ради можно сказать, что существуют работы, которые доказывают возможность образования свободного кислорода через небиологические механизмы.
Получение спектров аналогов Земли является очень сложной технической задачей, и будет возможно лишь с помощью будущих телескопов. Также эти же телескопы смогут измерить период вращения планеты на основе фазовой кривой её фотометрии, построить глобальную карту поверхности, на которой будет возможно, к примеру различить океаны и материки по отдельности или сезонные изменения растительности.
Черная линия означает спектр Земли, полученный во время наблюдения лунного затмения. Красные отметки это теоретический спектр будущего телескопа E-ELT при наблюдение транзитного аналога Земли в 10 парсеках от нас. Источник.
Экзотические звезды
В последние годы кроме звезд главной последовательности теоретики изучают возможность наличия внеземной жизни у белых карликов. Об этом подробно я писал здесь. Белых карликов в Галактике сравнимое количество со звездами похожими на наше Солнце. Теоретические условия для жизни там сравнимы с земными. Более того, поиск и получение спектров близнецов Земли у белых карликов значительно проще, чем у любого другого типа звезд в связи с их небольшими размерами. Не исключено, что линии кислорода будут найдены в первую очередь в подобных системах. Нечто подобное уже было в истории астрономии, когда первые планеты у нейтронных звезд (пульсаров) были открыты раньше, чем планеты у обычных звезд.
Сравнение нашей планеты и белого карлика.
Молчание Вселенной
Другой важный момент, который не даёт покоя астрономам — это поиск разумных радиосигналов, сигналов инопланетных лазеров или «сфер Дайсона». О реальных возможностях SETI я уже писал здесь. Из этого обзора следует, что служебные всенаправленные радиосигналы от похожих на нашу цивилизацию, мы пока не способны обнаружить даже от ближайших звезд. В случае, если инопланетяне специально излучают в сторону Земли, то шансы обнаружить этот сигнал уже велики. В этом случае остается лишь вопрос прослушивания неба на определенной частоте из миллиарда возможных частот, в определенный момент времени, в определенном направление неба. Очевидно, что такие поиски тесно связаны с техническим прогрессом, в основном с увеличением площадей радиотелескопов и вычислительных возможностей суперкомпьютеров. Кроме того, гораздо проще обнаружить нетепловое излучение радиационных поясов обитаемой планеты, чем сами искусственные сигналы внеземной цивилизации. Выше я уже говорил, что магнитное поле является важным индикатором биосферы. О поиске природного радиоизлучения от экзопланет я уже писал здесь и здесь.
Другой важный момент, где находятся более развитые технологически внеземные цивилизации? Наиболее логичное объяснение в том, что они не хотят выходить на контакт, считая что от него им будут только неприятности, сравнимые к примеру, с передачей туземцам атомной бомбы.
Возможно такие цивилизации создают «сферы Дайсона», полностью используя все излучение своей звезды. Поиск таких объектов осложнен тем, что их нужно уметь правильно отличить от огромного количества молодых звезд, которые окружены облаками пыли. В связи с этим, эти молодые звезды также, как и гипотетические «сферы Дайсона» излучают только в инфракрасном диапазоне. Или же таких сверхразвитых цивилизаций не существует, к примеру по причине ограниченности ископаемых ресурсов в любой из планетных систем.
Эпилог
Изложенные выше факторы говорят о том до сих пор остаётся огромная неопределенность в оценках распространенности биосфер в галактике, подобных земной. Пространство вариантов заключено между наличием такой биосферы почти у каждой звезды (за исключением молодых звезд и некоторых кратных звездных систем) до огромной их редкости. Чтобы найти истину в этих гипотезах необходимо почти у каждой близкой звезды произвести поиск планет похожих на нашу Землю, исследовать их спектры с целью определения химического состава атмосферы, а также тщательно изучить оптический и радио диапазоны на наличие искусственных сигналов в направление этой планетной системы. Пока в земные сети попадают в основном крупные планеты, которые проще всего обнаружить и исследовать. Будущие телескопы смогут проводить подобные исследования с похожими на Землю планетами. Эту работу можно будет сравнить со скрупулезным просеиванием песка у золотодобытчиков.
Дополнения:
.
Хотелось бы дополнить своими соображениями текст
Расположение в Галактике
Большая картинка галактики
Считается, что это место является особенным — скорость вращения по галактической орбите там равна скорости вращения звезд в спиральных рукавах. Вследствие этого наше Солнце не должно проходить через галактические рукава.
Во первых , Мало того что Солнце расположено на коротационной окружности, так оно еще прикрыто от центра галактики туманностями Стрельца. Если представить, что туманности Стрельца отсутствуют, то на нашем небе бы, появилось колоссальное светило. Видимый диаметр ядра Галактики близок к 28 градусам. Отсюда легко подсчитать, что на небе ядро должно занимать площадь, в сотни раз большую, чем видимая площадь полной Луны в полградуса. Как бы действовало это светило и какими излучениями ядро ионизировало земную атмосферу большой вопрос. Вполне возможно, что от этого количества высокоэнергетических частиц магнитное поле земли не спасало бы.
Во вторых , в коротационной окружности Солнце расположено точно в галактической плоскости отклоняясь от нее на 210 световых лет по вертикали с периодичностью 62 миллиона лет.Вдруг галактическое магнитное поле прикрывает звезды расположенные в эклиптике галактики, от бомбардировки внегалактических частицами. Ведь есть подозрения что именно с такой периодичностью на земле происходят вымирания флоры и фауны
Американские ученые из Университета Беркли, в ходе исследований выяснили, что жизнь на Земле исчезает с удивительной регулярностью тоже через каждые 62 млн. лет http://www.utro.ru/articles/2005/03/11/416201.shtml
.
В третьих, звезды а также их планеты, вне коротационного тора, подвергаются гораздо большему риску от последствий взрывов сверхновых, так как они проходят через спиральные рукава, особенно через зону галактической ударной волны: на внутренней кромке рукавов образуется спиралевидная полоса сжатого межзвездного газа, в которой, собственно, и рождаются звезды. В окрестностях Солнца, одна звезда приходится на 8 кубических парсеков, (в рукавах навскидку не знаю плотность в несколько раз выше) то в центре Галактики в одном кубическом парсеке находится 10 000 звезд. Говорят солнце последний раз проходило через рукав 4 миллиарда лет назад. После этого таких воздействий жизнь на нашей планете не испытывала
Изучая данные, собранные космическими миссиями Voyager, ученые смогли построить модель магнитного поля в окрестностях Солнечной системы. Согласно этой модели, силовые линии магнитного поля вблизи Солнечной системы не параллельны линиям "галактического" магнитного поля, а направлены под углом 60-90О к нему http://www.popmech.ru/article/1987-kosmicheskiy-separatizm/
Ничего не сказано о Юпитере. Есть же вроде гипотеза, что планеты-гиганты образуются в далеких областях протопланетного облака и затем медленно мигрируют к звезде, вычищая по дороге планетную систему от планет земного типа, встречающихся на пути. Остается непонятным, почему этот механизм не сработал в солнечной системе. Интересно есть ли открытые аналоги Юпитера в других звездных системах. Конечно с первого открытия экзопланеты прошло всего 14 лет. А период вращения Юпитера равен 12 годам. И методом транзита просто времени не хватит его открыть
Проще всего найти близнецы Земли у красных карликов. Предварительный анализ находок телескопа Кеплер говорит о том, что такие планеты встречаются почти у каждого красного карлика.
Не сказано что красные карлики обладают малой массой. Соответственно обитаемая зона находится очень близко к звезде и что самое важное она очень узкая. Небольшой эксцентриситет орбиты может дать большие перепады светимости , даже чем колебания самих по себе не спокойных красных карликов. А уж если в результате эксцентриситета , которого кстати у Земли практически нет, планеты выходит за обитаемую зону , то и существование жизни на ней будет подвержено большим воздействиям
По ограничениям образования обитаемых планет в галактике
Michael Gowanlock http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/1107/1107.1286v1.pdf
Краткий пересказ на русском
http://www.gazeta.ru/science/2011/07/12_a_3692741.shtml
Исходя из вышеизложенного, следует предположить, что жизнь земного типа если не уникальна в нашей галактике, то крайне редка. А тем более редка разумная жизнь, совпавшая по времени с другой разумной жизнью.
