Что такое гипотеза уникальной Земли?

Земля — единственный известный нам мир, где жизнь не только возникла, но и развилась в миллионы сложных форм.

Биологические организмы являются наиболее сложными из известных систем во Вселенной. Даже бактерии намного сложнее, чем самые большие галактики.

За последние 30 лет астрономы обнаружили тысячи планет возле других звезд, пара десятков из которых представляют собой миры размером с Землю, вращающиеся в обитаемой зоне своих звезд.

Судя по количеству известных земле-подобных планет, по оценкам астрономов, только в нашей галактике находятся десятки миллиардов каменистых планет, которые вращаются в обитаемой зоне. Жизнь может быть сложной, но с таким количеством потенциальных мест, где она может существовать, кажется очень маловероятным, что Земля — единственная планета, населенная жизнью.

Однако, хотя статистически маловероятно, что мы одиноки в космосе, существует одна гипотеза, утверждающая, что жизнь существует чрезвычайно редко. Эта гипотеза известна как гипотеза уникальной Земли.

Термин «уникальная земля» (Rare Earth) происходит из книги Питера Уорда, геолога и палеонтолога, и Дональда Браунли, астронома и астробиолога. Они воспользовались расширенным уравнением Дрейка для доказательства того, что существование планеты с земными характеристиками во Вселенной следует считать невероятно редким явлением.

Главный аргумент гипотезы заключается в том, что условия на Земле, которые позволяют существование и процветание жизни, чрезвычайно редки в космосе.

Необходимо было соблюсти большое количество факторов, чтобы жизнь не только возникла, но и эволюционировала в сложные организмы.

Земля должна была вращаться вокруг Солнца на правильном расстоянии, чтобы жидкая вода могла образоваться на поверхности, была необходима стабильная атмосфера с нужными химическими веществами, а температура поверхности должна оставаться стабильной в течение длительных периодов времени.

Кроме того, в гипотезе перечислены другие факторы, которые, возможно, способствовали эволюции жизни, в том числе удаленность Солнечной системы от центра Млечного Пути, размер нашей Луны, взаимодействие между всеми планетами в Солнечной системе и тектоника плит на Земле.

Без любого из этих факторов вполне возможно, что жизнь на Земле никогда бы не развилась дальше одноклеточных организмов.

Главный аргумент гипотезы уникальной Земли заключается в том, что все перечисленные факторы будут чрезвычайно редки в космосе.

В нем утверждается, что вероятность того, что все эти факторы будут соблюдены, настолько мала, что сложная жизнь может никогда не возникнуть на большинстве обитаемых миров.

Важно отметить, что простые формы жизни, такие как бактерии, все еще могут быть очень распространены, но условия никогда не позволят им эволюционировать в более сложные формы.

Уравнение уникальной Земли

Уравнение уникальной земли, предложенное Уордом и Браунли, является ответом на уравнение Дрейка. Оно вычисляет N, количество похожих на Землю планет в Млечном Пути со сложными формами жизни, как:

где:

N* — количество звезд в Млечном Пути . Это число неточно оценено, потому что масса Млечного Пути оценена недостаточно точно, а информации о количестве маленьких звезд мало. N * составляет не менее 100 миллиардов и может достигать 500 миллиардов.

n_e — среднее количество планет в обитаемой зоне звезды. Эта зона довольно узкая, поскольку она ограничена требованием, чтобы средняя планетарная температура соответствовала тому, чтобы вода оставалась жидкой в ​​течение времени, необходимого для развития сложной жизни. Таким образом, n_e=1 является вероятной верхней границей.

f_g — доля звезд в галактической обитаемой зоне (некоторые ученые оценивают этот фактор как 0,1).
f_p — доля звезд Млечного Пути с планетами.
f_pm — это доля каменистых («металлических») планет, а не газообразных.
f_i — это доля обитаемых планет, на которых возникает микробная жизнь.
f_с — это доля планет, на которых развивается сложная жизнь. В течение 80% времени с момента появления микробной жизни на Земле существовала только бактериальная жизнь. Следовательно, эта доля может быть небольшой.
f_l — это доля от общей продолжительности жизни планеты, в течение которой присутствует сложная жизнь. Сложная жизнь не может существовать бесконечно, потому что энергия, излучаемая звездой, позволяющей зародиться сложной жизни, постепенно возрастает, и центральная звезда в конечном итоге становится красным гигантом, поглощающим все планеты в обитаемой зоне. Кроме того, при наличии достаточного количества времени катастрофическое исчезновение всей сложной жизни становится все более вероятным.
f_m — доля обитаемых планет с большой луной. Если теория гигантского удара о происхождении Луны верна, эта доля мала.
f_j — доля планетных систем с большими юпитерианскими планетами. Эта доля может быть большой.
f_me — доля планет с достаточно низким числом вымираний. Небольшое количество таких событий, произошедших на Земле после кембрийского взрыва, может быть необычным, и в этом случае эта доля будет небольшой.

Уравнение уникальной Земли, в отличие от уравнения Дрейка, не учитывает вероятность того, что сложная жизнь эволюционирует в разумную жизнь, открывающую технологии. Есть мнение о том, что эволюционный путь от примитивных кембрийских хордовых, например, Pikaia до Homo sapiens, был крайне маловероятным событием.

Например, большой мозг человека имеет заметные адаптивные недостатки, требуя дорогого метаболизма, длительного периода беременности и детства.  Другие невероятные особенности человека включают в себя:

• Homo sapiens является одним из немногих сохранившихся двуногих наземных (нептичьих) позвоночных. В сочетании с необычной координацией глаз и рук это позволяет ему ловко манипулировать физической средой руками;
• Голосовой аппарат Homo sapiens гораздо более выразительный, чем у любого другого млекопитающего, что позволяет говорить. Речь позволяет людям взаимодействовать совместно, делиться знаниями и приобретать культуру;
• Способность формулировать абстракции до степени, позволяющей создать математику и заниматься наукой.

Контраргументы

Гипотеза уникальной Земли — довольно спорная гипотеза в астрономии. Хотя она приводит несколько хороших аргументов, многие ученые утверждают, что она слишком предвзято относится к земной жизни.

Поскольку земная жизнь — единственная известная нам форма жизни, любые наши предположения об инопланетной жизни будут предвзятыми, основанными на том, что мы знаем.

Для жизни на Земле, возможно, потребовались многие из факторов, перечисленных в гипотезе уникальной земли, но они могут не требоваться для жизни в целом. Более того, многие факторы гипотезы могут вообще не соответствовать действительности.

Например, астрономы обнаружили, что скалистые планеты, вращающиеся внутри обитаемых зон, довольно распространены в нашей галактике. Другие факторы, такие как размер нашей Луны и взаимодействие между планетами, также могут быть не нужны для эволюции сложной жизни.

Жизнь на Земле адаптировалась к условиям нашего мира в течение многих миллиардов лет. На другой планете с другими условиями жизнь может вести себя так же.