Астрономия и космосПопулярная наука

Согласно новой модели, мы должны найти внеземную жизнь в радиусе 65 световых лет

В 1960 году легендарный астроном и пионер SETI доктор Фрэнк Дрейк представил свое вероятностное уравнение для оценки количества возможных цивилизаций в нашей галактике — уравнение Дрейка.

Ключевым параметром в этом уравнении было n e — количество планет в нашей галактике, способных поддерживать жизнь. В то время астрономы еще не были уверены, что у других звезд есть планеты. Но на сегодняшний день подтверждено существование 5523 экзопланет, и еще 9867 ждут подтверждения.

На основе этих данных астрономы дали различные оценки количества обитаемых планет в нашей галактике — по одной из оценок, их не менее 100 миллиардов.

В недавнем исследовании профессор Пьеро Мадау представил математическую основу для расчета количества обитаемых планет в пределах 100 парсеков (326 световых лет) от Солнца.

Предполагая, что Земля и Солнечная система соответствуют норме, он подсчитал, что этот объем космического пространства может содержать до 11 000 экзопланет размером с Землю, вращающихся внутри обитаемых зон своих звезд (HZ, habitable zones).

Пьеро Мадау — профессор астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Санта-Крус (UCSC). Центральное место в его исследовании занимает принцип Коперника, названный в честь знаменитого польского астронома Николая Коперника, изобретателя гелиоцентрической модели.

Этот принцип, также известный как Космологический принцип, гласит, что каждый наблюдатель в один и тот же момент времени, независимо от места и направления наблюдения, обнаруживает во Вселенной в среднем одну и ту же картину.

В своем исследовании Мадау рассмотрел, как зависящие от времени факторы сыграли жизненно важную роль в возникновении жизни во Вселенной. Сюда входит история звездообразования нашей галактики, обогащение межзвездной среды (ISM) тяжелыми элементами (сформированными в недрах первой популяции звезд), образование планет и распределение воды и органических молекул между планетами. Как объяснил ученый, центральная роль времени явно не подчеркивается в уравнении Дрейка:

«Уравнение Дрейка представляет собой полезное обобщение факторов (вероятностей), которые могут повлиять на вероятность обнаружения миров с жизнью – и, в конечном итоге, технологически развитых внеземных цивилизаций – вокруг нас сегодня. Но эта вероятность и эти факторы зависят, среди прочего, от истории звездообразования и химического обогащения местного галактического диска, а также от сроков возникновения простой микробной и, в конечном итоге, сложной жизни».

Уравнение Дрейка, математическая формула для вероятности нахождения жизни или развитых цивилизаций во Вселенной.
Уравнение Дрейка, математическая формула для вероятности нахождения жизни или развитых цивилизаций во Вселенной.

Земля — относительный новичок в нашей галактике, она образовалась вместе с Солнцем примерно 4,5 миллиарда лет назад (то есть ее возраст составляет менее 33% от возраста Вселенной).

Между тем жизни потребовалось около 500 миллионов лет, чтобы выйти из первобытных условий, существовавших на Земле около 4 миллиарда лет назад.

Примерно через 500 миллионов лет после этого фотосинтез возник в форме одноклеточных организмов, которые метаболизировали углекислый газ и производили газообразный кислород в качестве побочного продукта. Это постепенно изменило химический состав нашей атмосферы, вызвав Великое событие окисления около 2,4 миллиарда лет назад и, в конечном итоге, возникновение сложных форм жизни.

Последовал долгий процесс химической и биологической эволюции, который в конечном итоге привел к созданию условий, пригодных для сложной жизни и появлению всех известных видов.

Учитывая важность этих зависящих от времени шагов, ученый утверждает, что уравнение Дрейка — это только часть истории. Заглянув за рамки этого, он создал математическую основу для оценки того, когда в нашем уголке галактики сформировались «планеты умеренного пояса» (TTP, temperate terrestrial planets) и могла возникнуть микробная жизнь.

Эта система позволяет астрономам определить, какие потенциальные целевые звезды (в зависимости от массы, возраста и металличности) могут быть оптимальными кандидатами для поиска атмосферных биосигнатур.

Как описал Мадау, его подход состоит в рассмотрении местного населения долгоживущих звезд, экзопланет и TTP как ряда математических уравнений, которые можно решить численно как функцию времени:

«Эти уравнения описывают скорость изменения звезд, металлических, гигантских и каменистых планет, а также формирования пригодных для жизни миров на протяжении истории солнечной системы, региона, где более подробные расчеты оправданы лавиной новых данных с космических и наземных объектов. Уравнения носят статистический характер, то есть они описывают не рождение и эволюцию отдельных планетных систем, а скорее изменение (с течением времени) популяции (по количеству) TTP в пределах 100 парсеков от Солнца».

В конечном итоге анализ Мадау показал, что в пределах 100 парсеков от Солнца может находиться до 10 000 каменистых планет, вращающихся в пределах HZ своих звезд.

Он также обнаружил, что образование TTP вблизи нашей Солнечной системы, вероятно, было эпизодическим, начиная со вспышки звездообразования примерно 10-11 миллиардов лет назад, за которой последовало другое событие, достигшее пика около 5 миллиардов лет назад и создавшее Солнечную систему.

Еще один интересный вывод из математической структуры показывает, что большинство ТТP в пределах 100 парсеков, вероятно, старше Солнечной системы, подтверждая, что мы относительно поздно присоединились к «празднику жизни».

Не менее интересны последствия, которые это исследование может иметь для поиска внеземной жизни.

Используя общепринятую временную шкалу возникновения жизни на Земле (абиогенез) и применяя консервативную оценку распространенности жизни на других планетах (параметр f i уравнения Дрейка), модель Мадау также указала, насколько далеко находится ближайшая экзопланета, на которой может быть жизнь:

«Итак, если микробная жизнь возникла так же быстро, как и на Земле, в более чем 1% TTP, то можно ожидать, что ближайшая планета, похожая на Землю, будет находиться на расстоянии менее 20 парсек от нас (65 световых лет)», — сказал он. «Это может дать повод для некоторого осторожного оптимизма в поисках маркеров обитаемости и биосигнатур с помощью следующего поколения крупных наземных телескопов. Излишне говорить, что обнаружить биосигнатуры будет чрезвычайно сложно. А также возможно, что жизнь настолько редка, что в пределах килопарсек или более не существует биосигнатур, которые мы могли бы обнаружить».

Конечно, нет никаких гарантий, что какие-либо ТТP вблизи нашей Солнечной системы могут поддерживать жизнь. Причины и общность абиогенеза — одно из наименее изученных научных направлений, главным образом из-за скудности данных.

Вооружившись лишь одним примером (Земля и земные организмы), ученые не могут с уверенностью сказать, какое сочетание условий необходимо для возникновения жизни.

Мадау также подчеркивает, что (как и уравнение Дрейка) его подход носит статистический характер. Тем не менее, его работа может иметь значительные последствия для астробиологии в ближайшем будущем.

Используя нашу Солнечную систему в качестве ориентира, а также многие другие параметры, по которым имеются объемы данных (например, звездообразование, массу, размер, металличность и количество близлежащих экзопланет, вращающихся в пределах обитаемой зоны звезды), ученые смогут отдать приоритет определенным звездным системам для исследования с использованием телескопов нового поколения.

«Количество и характеристики планет земного типа станут основным научным показателем для будущих флагманских космических миссий. С быстро приближающейся возможностью поиска обитаемой среды и жизни на экзопланетах возникает реальная проблема разработки оптимальной стратегии наблюдений. Детальные спектральные исследования атмосфер нескольких экзопланет должны сопровождаться популяционными исследованиями, призванными выявить тенденции в свойствах планет, и статистическими исследованиями, которые позволят нам оценить вероятность обнаружения биосигнатур».

Поделиться в соцсетях
Дополнительно
ArXiv (pdf)
Показать больше
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Back to top button