Зона, придатна для життя

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Зона, придатна для життя — в астрономії позначає область поблизу зорі, де температура, створювана за рахунок поглинання потоку випромінювання зорі твердою поверхнею екзопланети чи іншого твердого тіла, що перебуває в цій зоні, відповідає температурному діапазону існування води у рідкому стані. Рідка вода на сьогодні вважається необхідною умовою для можливості виникнення життя земного типу, оскільки вона потрібна для біохімічних реакцій[Джерело?].

Фізичні характеристики[ред.ред. код]

Зоря випромінює енергію у вигляді світла згідно з законом чорного тіла й відповідно потік випромінювання з одиниці площі зорі залежить від її ефективної температури: чим вища температура поверхневих шарів, тим більша кількість енергії, що випромінюється з одиниці площі поверхні зорі за секунду. Разом з тим, чим більша площа поверхні зорі, яка пропорційна квадрату її радіусу, тим більша загальна кількість випроміненої зорею енергії в одиницю часу й, відповідно, її світність.

Потік випромінювання від зорі зменшується пропорційно квадрату пройденої відстані, тому чим далі від зорі перебуває якесь космічне тіло (планета, комета чи астероїд), тим менший потік випромінювання від зорі падає на одиницю його поверхні, і відповідно, тим менше ця поверхня нагріватиметься поглинутим промінням. На певній відстані від зорі внаслідок поглинання потоку випромінювання температура на поверхні цього тіла становитиме близько 100°C (температура кипіння води). Ця відстань дає ближню межу, за якою вода може перебувати в рідкому стані. Із віддаленням космічного тіла від зорі, потік випромінювання, що падає на його поверхню, зменшується й на певній відстані від зорі температура поверхні тіла становитиме 0°C (температура замерзання води). Ця відстань дає зовнішню межу, до якої вода ще може існувати у рідкому стані на поверхні такого космічного тіла.

Таким чином, порівнюючи з Сонячною системою, відстань від зорі, на якій існує зона, придатна для життя земного типу, обчислюється виходячи з розміру та світності зорі. Центр зони життя для кожної конкретної зорі обчислюють за формулою:

d_{AU} = \sqrt {L_{star}/L_{sun}}
де
d_{AU} \, - середній радіус зони, придатної для життя, астрономічних одиниць,
L_{star} \, - болометричний показник (світність) зорі,
L_{sun} \, - болометричний показник (світність) Сонця.

Сонячна система[ред.ред. код]

У Сонячній системі зона, придатна для життя, охоплює проміжок від 0,95 до 1,37 астрономічних одиниць від Сонця[Джерело?] й в цій області розташовані планети Венера[Джерело?], Земля та Марс.

Науковці вважають, що колонізація космосу в Сонячній системі на першому етапі охопить саме зону, придатну для життя[Джерело?].

Температура на орбіті Землі[ред.ред. код]

Оскільки орбіта Землі не є колом, то необхідно враховувати параметри еліпса. Радіус земного афелію рівний:

R_{EA}=1.52097701\cdot 10^{11} м

Радіус земного перигелію рівний:

R_{EP}=1.47098074\cdot 10^{11} м.

Величина напівосі земної орбіти:

a_E=R_{E.orb}=1.495978875\cdot 10^{11} м,

а величина ексцентриситету:

\epsilon_E=\frac{\xi_E-1}{\xi_E+1}=0.016710219 ,

де \xi_E=\frac{R_{EA}}{R_{EP}}=1.033988392 .

Сонячна світність, люміносіті (luminocity) є величина постійна для Сонячної системи:

L_{Sol}=4\pi R_{Sol}\sigma T_{Sol}^4=3.8460\cdot 10^{26} Вт,

де R_{Sol})=6.955\cdot 10^{8} м – радіус Сонця; T_{Sol}=5780 К – Температура поверхні Сонця; \sigma=\frac{\pi^2k_B^4}{60c^2\hbar^3}=5.6703730\cdot 10^8 Вт/Т4 м2- постійна Стефана-Больцмана. Значення температури (потенційне) на орбіті Землі визначається формулою:

T_i= (\frac{L_{Sol}}{4\pi R_i^2\sigma})^{1/4}К.

Температура на орбіті для різних крайніх точок подана в Таблиці 1:

Таблиця 1: Температура на земній орбіті
n/n Радіус орбіти, м Температура, К
1 R_{EP}=1.47098074\cdot 10^{11} 397.414
2 a_E=R_{E.orb}=1.495978875\cdot 10^{11} 394.080
3 R_{EA}=1.52097701\cdot 10^{11} 390.828

Очевидно, що значення температури випромінювання Сонця на орбіті Землі достатні для існування води у всіх її станах. Температура плавлення води рівна:

T_m(H_2O)=273.16 К,

а температура випаровування:

T_w(H_2O)=373.16 К.

Таким чином, на всіх ділянках орбіти Землі ми маємо діапазон потенційних температур (390,8 – 397,4)К, який перевищує температуру кипіння води! Це створює певний запас на відбиття сонячних променів від атмосфери, суші землі, води та снігу (льоду). Також очевидно, що Марс не відповідає даній умові, оскільки не має запасу міцності по відбиттю від своєї поверхні та атмосфери. Потенційна температура на орбіті Марса рівна:

 T_{Mars}=(\frac{L_{Sol}}{4\pi R_{Mars}^2\sigma})^{1/4}=319.255 К,

де R_{Mars}=2.27939\cdot 10^{11} м – радіус орбіти Марса.


Планетні системи навколо інших зір[ред.ред. код]

Система Глізе 581[ред.ред. код]

Глізе 581 c, друга планета в системі червоного карлика Глізе 581 (20 світлових років від Землі), є прикладом екзопланети, яка розташована в зоні, придатній для життя, і теоретично на ній може існувати життя земного типу[Джерело?].

Інші необхідні умови для виникнення життя земного типу[ред.ред. код]

Врахування всіх необхідних для існування життя умов визначає життєпридатність планети.

1. Наявність джерела енергії. Найпотужнішим, але не єдиним, зазвичай вистуває центральна зірка. По інтенсивності передачі енергії від центральної зікри планеті і визначається зона придатни до життя. Ще може бути енергія припливів від інших небесних тіл, енергія ядра планети, хімічна енергія, тощо.

2. Рівень радіаційного фону. Жорстке випромінювання руйнує складні органічні молекули, що значно ускладнює існування білкової форми життя.

3. Стабільність орбіти дозволяє формуванню стабільних умов на самій планеті.

4. Хімічний склад повинен бути досить різноманітним, так як для формування життя потрібні різні хімічні елементи.

Див. також[ред.ред. код]

Література[ред.ред. код]

1.Аллен К.У Астро-физические величины. Пер. с англ. Халилуева Х.Ф. под ред. Мартынова Д.Я. М.:Мир, 1977.-446с. (див. Формулу та таблицю на ст. 216).


Джерела[ред.ред. код]

Посилання[ред.ред. код]