Життєпридатність системи червоного карлика

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Планета, що обертається по орбіті навколо червоного карлика, в поданні художника

Виникнення і підтримання життя близько коричневих карликів, які, можливо, ще більш численні, вважається малоймовірним, так як тепло, що виділяється ними, дуже незначне і швидко розсіюється.

Характеристики червоного карлика[ред.ред. код]

Червоний карлик є найменшим, найбільш холодним і поширеним типом зірок. Оцінка їх чисельності варіюється в діапазоні від 70% до 90% від числа всіх зірок в галактиці[1][2]. Червоні карлики мають спектральний клас M або пізній K. З огляду на їх низьке випромінювання, жоден з червоних карликів непомітний з Землі неозброєним оком. Навіть найближчий до Сонця червоний карлик Проксима Центавра (найближча до Сонця зірка в потрійній системі) і найближчий одиночний червоний карлик, зірка Барнарда, мають видиму зоряну величину 11,09 і 9,53 відповідно. При цьому неозброєним поглядом можна спостерігати зірку із зоряною величиною до 7,72[3].

Дослідження[ред.ред. код]

Відносні розміри зірки і температури її фотосфери. Для досягнення типових для Землі температур планети повинні бути розташовані близько до червоного карлика

Протягом багатьох років астрономи виключали системи червоних карликів зі списку потенційних місць, в яких можливе існування життя. Невеликі розміри червоного карлика (0,1-0,6 M☉) означають, що їх ядерні реакції відбуваються дуже повільно і вони випускають мало світла (0,01-3% сонячного світла). Для того, щоб досягти температури поверхні, як на Землі, орбіта планети близько червоного карлика повинна бути розташована дуже близько до своєї зірки. Наприклад, для зірки AX Мікроскопа орбіта повинна бути 0,3 а.о. (Всередині орбіти Меркурія), а для Проксіми Центавра орбіта буде всього лише 0,032 а.о. (Рік на планеті тривав би всього 6,3 дні)[4].

Планети, які знаходяться досить близько до червоних карликів і отримують необхідну кількість тепла для знаходження води в рідкому стані, ймовірно, захоплені приливними силами своїх зірок так, що планета робить тільки один оборот навколо своєї осі при завершенні витка навколо зірки. Це означає, що одна частина планети завжди повернена до зірки в той час, як на іншій частині планети панує вічна ніч. Схожу ситуацію можна спостерігати в системі Земля-Місяць, де Місяць повернений до Землі завжди однією стороною. Життя на такій планеті може бути обмежене термінатором.

Якщо ж планета типу «газовий гігант» на низькій орбіті (існування таких планет було підтверджено астрономами в останні роки) має досить масивний супутник, щоб утримати атмосферу, то він може бути захоплений приливними силами планети, а не зірки, і тому він швидше за все буде мати цикл зміни дня і ночі, тим самим підвищуючи шанси на населеність супутника. Припливні сили між цими двома тілами будуть також підтримувати центри планети і її супутника в рідкому стані, тим самим виробляючи достатньо сильні магнітні поля, щоб захистити планету і її супутник від спалахів найближчої батьківської зірки.

Фотосинтез[ред.ред. код]

Це спектри поглинання хлорофілу a хлорофілу b. Спільне використання обох форм збільшує спектр поглинання енергії світла.
«Червоний приплив» біля узбережжя Ла-Хойя (Сан-Дієго, Каліфорнія) .Деякі види фітопланктону, такі як дінофлагелляти, містять фотосинтетичні пігменти, колір яких варіюється від зеленого до коричневого і червоного.
Червоні водорості класу Rodophyceae- Gracilaria[5]

На Землі хлорофіл присутній у всіх фотосинтезуючих організмах — вищих рослинах, водоростях, синьо-зелених водоростях (ціанобактеріях), фотоавтотрофні найпростіших (Найпростіші) і бактеріях. Існує кілька хлорофілів, які використовують світло різного спектру. У вищих рослин це як правило хлорофіл а і б. Хоча максимум безперервного спектра сонячного випромінювання розташований в «зеленій» області 550 нм (де знаходиться і максимум чутливості ока), в цих рослинах поглинається хлорофілом переважно синє, частково — червоне світло з сонячного спектру (чим і обумовлюється зелений колір відбитого світла).

Одним з найбільш тіньовитривалих організмів, що виділяють кисень, є недавно виявлений штам ціанобактерій leptolyngbya JSC-1, який здатний виживати в гарячих джерелах, використовуючи темно-червоне світло ближнього ІЧ діапазону (від 700 до 800 нм). Вчені виявили, що цей організм використовує незвичайний генетичний механізм за допомогою якого він, потрапивши в затемнені умови проживання, повністю перебудовує свої фотосинтетичні органи.[6]

Навіть більш тьмяні холодні зірки в принципі придатні для існування фотосинтетиків: передбачається, що в природному середовищі фотосинтезуючі бактерії можуть використовувати не тільки світло Сонця, а й інші джерела світла, а тому можуть перебувати в місцях, що не піддаються сонячному опроміненню.[7]

Погодні умови і населеність[ред.ред. код]

У зв'язку з різницею нагрівання на захопленій приливними силами планеті будуть дути сильні вітри в напрямку нічного боку з постійними зливами. Все це робить життя на планеті малоймовірним[8].

Як і на Землі, вітер також може пошкоджувати рослини через абразії піском та іншими твердими частинками. Через одночасне ушкодження великого числа клітин на поверхні рослина втрачає багато вологи, що особливо важливо під час посушливого сезону. Рослини, однак, здатні частково пристосовуватися до абразії за допомогою збільшення зростання коренів і пригнічення росту верхніх частин[9].

Схема, що ілюструє синхронне обертання супутника. При синхронному обертанні (зліва) супутник постійно звернений до планети, навколо якої обертається, однією і тією ж стороною. Праворуч - приклад несинхронного обертання

Ще однією проблемою на яких планетах може бути накопичення води у вигляді льодовиків на нічному боці планети і википання або випарювання океанів на денній стороні.

Формування планет зі значною кількістю води поблизу зірки малоймовірно на думку деяких вчених, оскільки температура на такій орбіті занадто висока для цього.[10] Якщо ж води на планеті набагато менше, ніж на Землі, то цілком можливо повне википання океанів на денній частині планети і існування рідкої води лише в нічний частини планети, де неможливий фотосинтез

Якщо циклічність відновлення океанів недостатньо висока, то вулканізм планети може розвиватися за сценарієм, аналогічним венеріанському, де поверхня, не маючи механізму поступового позбавлення від надлишків тепла, що накопичуються в її внутрішніх шарах протягом тривалого часу, циклічно проходить через період потужної вулканічної активності, який на Венері 300-500 млн років тому привів до повного оновлення кори планети або до перекриття її верхніх шарів надісланим мантійним матеріалом.

На Землі процес перенесення тепла від центру до поверхні реалізується за допомогою тектоніки плит, яка в значній мірі залежить від наявності води в зонах субдукції. Процес переплавлення поверхні планети не тільки перетворить планету в автоклав, тим самим стерилізуючи поверхню, але і може привести до безповоротної втрати води, яка в газоподібному формі буде схильна до дисипації.

Чорний курець, різновид геотермальних джерел

На планеті, що знаходиться на орбіті тьмяної зірки і тому покритої льодовиковим покривом, що не виключений хемосинтез. Деякі вчені вважають, що подібні умови свого часу існували і на Землі, і що Земля була повністю покрита льодом в частині кріогенного і едіакарського періодів неопротерозойської ери. Ця гіпотеза була створена, щоб пояснити відкладення льодовикових опадів в тропічних широтах під час кріогенних (850-630 млн років тому) і, можливо, в інші геологічні епохи.

Мінливість[ред.ред. код]

Червоні карлики набагато більш мінливі і непередбачувані, ніж їх більш стабільні великі аналоги. Часто вони бувають покриті плямами, які можуть зменшувати випромінюване світло на 40% протягом кількох місяців.

Після того, як холод закінчиться, альбедо планети буде вище, будучи причиною того, що світло від червоного карлика буде відобито. Це в свою чергу може привести до умов, аналогічних часів «Землі-сніжку», і льодовиковий період в районі термінатора планети може тривати мільйони років.

В інших випадках, червоні карлики випромінюють гігантські спалахи, внаслідок яких зірка може подвоїти свою яскравість протягом декількох хвилин[11]. У міру того, як все більше і більше червоних карликів досліджувався на мінливість, більшість з них були класифіковані як спалахуючі зірки. Такі зміни в яскравості можуть бути дуже руйнівними для життя.

Спалахи також можуть «здути» значну частину атмосфери планети. Однак, якщо планета має магнітне поле, то це дозволило б відхилити частки від атмосфери. І навіть повільних обертань приливно захоплених планет (один поворот навколо осі за час витка навколо зірки) буде досить, щоб генерувати магнітне поле весь час, поки внутрішня частина планети залишається розплавленою.[12]

Інші вчені не згодні, що червоні карлики можуть підтримувати життя (див. Гіпотеза унікальної Землі). Захоплення приливними силами швидше за все призведе до відносно низького планетарного магнітного моменту. Активний червоний карлик, який випускає корональні викиди маси, вигнув би магнітосферу планети, поки вона не досягла б атмосфери. В результаті атмосфера піддалася б сильній ерозії, можливо, роблячи планету непридатною для життя[13].

Взаємодія атмосфери Венери із сонячним вітром

Поширеність[ред.ред. код]

Є, однак, одне головна перевага червоних карликів в порівнянні з іншими зірками: вони існують дуже довго. Минуло 4,5 мільярда років, перш ніж людство з'явилося на Землі, і для життя склалися сприятливі умови всього за півмільярда років до цього[14]. Червоні карлики, навпаки, можуть жити трильйони років, тому що в їхніх надрах ядерні реакції протікають набагато повільніше, ніж у великих зірок, а це означає, що життя буде мати більше часу, щоб розвинутися і вижити.

Крім того, незважаючи на те, що ймовірність знаходження планети в населеній зоні навколо будь-якого конкретного червоного карлика невідома, загальний обсяг населеної зони навколо всіх червоних карликів дорівнює загальному обсягу населеної зони навколо сонцеподібних зірок, враховуючи їх повсюдність[15]. Перша суперземля з масою в 3-4 рази більша за Землю була виявлена в потенційно населеній зоні своєї зірки Глізе 581, яка є червоним карликом. Хоча вона захоплена приливними силами, цілком можливо, що на термінаторі може існувати рідка вода[16]. Вчені вважають, що вік планети близько 7 мільярдів років, і вона має досить велику масу, щоб утримувати атмосферу.


Див. також[ред.ред. код]

Посилання[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. van Dokkum, Pieter G. & Conroy, Charlie.
  2. «Discovery Triples Number of Stars in Universe» Yale University.
  3. Brian Skiff of Lowell Observatory (1997-01-10). Messier 81 naked-eye. sci.astro.amateur. Архів оригіналу за 2012-07-11. Процитовано 2009-11-28. 
  4. Habitable zones of stars. NASA Specialized Center of Research and Training in Exobiology. University of Southern California, San Diego. Архів оригіналу за 2000-11-21. Процитовано 2007-05-11.  Проігноровано невідомий параметр |deadlink= (довідка)
  5. en:Gracilaria
  6. Bacteria In Hot Springs Use Far-Red Light Wavelengths For Photosynthesis
  7. Beatty, J. Thomas; Jörg Overmann, Michael T. Lince, Ann K. Manske, Andrew S. Lang, Robert E. Blankenship, Cindy L. Van Dover, Tracey A. Martinson, F. Gerald Plumley (2005). An obligately photosynthetic bacterial anaerobe from a deep-sea hydrothermal vent. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 102 (26). с. 9306 –9310. doi:10.1073/pnas.0503674102. Процитовано 2011-02-10. 
  8. Astroprof’s Page " Gliese 581d
  9. ARS Studies Effect of Wind Sandblasting on Cotton Plants. USDA Agricultural Research Service. January 26, 2010. Архів оригіналу за 2012-06-22. 
  10. IOPscience::.
  11. Croswell, Ken (2001-01-27). Red, willing and able (Full reprint). New Scientist. Архів оригіналу за 2012-03-11. Процитовано 2007-08-05. 
  12. Red Star Rising: Scientific American
  13. Khodachenko, Maxim L.; et al. (2007). Coronal Mass Ejection (CME) Activity of Low Mass M Stars as An Important Factor for The Habitability of Terrestrial Exoplanets. I. CME Impact on Expected Magnetospheres of Earth-Like Exoplanets in Close-In Habitable Zones. Astrobiology 7 (1). с. 167—184. doi:10.1089/ast.2006.0127. PMID 17407406. 
  14. University of Washington (January 13, 2003). "'The end of the world' has already begun, UW scientists say". Прес-реліз. Переглянутий 2007-06-05.
  15. M Dwarfs: The Search for Life is On, Interview with Todd Henry. Astrobiology Magazine. 2005-08-29. Архів оригіналу за 2012-03-11. Процитовано 2007-08-05. 
  16. Steven S. Vogt, R. Paul Butler, E. J. Rivera, N. Haghighipour, Gregory W. Henry, and Michael H. Williamson.