Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Полезные советы




05.05.2021


05.05.2021


01.05.2021


23.04.2021


22.04.2021





Яндекс.Метрика





Обитаемость естественных спутников

02.01.2021

Обитаемость естественных спутников (англ. Habitability of natural satellites) является мерой способности естественных спутников иметь среду, благоприятную для жизни. Пригодная для жизни среда не обязательно является убежищем для жизни. Обитаемость естественных спутников — это формирующаяся область, которая считается важной для астробиологии по нескольким причинам, в первую очередь из-за того, что количество естественных спутников, по прогнозам, значительно превзойдет число планет, и предполагается, что факторы обитаемости, вероятно, будут аналогичны факторам обитаемости планет. Однако есть ключевые различия в окружающей среде, которые влияют на спутники как на потенциальные места для внеземной жизни.

Самыми приоритетными кандидатами на естественную обитаемость спутников в настоящее время являются ледяные спутники , такие как спутники Юпитера и Сатурна — Европа и Энцелад соответственно, хотя, если жизнь существует в любом месте, она, вероятно, будет ограничена подземными средами обитания. Исторически жизнь на Земле считалась чисто поверхностным явлением, но недавние исследования показали, что до половины биомассы Земли может жить под поверхностью. Европа и Энцелад существуют за пределами околозвездной обитаемой зоны, которая исторически определяла пределы жизни в Солнечной системе как зону, в которой вода может существовать в жидком виде на поверхности. В зоне обитаемости Солнечной системы есть только три естественных спутника — Луна и спутники Марса Фобос и Деймос (хотя по некоторым оценкам Марс и его спутники находятся немного за пределами обитаемой зоны) , ни один из которых не имеет атмосферы или воды в жидком состоянии. Приливные силы, вероятно, будут играть такую же важную роль в обеспечении тепла, как звездное излучение, в потенциальной зоне обитаемости естественных спутников.

Существование экзолун еще не подтверждено. Обнаружить их чрезвычайно сложно, поскольку современные методы ограничены временем прохождения. Возможно, что некоторые из их атрибутов могут быть определены теми же методами, что и у транзитных планет. Несмотря на это, по оценкам некоторых ученых, обитаемых экзолун столько же, сколько обитаемых экзопланет. Учитывая общее соотношение масс планеты и спутников, равное 1:10 000, большие газовые планеты размером с Юпитера или Сатурна в обитаемой зоне считаются лучшими кандидатами на то, чтобы укрыть спутники, подобные Земле.

Предполагаемые условия

Однако существует несколько факторов, которые дифференцируют естественную обитаемость спутников и дополнительно расширяют их обитаемость за пределы планетарной обитаемой зоны.

Жидкая вода

Большинство астробиологов считают жидкую воду необходимой предпосылкой для существования внеземной жизни. Появляется все больше свидетельств наличия жидкой воды под поверхностью на нескольких лунах Солнечной системы, вращающихся вокруг газовых гигантов Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Однако ни один из этих подземных водоёмов на сегодняшний день не подтвержден.

Устойчивость орбиты

Для стабильной орбиты соотношение между периодом обращения спутника Ps вокруг своей главной звезды и периодом ее обращения вокруг звезды Pp должно быть < 1⁄9, например если планете требуется 90 дней для обращения вокруг своей звезды, максимальная стабильная орбита луны этой планеты составляет менее 10 дней. Моделирование предполагает, что луна с периодом обращения менее 45–60 дней будет оставаться в безопасности привязанной к массивной планете-гиганту или коричневому карлику, который вращается на орбите в 1 а. е. от звезды, подобной Солнцу.

Атмосфера

Астробиологи считают, что атмосфера важна для развития пребиотической химии, поддержания жизни и существования поверхностных вод. У большинства естественных спутников Солнечной системы отсутствуют значительные атмосферы, за исключением спутника Сатурна Титана.

Ионное распыление, процесс, при котором атомы выбрасываются из твердого материала мишени из-за бомбардировки мишени энергичными частицами, представляет собой серьезную проблему для естественных спутников. Все газовые гиганты в Солнечной системе и, вероятно, те, которые вращаются вокруг других звезд, имеют магнитосферы с радиационными поясами, достаточно мощными, чтобы полностью разрушить атмосферу луны, похожей на Землю, всего за несколько сотен миллионов лет. Сильные звездные ветры также могут отделять атомы газа от верхних слоев атмосферы, вызывая их потерю в космос.

Чтобы поддерживать атмосферу земного типа в течение примерно 4,6 миллиарда лет (текущий возраст Земли), луне с плотностью, подобной марсианской, требуется не менее 7% массы Земли . Один из способов уменьшить потери от ионного распыления — наличие у лун собственного сильного магнитного поля, которое может отклонять звездный ветер и радиационные пояса. Измерения Галилео предполагают, что большие луны могут иметь магнитные поля; было обнаружено, что у Ганимеда есть собственная магнитосфера, хотя его масса составляет всего 2,5% от массы Земли . В качестве альтернативы, атмосфера Луны может постоянно пополняться газами из подповерхностных источников, как это происходит по предположениям некоторые ученые, в случае с Титаном.

Приливные эффекты

Хотя влияние приливного ускорения на планеты относительно невелико, оно может быть значительным источником энергии для естественных спутников и альтернативным источником энергии для поддержания жизни.

Спутники, вращающиеся вокруг газовых гигантов или коричневых карликов, вероятно, будут синхронно вращается вокруг своего основного объекта: то есть их сутки будут такими же, как время вращения по орбите. Хотя приливная синхронное вращение может отрицательно влиять на планеты в обитаемых зонах, препятствуя распределению звездного излучения, она может работать в пользу обитаемости спутников, позволяя устранить приливно-отливный разогрев. Ученые из Исследовательского центра Эймса (NASA) смоделировали температуру на экзопланетах, находящихся в зоне обитаемости красных карликов. Они обнаружили, что атмосфера с двуокисью углерода (CO2) при давлении всего 1–1,5 стандартных атмосфер не только допускает температур пригодных для существования той жизни, которая нам известна, но и допускает наличие жидкой воды на обратной стороне спутника. Температурный диапазон спутника, который приливно привязан к газовому гиганту, может быть менее экстремальным, чем на планете, привязанной к звезде. Несмотря на то, что никаких исследований по этому вопросу не проводилось, умеренное количество CO2, как предполагается, делают температуру приемлемой.

Приливные эффекты могут также позволить лунам поддерживать тектонику плит, что вызовет вулканическую активность, регулирующую температуру спутника, и создаст эффект геодинамо, который даст спутнику сильное магнитное поле.

Наклон оси и климат

При условии, что гравитационным взаимодействием экзолун с другими спутниками можно пренебречь, спутники, как правило, приливно связаны со своими планетами. В дополнение к упомянутой выше приливной блокировке, будет также идти процесс, называемый «наклонной эрозией», который первоначально был рассчитан для «приливной эрозии» — наклона планеты относительно орбиты планеты вокруг своей звезды-хозяина. Таким образом, конечное состояние вращения спутника состоит из: периода вращения, равного периоду его обращения вокруг планеты, и оси вращения, перпендикулярной плоскости орбиты.

Если масса спутника не слишком мала по сравнению с планетой, это, в свою очередь, может стабилизировать наклон оси вращения планеты, то есть ее наклон относительно орбиты вокруг звезды. На Земле Луна сыграла важную роль в стабилизации осевого наклона Земли, тем самым, уменьшив влияние гравитационных возмущений от других планет и обеспечив лишь умеренные колебания климата на всей планете. На Марсе, планете без значительных приливных эффектов со стороны её спутников с относительно малой массой Фобоса и Деймоса, наклон оси может претерпевать резкие изменения от 13° до 40° во временных масштабах от 5 до 10 миллионов лет.

Приливная привязка к гигантской планете или субкоричневому карлику позволит создать более умеренный климат на спутнике, чем был бы, если бы спутник был бы планетой такого же размера, вращающейся с синхронным вращением в обитаемой зоне звезды. Это особенно верно для систем красных карликов, где сравнительно высокие гравитационные силы и низкая светимость перемещают обитаемую зону в области, где может произойти приливная блокировка. Если приливная синхронизация произошла, то есть один оборот вокруг оси может занять много времени относительно планеты (например, игнорируя небольшой наклон оси Луны и топографическое затенение, любая заданная точка на ней две недели — по земному времени — освещена солнечным светом и две недели находится в темноте в течение лунных суток), но эти длительные периоды света и тьмы не так критичны для обитаемости, как вечные дни и вечные ночи на планете, приливно привязанной к своей звезде.

В Солнечной системе

Ниже приводится список естественных спутников Солнечной системы с возможными обитаемыми средами:

Внесолнечные планеты

К настоящему времени (2020 год), всего было обнаружено 9 кандидатов в экзолуны, но ни один из них не подтвержден.

Учитывая общее отношение масс планеты к спутникам, равное 1:10 000, большие газовые планеты размером с Сатурн или Юпитер в обитаемой зоне считаются лучшими кандидатами на то, чтобы к 2018 году иметь спутники земного типа с более чем 120 таких планет. Массивные экзопланеты, о которых известно, что они расположены в обитаемой зоне (такие как Глизе 876 b, 55 Рака f, Ипсилон Андромеды d, 47 Большой Медведицы b, HD 28185 b и HD 37124 c), представляют особый интерес, поскольку они потенциально могут иметь естественные спутники с жидкой водой на поверхности.

Пригодность для жизни внесолнечных спутников будет зависеть от звездного и планетарного освещения на спутниках, а также от влияния затмений на их усредненное освещение во время движения по орбите. Помимо этого, приливное нагревание может сыграть роль для обитаемости лун. В 2012 году ученые представили концепцию определения орбит для обитаемых спутников: они определяют внутреннюю границу пригодной для жизни луны вокруг определенной планеты и называют ее околопланетной «обитаемой зоной». Луны, расположенные ближе к планете, чем край обитаемой зоной, непригодны для жизни. Когда эффекты затмений, а также ограничения, связанные с орбитальной стабильностью спутника, используются для моделирования предела убегания парниковых газов гипотетических лун, считается, что — в зависимости от эксцентриситета орбиты луны — минимальная масса звезды составляет примерно 0,2 M ⨀ {displaystyle M_{igodot }} , для того чтобы иметь обитаемые луны в пределах звездной зоны обитания. Магнитное окружение экзолун, которое запускается внутренним магнитным полем планеты-хозяина, было идентифицировано как еще один фактор обитаемости экзолун . В частности, было обнаружено, что спутники на расстоянии примерно от 5 до 20 радиусов планет от планеты-гиганта могут быть обитаемыми с точки зрения освещения и приливного нагрева, но все же планетная магнитосфера будет критически влиять на их обитаемость.

В популярной культуре

В научной фантастике часто встречаются естественные спутники, на которых обитает жизнь. Известные примеры в кино включают: Луна — спутник Земли в «Путешествии на Луну» (1902); Явин-4 (лат. Yavin 4) из «Звездных войн» (1977); Эндор в «Возвращении джедая» (1983); LV-426 в «Чужом» (1979) и «Чужих» (1986); Пандора в «Аватаре» (2009); LV-223 в «Прометее» (2012); и Европа в фильме «Европа» (2013).