Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Европа , потенциально обитаемый спутник Юпитера .

Обитаемость естественных спутников является мерой потенциала естественных спутников , чтобы иметь среды гостеприимные к жизни . [1] Пригодная для проживания среда не обязательно является местом обитания жизни. Обитаемость естественных спутников - это новая область, которая считается важной для астробиологии по нескольким причинам, в первую очередь из-за того, что количество естественных спутников, согласно прогнозам, значительно превзойдет количество планет, и предполагается, что факторы обитаемости, вероятно, будут аналогичны факторам обитаемости планет . [2] [3] Однако существуют ключевые различия в окружающей среде, которые влияют на спутники как потенциальные места длявнеземная жизнь .

Самыми сильными кандидатами на естественную обитаемость спутников в настоящее время являются ледяные спутники [4], такие как спутники Юпитера и Сатурна - Европа [5] и Энцелад [6] соответственно, хотя, если жизнь существует в любом месте, она, вероятно, будет ограничена подземными средами обитания. Исторически жизнь на Земле считалась явлением исключительно на поверхности, но недавние исследования показали, что до половины биомассы Земли может жить под поверхностью. [7] Европа и Энцелад существуют за пределами околозвездной обитаемой зоны.который исторически определял пределы жизни в Солнечной системе как зону, в которой вода может существовать в жидком виде на поверхности. В обитаемой зоне 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) [8], ни один из которых не поддерживает атмосферу. или вода в жидком виде. Приливные силы , вероятно, будут играть такую ​​же важную роль в обеспечении тепла, как звездное излучение, в потенциальной обитаемости естественных спутников. [9] [10]

Существование экзолунов еще не подтверждено. Обнаружить их чрезвычайно сложно, поскольку современные методы ограничены временем прохождения. [11] Возможно, что некоторые из их атрибутов могут быть определены теми же методами, что и у транзитных планет. [12] Несмотря на это, по оценкам некоторых ученых, обитаемых экзолуний столько же, сколько обитаемых экзопланет. [2] [13] Учитывая общее соотношение масс планеты и спутников, равное 10 000, большие газовые планеты размером с Сатурн или Юпитер в обитаемой зоне считаются лучшими кандидатами на укрытие спутников земного типа. [14]

Предполагаемые условия [ править ]

Условия обитаемости естественных спутников аналогичны условиям обитаемости планет . Однако есть несколько факторов, которые дифференцируют естественную обитаемость спутников и дополнительно расширяют их обитаемость за пределы обитаемой зоны планеты. [15]

Жидкая вода [ править ]

Большинство астробиологов считают жидкую воду необходимой предпосылкой для 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 водоемов на сегодняшний день не подтвержден.

Орбитальная стабильность [ править ]

Для получения стабильной орбиты соотношение между Луны орбитального периода P ев вокруг своей первичной и что из первичной вокруг своей звезды P р должен быть < 1 / 9 , например , если планета занимает 90 дней на орбите своей звезды, максимально стабильной орбиты для луны этой планеты меньше 10 дней. [16] [17] Моделирование предполагает, что луна с орбитальным периодом менее 45–60 дней останется надежно связанной с массивной планетой-гигантом или коричневым карликом, который вращается на орбите в 1 а.е. от звезды, похожей на Солнце. [18]

Атмосфера [ править ]

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 .

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. Сильный звездный ветер также может уносить атомы газа из верхних слоев атмосферы, вызывая их потерю в космосе.

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. [19] Один из способов уменьшить потери от распыления - это наличие у Луны собственного сильного магнитного поля, которое может отклонять звездный ветер и радиационные пояса. Измерения НАСА Галилео предполагают, что большие луны могут иметь магнитные поля; он обнаружил, что у Ганимеда есть собственная магнитосфера, хотя его масса составляет всего 2,5% от массы Земли. [18] В качестве альтернативы, атмосфера Луны может постоянно пополняться газами из подземных источников, как полагают некоторые ученые, в случае с Титаном. [цитата необходима ]

Приливные эффекты [ править ]

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 приливно привязаны к своему основному объекту : то есть их дни будут такими же, как их орбиты. Хотя приливная блокировка может отрицательно влиять на планеты в обитаемых зонах, препятствуя распределению звездного излучения, она может работать в пользу обитаемости спутников, позволяя приливно-отливный нагрев . Ученые из NASA Исследовательского центра Эймса моделируются температурами на приливной автоподстройке экзопланет в обитаемости зоне из красных карликовых звезд. Они обнаружили, что атмосфера с двуокисью углерода ( CO
2
) давление всего 1–1,5 стандартных атмосфер (15–22 фунта на квадратный дюйм) не только допускает обитаемые температуры, но и допускает наличие жидкой воды на темной стороне спутника. Температурный диапазон Луны, которая приливно привязана 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 CO
2
предполагаются, чтобы сделать температуру пригодной для жизни. [18]

Приливные эффекты могут также позволить Луне поддерживать тектонику плит , что вызовет вулканическую активность, регулирующую температуру Луны [20] [21], и создаст эффект геодинамо, который даст спутнику сильное магнитное поле . [22]

Наклон оси и климат [ править ]

При условии, что гравитационным взаимодействием Луны с другими спутниками можно пренебречь, луны, как правило, приливно связаны со своими планетами. В дополнение к упомянутой выше блокировке вращения, будет также процесс, называемый «наклонной эрозией», который первоначально был придуман для приливной эрозии наклона планеты относительно орбиты планеты вокруг своей звезды-хозяина. [23] Окончательное состояние вращения Луны состоит из периода вращения, равного периоду ее обращения вокруг планеты, и оси вращения, перпендикулярной плоскости орбиты.

Если масса Луны не слишком мала по сравнению с планетой, это, в свою очередь, может стабилизировать наклон оси 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. [24] На Марсе , однако, планете без значительных приливных эффектов от его относительно маломассивных спутников Фобоса и Деймоса , наклон оси может претерпевать резкие изменения от 13 ° до 40 ° в масштабе времени от 5 до 10 миллионов лет . [25][26]

Приливная привязка к гигантской планете или коричневому карлику позволит создать более умеренный климат на Луне, чем был бы, если бы Луна была планетой аналогичного размера, вращающейся с синхронным вращением в обитаемой зоне звезды. [27] Это особенно верно в отношении красных карликов.системы, в которых сравнительно высокие гравитационные силы и низкая светимость покидают обитаемую зону в области, где может произойти приливная блокировка. Если приливная синхронизация заблокирована, одно вращение вокруг оси может занять много времени относительно планеты (например, игнорируя небольшой наклон оси Луны и топографическое затенение, любая заданная точка на ней имеет две недели - по земному времени - солнечного света и две недели ночи в лунный день), но эти длительные периоды света и тьмы не так сложны для обитаемости, как вечные дни и вечные ночи на планете, приливно привязанной к своей звезде.

В Солнечной системе [ править ]

Ниже приводится список естественных спутников и сред Солнечной системы с возможностью размещения обитаемых сред:

Внесолнечный [ править ]

Художник изображает гипотетический спутник вокруг экзопланеты , похожей на Сатурн, которая может быть обитаемой.

Всего было обнаружено 9 кандидатов в экзолуны, но ни один из них не подтвержден.

Учитывая общее отношение масс планеты к спутникам, равное 10 000, большие газовые планеты размером с Сатурн или Юпитер в обитаемой зоне считаются лучшими кандидатами на то, чтобы к 2018 году укрыть спутники земного типа с более чем 120 такими планетами. [ 14] Массивные экзопланеты, которые, как известно, расположены в пределах обитаемой зоны (такие как Gliese 876 b , 55 Cancri f , Upsilon Andromedae d , 47 Ursae Majoris b , HD 28185 b и HD 37124 c ), представляют особый интерес, поскольку они потенциально могут обладать природными спутники с жидкой водой на поверхности.

Пригодность внесолнечных спутников будет зависеть от звездного и планетарного освещения на спутниках, а также от влияния затмений на их осредненное по орбите поверхностное освещение. [43] Помимо этого, приливное нагревание может иметь значение для обитаемости Луны. В 2012 году ученые представили концепцию определения обитаемых орбит лун; [43]они определяют внутреннюю границу пригодной для жизни луны вокруг определенной планеты и называют ее околопланетной «обитаемой границей». Луны, расположенные ближе к их планете, чем край обитания, непригодны для жизни. Когда эффекты затмений, а также ограничения, связанные с орбитальной стабильностью спутника, используются для моделирования предела убегающих парниковых газов гипотетических лун, считается, что - в зависимости от эксцентриситета орбиты Луны - минимальная масса звезды составляет примерно 0,20 солнечной массы. принимать обитаемые луны в пределах звездной обитаемой зоны. [17] Магнитная среда экзолуны, которая критически запускается внутренним магнитным полем планеты-хозяина, была определена как еще один фактор обитаемости экзолуны. [44]В частности, было обнаружено, что спутники на расстояниях от 5 до 20 радиусов планет от планеты-гиганта могут быть обитаемыми с точки зрения освещения и приливного нагрева [44], но все же планетная магнитосфера будет критически влиять на их обитаемость. [44]

В популярной культуре [ править ]

В научной фантастике часто встречаются естественные спутники, в которых обитает жизнь. Известные примеры в кино включают: Луна Земли в Путешествии на Луну (1903); Явин-4 из " Звездных войн" (1977); Эндор в " Возвращении джедая" (1983); LV-426 в « Чужих» (1979) и « Чужих» (1986); Пандора в Аватаре (2009); [45] LV-223 в Прометее (2012); Европа в отчете о Европе (2013) и Хранители (сериал) (2019); и K23 в Полуночном небе (2020).

В видеоигре Kerbal Space Program есть обитаемый спутник под названием Laythe. Он также показан в трейлере Kerbal Space Program 2.

См. Также [ править ]

  • Земной аналог
  • Kepler-1625b я , возможно экзоспутник из экзопланеты Kepler-1625b

Ссылки [ править ]

  1. ^ Дайчес, Престон; Чоу, Фелсия (7 апреля 2015 г.). «Солнечная система и за ее пределами омывается водой» . НАСА . Проверено 8 апреля 2015 года .
  2. ^ a b Шрайбер, Майкл (26 октября 2009 г.). «Обнаружение благоприятных для жизни спутников» . Журнал астробиологии . Дата обращения 9 мая 2013 .
  3. Ву, Маркус (27 января 2015 г.). «Почему мы ищем инопланетную жизнь на лунах, а не только на планетах» . Проводной . Проверено 27 января 2015 года .
  4. ^ Кастильо, Джули; Вэнс, Стив (2008). «Сессия 13. Глубокая холодная биосфера? Внутренние процессы ледяных спутников и карликовых планет». Астробиология . 8 (2): 344–346. Bibcode : 2008AsBio ... 8..344C . DOI : 10.1089 / ast.2008.1237 . ISSN 1531-1074 . 
  5. ^ Гринберг, Ричард (2011). «Исследование и защита биосферы Европы: последствия проницаемого льда». Астробиология . 11 (2): 183–191. Bibcode : 2011AsBio..11..183G . DOI : 10.1089 / ast.2011.0608 . ISSN 1531-1074 . PMID 21417946 .  
  6. ^ Паркинсон, Кристофер Д .; Лян, Мао-Чанг; Yung, Yuk L .; Киршивнк, Джозеф Л. (2008). «Обитаемость Энцелада: планетарные условия для жизни». Истоки жизни и эволюция биосфер . 38 (4): 355–369. Полномочный код : 2008OLEB ... 38..355P . DOI : 10.1007 / s11084-008-9135-4 . ISSN 0169-6149 . PMID 18566911 . S2CID 15416810 .   
  7. Бойд, Роберт С. (8 марта 2010 г.). «Похоронен заживо: половина жизни Земли может лежать под землей, морем» . Макклатчи, округ Колумбия . Архивировано из оригинала на 2014-04-24.
  8. ^ "Миссия Phoenix Mars - Обитаемость и биология" . Университет Аризоны. 2014-04-24. Архивировано 24 апреля 2014 года.
  9. ^ Коуэн, Рон (2007-06-07). «Бегущая луна» . Новости науки .
  10. ^ Брайнер, Jeanna (24 июня 2009). «Океан, скрытый внутри луны Сатурна» . Space.com . TechMediaNetwork . Проверено 22 апреля 2013 года .
  11. ^ Киппинг, Дэвид М .; Фосси, Стивен Дж .; Кампанелла, Джаммарко (2009). «Об обнаружении обитаемых экзолуний с помощью фотометрии класса Кеплера». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 400 (1): 398–405. arXiv : 0907.3909 . Bibcode : 2009MNRAS.400..398K . DOI : 10.1111 / j.1365-2966.2009.15472.x . ISSN 0035-8711 . S2CID 16106255 .  
  12. ^ Кальтенеггер, L. (2010). «Характеристика обитаемых экзолуний». Астрофизический журнал . 712 (2): L125 – L130. arXiv : 0912.3484 . Bibcode : 2010ApJ ... 712L.125K . DOI : 10.1088 / 2041-8205 / 712/2 / L125 . ISSN 2041-8205 . S2CID 117385339 .  
  13. ^ «Экзолуны могут быть так же вероятны, чтобы содержать жизнь, как экзопланеты, утверждают ученые» . Космос вверх. 21 мая 2018 . Проверено 27 мая 2018 .
  14. ^ a b Йоргенсон, Эмбер (5 июня 2018 г.). «Данные Кеплера показывают, что 121 газовый гигант может содержать обитаемые луны» . Астрономия .
  15. ^ Scharf, Калеб А. (4 октября 2011). "Exomoons Ever Closer" . Scientific American .
  16. ^ Киппинг, Дэвид (2009). «Временные эффекты транзита из-за экзолуны». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 392 (1): 181–189. arXiv : 0810.2243 . Bibcode : 2009MNRAS.392..181K . DOI : 10.1111 / j.1365-2966.2008.13999.x . S2CID 14754293 . 
  17. ^ a b Heller, R. (2012). «Обитаемость экзолуны ограничена потоком энергии и орбитальной стабильностью». Астрономия и астрофизика . 545 : L8. arXiv : 1209.0050 . Бибкод : 2012A & A ... 545L ... 8H . DOI : 10.1051 / 0004-6361 / 201220003 . ISSN 0004-6361 . S2CID 118458061 .  
  18. ^ a b c LePage, Эндрю Дж. (1 августа 2006 г.). «Обитаемые луны» . Небо и телескоп .
  19. ^ «В поисках пригодных для жизни лун» . Государственный университет Пенсильвании . Проверено 11 июля 2011 .
  20. ^ Глацмайер, Гэри А. "Как работают вулканы - климатические эффекты вулканов" . Проверено 29 февраля 2012 года .
  21. ^ "Исследование Солнечной системы: Ио" . Исследование Солнечной системы . НАСА . Проверено 29 февраля 2012 года .
  22. ^ Нейв, Р. "Магнитное поле Земли" . Проверено 29 февраля 2012 года .
  23. ^ Хеллер, Рене; Барнс, Рори; Леконт, Жереми (апрель 2011 г.). «Приливная наклонность потенциально обитаемых планет». Астрономия и астрофизика . 528 : A27. arXiv : 1101.2156 . Bibcode : 2011A & A ... 528A..27H . DOI : 10.1051 / 0004-6361 / 201015809 . S2CID 118784209 . 
  24. ^ Хенни, Пол. «Как взаимодействуют Земля и Луна» . Астрономия сегодня . Проверено 25 декабря 2011 года .
  25. ^ «Марс 101 - Обзор» . Марс 101 . НАСА . Проверено 25 декабря 2011 года .
  26. ^ Армстронг, Джон С .; Leovy, Conway B .; Куинн, Томас (октябрь 2004 г.). «Модель климата Марса в 1 млрд лет: новая орбитальная статистика и важность сезонно разрешенных полярных процессов». Икар . 171 (2): 255–271. Bibcode : 2004Icar..171..255A . DOI : 10.1016 / j.icarus.2004.05.007 .
  27. Choi, Charles Q. (27 декабря 2009 г.). «Могли быть найдены луны, подобные Пандоре Аватара» . Space.com . Проверено 16 января 2012 года .
  28. ^ Гринберг, Р .; Hoppa, GV; Tufts, BR; Geissler, P .; Райли, Дж .; Кадел, С. (октябрь 1999 г.). «Хаос на Европе». Икар . 141 (2): 263–286. Bibcode : 1999Icar..141..263G . DOI : 10.1006 / icar.1999.6187 .
  29. ^ Шмидт, BE; Бланкеншип, DD; Паттерсон, GW (ноябрь 2011 г.). «Активное формирование« хаотической местности »над неглубокими подповерхностными водами Европы». Природа . 479 (7374): 502–505. Bibcode : 2011Natur.479..502S . DOI : 10,1038 / природа10608 . PMID 22089135 . S2CID 4405195 .  
  30. ^ «Луна Юпитера может поддерживать жизнь: у Европы есть жидкий океан, который находится под несколькими милями льда» . NBC News. 2009-10-08 . Проверено 10 июля 2011 .
  31. ^ Робертс, JH; Ниммо, Фрэнсис (2008). «Приливное нагревание и долговременная стабильность подповерхностного океана на Энцеладе». Икар . 194 (2): 675–689. Bibcode : 2008Icar..194..675R . DOI : 10.1016 / j.icarus.2007.11.010 .
  32. Бойл, Алан (9 марта 2006 г.). «Жидкая вода на Луне Сатурна может поддерживать жизнь: космический корабль Кассини видит признаки гейзеров на ледяном Энцеладе» . NBC News . Проверено 10 июля 2011 .
  33. ^ Нильд, Давид (13 апреля 2017). "НАСА: Энцелад Луны Сатурна имеет все основные ингредиенты для жизни" . sciencealert.com .
  34. ^ «Колонизация Титана? Новые ключи к разгадке того, что потребляет водород, ацетилен на Луне Сатурна» . Science Daily . 2010-06-07 . Проверено 10 июля 2011 .
  35. ^ Филлипс, Т. (1998-10-23). «Каллисто производит большой фурор» . Наука @ НАСА. Архивировано из оригинала на 2009-12-29.
  36. ^ Липпс, Джер Х; Делори, Грегори; Питман, Джо; и другие. (2004). Гувер, Ричард Б; Левин, Гилберт V; Розанов Алексей Юрьевич (ред.). "Астробиология ледяных спутников Юпитера" (PDF) . Proc. ШПИОН . Инструменты, методы и задачи астробиологии VIII. 5555 : 10. Bibcode : 2004SPIE.5555 ... 78L . DOI : 10.1117 / 12.560356 . S2CID 140590649 . Архивировано из оригинального (PDF) 20 августа 2008 года.  
  37. ^ "Ганимед может гавани" клубный сэндвич "океанов и льда" . Лаборатория реактивного движения @ НАСА. 2014-05-04.
  38. ^ Вэнс, Стив; и другие. (2014). «Астробиология ледяных спутников Юпитера». Планетарная и космическая наука . Инструменты, методы и задачи астробиологии VIII. 96 : 62. Bibcode : 2014P & SS ... 96 ... 62V . DOI : 10.1016 / j.pss.2014.03.011 .
  39. ^ Чарльз К. Чой (2010-06-07). «Шанс на жизнь на Ио» . Science Daily . Проверено 10 июля 2011 .
  40. ^ Ниммо, Фрэнсис (15 января 2015). «Включение недавней геологической активности Тритона наклонными приливами: последствия для геологии Плутона» . Икар . 246 : 2–10. DOI : 10.1016 / j.icarus.2014.01.044 .
  41. ^ Луи Нил Ирвин; Дирк Шульце-Макух (июнь 2001 г.). «Оценка правдоподобия жизни в иных мирах». Астробиология . 1 (2): 143–60. Bibcode : 2001AsBio ... 1..143I . DOI : 10.1089 / 153110701753198918 . PMID 12467118 . 
  42. ^ Мейси, Ричард (2007-07-19). «Вода на луне Плутона» . Сидней Морнинг Геральд .
  43. ^ a b Хеллер, Рене; Рори Барнс (2012). «Обитаемость экзолуны ограничена освещением и приливным нагревом» . Астробиология . 13 (1): 18–46. arXiv : 1209,5323 . Bibcode : 2013AsBio..13 ... 18H . DOI : 10.1089 / ast.2012.0859 . PMC 3549631 . PMID 23305357 .  
  44. ^ a b c Хеллер, Рене (сентябрь 2013 г.). «Магнитное экранирование экзолун за пределами обитаемой околопланетной границы». Письма в астрофизический журнал . 776 (2): L33. arXiv : 1309.0811 . Bibcode : 2013ApJ ... 776L..33H . DOI : 10.1088 / 2041-8205 / 776/2 / L33 . S2CID 118695568 . 
  45. ^ Макки, Робин (13 января 2013). "Есть ли жизнь на лунах?" . Хранитель . Проверено 15 января 2017 года .