Οι επιστήμονες εντόπισαν μια δεύτερη προϋπόθεση για τη ζώνη των goldilocks. Αναζήτηση πλανητών στην κατοικήσιμη ζώνη

Κοιτάξτε τη διασπορά των αστεριών στον μαύρο νυχτερινό ουρανό - όλα περιέχουν καταπληκτικούς κόσμους όπως το ηλιακό μας σύστημα. Σύμφωνα με τις πιο συντηρητικές εκτιμήσεις, ο γαλαξίας Milky Way περιέχει περισσότερους από εκατό δισεκατομμύρια πλανήτες, μερικοί από τους οποίους μπορεί να είναι παρόμοιοι με τη Γη.

Νέες πληροφορίες για «εξωγήινους» πλανήτες - εξωπλανήτες- άνοιξε το διαστημικό τηλεσκόπιο Kepler, εξερευνώντας τους αστερισμούς εν αναμονή της στιγμής που ένας μακρινός πλανήτης εμφανίζεται μπροστά από το αστέρι του.

Το τροχιακό παρατηρητήριο εκτοξεύτηκε τον Μάιο του 2009 ειδικά για να αναζητήσει εξωπλανήτες, αλλά τέσσερα χρόνια αργότερα απέτυχε. Μετά από πολλές προσπάθειες να επαναφέρει το τηλεσκόπιο σε λειτουργία, η NASA αναγκάστηκε να παροπλίσει το παρατηρητήριο από τον «διαστημικό στόλο» της τον Αύγουστο του 2013. Ωστόσο, με τα χρόνια των παρατηρήσεων, ο Κέπλερ έχει λάβει τόσα μοναδικά δεδομένα που θα χρειαστούν αρκετά χρόνια ακόμη για να τα μελετήσει. Η NASA ετοιμάζεται ήδη να εκτοξεύσει τον διάδοχο του Κέπλερ, το τηλεσκόπιο TESS, το 2017.

Super-Earths στη ζώνη Goldilocks

Σήμερα, οι αστρονόμοι έχουν εντοπίσει σχεδόν 600 νέους κόσμους από 3.500 υποψήφιους για τον τίτλο του «εξωπλανήτη». Πιστεύεται ότι μεταξύ αυτών των ουράνιων σωμάτων, τουλάχιστον το 90% μπορεί να αποδειχθεί «αληθινοί πλανήτες», και τα υπόλοιπα - διπλά αστέρια, «καφέ νάνοι» που δεν έχουν μεγαλώσει σε αστρικό μέγεθος και σμήνη μεγάλων αστεροειδών.

Οι περισσότεροι από τους νέους υποψήφιους πλανήτες είναι αέριοι γίγαντες όπως ο Δίας ή ο Κρόνος, καθώς και υπερ-Γαίες—βραχώδεις πλανήτες αρκετές φορές μεγαλύτεροι από τον δικό μας.

Φυσικά, δεν εμπίπτουν όλοι οι πλανήτες στο οπτικό πεδίο του Kepler και άλλων τηλεσκοπίων. Ο αριθμός τους υπολογίζεται μόνο στο 1-10%.

Για να είστε σίγουροι ότι θα αναγνωρίσετε έναν εξωπλανήτη, πρέπει να καταγραφεί επανειλημμένα στο δίσκο του αστέρα του. Είναι σαφές ότι τις περισσότερες φορές αποδεικνύεται ότι βρίσκεται κοντά στον ήλιο του, επειδή τότε το έτος του θα διαρκέσει μόνο λίγες γήινες ημέρες ή εβδομάδες, έτσι οι αστρονόμοι θα μπορούν να επαναλαμβάνουν τις παρατηρήσεις πολλές φορές.

Τέτοιοι πλανήτες, με τη μορφή καυτών σφαιρών αερίου, συχνά αποδεικνύονται «καυτός Δίας» και κάθε έκτος είναι σαν μια φλεγόμενη υπερ-Γη καλυμμένη σε θάλασσες λάβας.

Φυσικά, κάτω από τέτοιες συνθήκες, πρωτεϊνική ζωή του τύπου μας δεν μπορεί να υπάρξει, αλλά ανάμεσα σε εκατοντάδες αφιλόξενα σώματα υπάρχουν ευχάριστες εξαιρέσεις. Μέχρι στιγμής, έχουν εντοπιστεί περισσότεροι από εκατό επίγειοι πλανήτες, που βρίσκονται στη λεγόμενη κατοικήσιμη ζώνη ή ζώνη χρυσόκλωνων.

Αυτός ο παραμυθένιος χαρακτήρας καθοδηγήθηκε από την αρχή "όχι περισσότερο, όχι λιγότερο". Ομοίως, οι σπάνιοι πλανήτες που περιλαμβάνονται στη «ζώνη ζωής» θα πρέπει να έχουν θερμοκρασία εντός των ορίων της ύπαρξης υγρού νερού. Επιπλέον, 24 πλανήτες από αυτόν τον αριθμό έχουν ακτίνα μικρότερη από δύο ακτίνες της Γης.

Ωστόσο, μέχρι στιγμής μόνο ένας από αυτούς τους πλανήτες έχει τα κύρια χαρακτηριστικά του δίδυμου της Γης: βρίσκεται στη ζώνη Goldilocks, κοντά στο μέγεθος της Γης, και είναι μέρος ενός συστήματος κίτρινου νάνου παρόμοιου με τον Ήλιο.

Στον κόσμο των κόκκινων νάνων

Ωστόσο, οι αστροβιολόγοι, που ψάχνουν επίμονα για εξωγήινη ζωή, δεν χάνουν την καρδιά τους. Τα περισσότερα αστέρια στον γαλαξία μας είναι μικροί, δροσεροί, αμυδρά κόκκινοι νάνοι. Σύμφωνα με τα σύγχρονα δεδομένα, οι κόκκινοι νάνοι, που είναι περίπου το μισό μέγεθος και ψυχρότεροι από τον Ήλιο, αποτελούν τουλάχιστον τα τρία τέταρτα του «αστρικού πληθυσμού» του Γαλαξία μας.

Σε τροχιά αυτά τα ηλιακά ξαδέρφια είναι μικροσκοπικά συστήματα στο μέγεθος της τροχιάς του Ερμή, και έχουν επίσης τις δικές τους ζώνες Goldilocks.

Οι αστροφυσικοί του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ συνέταξαν μάλιστα ένα ειδικό πρόγραμμα υπολογιστή, το TERRA, με τη βοήθεια του οποίου αναγνώρισαν δώδεκα επίγεια δίδυμα. Όλοι τους είναι κοντά στις ζώνες ζωής τους γύρω από τα μικρά κόκκινα φωτιστικά. Όλα αυτά αυξάνουν κατά πολύ τις πιθανότητες παρουσίας εξωγήινων κέντρων ζωής στον γαλαξία μας.

Προηγουμένως, πιστευόταν ότι οι κόκκινοι νάνοι, κοντά στους οποίους βρέθηκαν πλανήτες σαν τη Γη, είναι πολύ ήσυχα αστέρια και οι εκλάμψεις που συνοδεύονται από εκπομπές πλάσματος σπάνια εμφανίζονται στην επιφάνειά τους.

Όπως αποδείχθηκε στην πραγματικότητα, τέτοια φωτιστικά είναι ακόμη πιο ενεργά από τον Ήλιο.

Ισχυροί κατακλυσμοί συμβαίνουν συνεχώς στην επιφάνειά τους, δημιουργώντας ριπές τυφώνων «αστρικού ανέμου» που μπορούν να υπερνικήσουν ακόμη και την ισχυρή μαγνητική ασπίδα της Γης.

Ωστόσο, πολλά δίδυμα της Γης μπορούν να πληρώσουν πολύ υψηλό τίμημα επειδή βρίσκονται κοντά στο αστέρι τους. Η ακτινοβολία που ρέει από συχνές εκλάμψεις στην επιφάνεια των ερυθρών νάνων μπορεί κυριολεκτικά να «γλείφει» μέρος της ατμόσφαιρας των πλανητών, καθιστώντας αυτούς τους κόσμους ακατοίκητους. Ταυτόχρονα, ο κίνδυνος στεφανιαίων εκτινάξεων ενισχύεται από το γεγονός ότι η εξασθενημένη ατμόσφαιρα θα προστατεύσει ελάχιστα την επιφάνεια από τα φορτισμένα σωματίδια της σκληρής υπεριώδους ακτινοβολίας και τις ακτίνες Χ από τον «αστρικό άνεμο».

Επιπλέον, υπάρχει κίνδυνος καταστολής των μαγνητοσφαιρών των δυνητικά κατοικήσιμων πλανητών από το ισχυρό μαγνητικό πεδίο των ερυθρών νάνων.

Σπασμένη μαγνητική ασπίδα

Οι αστρονόμοι υποψιάζονταν από καιρό ότι πολλοί κόκκινοι νάνοι έχουν ισχυρά μαγνητικά πεδία που θα μπορούσαν εύκολα να διαπεράσουν τη μαγνητική ασπίδα που περιβάλλει δυνητικά κατοικήσιμους πλανήτες. Για να αποδειχθεί αυτό, χτίστηκε ένας εικονικός κόσμος στον οποίο ο πλανήτης μας περιστρέφεται γύρω από ένα παρόμοιο αστέρι σε μια πολύ κοντινή τροχιά στη «ζώνη ζωής».

Αποδείχθηκε ότι πολύ συχνά το μαγνητικό πεδίο ενός νάνου όχι μόνο παραμορφώνει σε μεγάλο βαθμό τη μαγνητόσφαιρα της Γης, αλλά την οδηγεί ακόμη και κάτω από την επιφάνεια του πλανήτη. Σε αυτό το σενάριο, σε λίγα μόνο εκατομμύρια χρόνια δεν θα μας έμενε αέρας ή νερό και ολόκληρη η επιφάνεια θα καεί από την κοσμική ακτινοβολία.

Από αυτό προκύπτουν δύο ενδιαφέροντα συμπεράσματα. Η αναζήτηση για ζωή σε συστήματα ερυθρών νάνων μπορεί να είναι εντελώς μάταιη, και αυτή είναι μια άλλη εξήγηση για τη «μεγάλη σιωπή του σύμπαντος».

Ωστόσο, ίσως δεν μπορούμε να εντοπίσουμε εξωγήινη νοημοσύνη επειδή ο πλανήτης μας γεννήθηκε πολύ νωρίς...

Ποιος μπορεί να ζήσει σε μακρινούς εξωπλανήτες; Θα μπορούσαν να υπάρχουν τέτοια πλάσματα;

Η θλιβερή μοίρα του πρωτότοκου

Αναλύοντας δεδομένα που ελήφθησαν χρησιμοποιώντας τα τηλεσκόπια Kepler και Hubble, οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ότι η διαδικασία σχηματισμού άστρων στον Γαλαξία μας έχει επιβραδυνθεί σημαντικά. Αυτό οφείλεται στην αυξανόμενη έλλειψη οικοδομικών υλικών με τη μορφή νεφών σκόνης και αερίων.

Ωστόσο, υπάρχει ακόμα πολύ υλικό στον γαλαξία μας για τη γέννηση των άστρων και των πλανητικών συστημάτων. Επιπλέον, σε μερικά δισεκατομμύρια χρόνια το αστρικό νησί μας θα συγκρουστεί με το γιγάντιο γαλαξία Νεφέλωμα Ανδρομέδα, το οποίο θα προκαλέσει ένα κολοσσιαίο κύμα στο σχηματισμό άστρων.

Σε αυτό το φόντο της μελλοντικής γαλαξιακής εξέλιξης, ανακοινώθηκε πρόσφατα η εντυπωσιακή είδηση ​​ότι πριν από τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια, κατά την εμφάνιση του Ηλιακού Συστήματος, υπήρχε μόνο το ένα δέκατο των δυνητικά κατοικήσιμων πλανητών.

Λαμβάνοντας υπόψη ότι χρειάστηκαν αρκετές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια για τη γέννηση των απλούστερων μικροοργανισμών στον πλανήτη μας και αρκετά ακόμη δισεκατομμύρια χρόνια για να σχηματιστούν ανεπτυγμένες μορφές ζωής, υπάρχει μεγάλη πιθανότητα ότι οι νοήμονες εξωγήινοι θα εμφανιστούν μόνο μετά την εξαφάνιση του Ήλιου.

Ίσως εδώ να βρίσκεται η απάντηση στο συναρπαστικό παράδοξο Fermi, το οποίο κάποτε διατυπώθηκε από έναν εξαιρετικό φυσικό: πού είναι αυτοί οι εξωγήινοι; Ή μήπως έχει νόημα να αναζητούμε απαντήσεις στον πλανήτη μας;

Εξτρεμόφιλοι στη Γη και στο διάστημα

Όσο πιο πολύ πείθουμε για τη μοναδικότητα της θέσης μας στο Σύμπαν, τόσο πιο συχνά τίθεται το ερώτημα: μπορεί η ζωή να υπάρξει και να αναπτυχθεί σε κόσμους εντελώς διαφορετικούς από τον δικό μας;

Την απάντηση σε αυτό το ερώτημα δίνει η ύπαρξη εκπληκτικών οργανισμών στον πλανήτη μας - ακραίοι. Πήραν το όνομά τους για την ικανότητά τους να επιβιώνουν σε ακραίες θερμοκρασίες, τοξικά περιβάλλοντα και ακόμη και χώρο χωρίς αέρα. Οι θαλάσσιοι βιολόγοι έχουν βρει παρόμοια πλάσματα σε υπόγειους θερμοπίδακες - «θαλασσινούς καπνιστές».

Εκεί ευδοκιμούν υπό τεράστια πίεση και απουσία οξυγόνου στην ίδια την άκρη των καυτών ηφαιστειακών αεραγωγών. Οι «συνάδελφοί» τους βρίσκονται σε αλμυρές ορεινές λίμνες, καυτές ερήμους και υποπαγετικές δεξαμενές της Ανταρκτικής. Υπάρχουν ακόμη και «όψιμοι» μικροοργανισμοί που επιβιώνουν στο κενό του διαστήματος. Αποδεικνύεται ότι ακόμη και στο περιβάλλον ακτινοβολίας κοντά σε κόκκινους νάνους, μπορεί να προκύψουν ορισμένα «ακραία μικρόβια».

Λίμνη οξέος που βρίσκεται στο Yellowstone. Κόκκινη πλάκα - βακτήρια οξύφιλου

Τα Tardigrades είναι ικανά να υπάρχουν στο κενό του χώρου

Η ακαδημαϊκή εξελικτική βιολογία πιστεύει ότι η ζωή στη Γη προέκυψε από χημικές αντιδράσεις σε ένα «ζεστό, ρηχό σώμα νερού» που διαπερνάται από την υπεριώδη ακτινοβολία και το όζον από μαινόμενες «καταιγίδες κεραυνών». Από την άλλη πλευρά, οι αστροβιολόγοι γνωρίζουν ότι τα χημικά «δομικά στοιχεία» της ζωής βρίσκονται σε άλλους κόσμους. Για παράδειγμα, παρατηρήθηκαν σε νεφελώματα αερίου και σκόνης και δορυφορικά συστήματα των γιγάντων αερίου μας. Αυτό, φυσικά, απέχει ακόμα πολύ από μια «γεμάτη ζωή», αλλά το πρώτο βήμα προς αυτήν.

Η «τυποποιημένη» θεωρία της προέλευσης της ζωής στη Γη δέχθηκε πρόσφατα ένα μεγάλο πλήγμα από... γεωλόγων. Αποδεικνύεται ότι οι πρώτοι οργανισμοί είναι πολύ παλαιότεροι από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως και σχηματίστηκαν σε ένα εντελώς δυσμενές περιβάλλον ατμόσφαιρας μεθανίου και βραστό μάγματος που ξεχύνεται από χιλιάδες ηφαίστεια.

Αυτό κάνει πολλούς βιολόγους να σκεφτούν την παλιά υπόθεση της πανσπερμίας. Σύμφωνα με αυτό, οι πρώτοι μικροοργανισμοί προήλθαν από κάπου αλλού, ας πούμε, στον Άρη, και ήρθαν στη Γη στον πυρήνα των μετεωριτών. Ίσως τα αρχαία βακτήρια έπρεπε να διανύσουν μεγαλύτερη απόσταση σε πυρήνες κομητών που έφτασαν από άλλα αστρικά συστήματα.

Αλλά αν είναι έτσι, τότε τα μονοπάτια της «κοσμικής εξέλιξης» μπορούν να μας οδηγήσουν σε «αδέρφια στην καταγωγή» που άντλησαν τους «σπόρους της ζωής» από την ίδια πηγή με εμάς...

Η πρόγνωση του καιρού για τους περισσότερους εξωπλανήτες είναι απογοητευτική. Ο καυτός ήλιος, οι ετήσιες πλημμύρες και το βαθύ χιόνι κάνουν τη ζωή πολύ πιο δύσκολη για τους ντόπιους κατοίκους.

Οι επιστήμονες ενδιαφέρονται για την κατοικησιμότητα άλλων πλανητών για διάφορους λόγους, πολιτικούς, οικονομικούς, ανθρωπιστικούς και επιστημονικούς. Θέλουν να καταλάβουν πώς αλλάζει το δικό μας κλίμα.

Πώς θα ζήσουμε στο κλίμα του μέλλοντος και τι μπορούμε να κάνουμε για να σταματήσουμε την άνοδο του φαινομένου του θερμοκηπίου. Άλλωστε, σε λίγο καιρό η ουράνια Γη θα χαθεί απελπιστικά.

Είναι απίθανο να ασχοληθούμε σοβαρά με την αναζήτηση καθαρών πηγών ενέργειας ή να πείσουμε τους πολιτικούς να ασχοληθούν με τα κλιματικά ζητήματα εις βάρος του οικονομικού κέρδους. Μια πολύ πιο ενδιαφέρουσα ερώτηση είναι: πότε θα δούμε εξωγήινους;

Η κατοικήσιμη ζώνη, γνωστή και ως «ζώνη Goldilocks», είναι η περιοχή γύρω από ένα αστέρι όπου η μέση θερμοκρασία του πλανήτη επιτρέπει να υπάρχει το υγρό νερό στο οποίο είμαστε τόσο συνηθισμένοι. Ψάχνουμε για υγρό νερό όχι μόνο για μελλοντική χρήση, αλλά και για να βρούμε ένα ορόσημο: ίσως να υπάρχει άλλη ζωή εκεί έξω κάπου.

Τα προβλήματα εκτός αυτής της ζώνης είναι αρκετά εμφανή. Αν κάνει πολύ ζέστη, το περιβάλλον θα γίνει ένα αφόρητο ατμόλουτρο ή θα αρχίσει να σπάει το νερό σε οξυγόνο και υδρογόνο.

Στη συνέχεια, το οξυγόνο θα ενωθεί με τον άνθρακα για να σχηματίσει διοξείδιο του άνθρακα και το υδρογόνο θα διαφύγει στο διάστημα. Αυτό συμβαίνει με την Αφροδίτη.

Εάν ο πλανήτης είναι πολύ κρύος, το νερό θα σχηματίσει στερεά κομμάτια. Μπορεί να υπάρχουν θύλακες υγρού νερού κάτω από την κρούστα του πάγου, αλλά συνολικά δεν είναι ένα ευχάριστο μέρος για να ζεις.

Το βρήκαμε στον Άρη και στα φεγγάρια του Δία και του Κρόνου. Και αν μπορεί να οριστεί χονδρικά μια δυνητικά κατοικήσιμη ζώνη, είναι ένα μέρος όπου θα μπορούσε να υπάρχει υγρό νερό.

Δυστυχώς, αυτή η εξίσωση περιλαμβάνει περισσότερα από την απόσταση από το αστέρι και την ποσότητα της παραγόμενης ενέργειας. Η ατμόσφαιρα του πλανήτη παίζει σοβαρό ρόλο.

Θα εκπλαγείτε, αλλά η Αφροδίτη και ο Άρης βρίσκονται στην δυνητικά κατοικήσιμη ζώνη του ηλιακού συστήματος. Η ατμόσφαιρα της Αφροδίτης είναι τόσο πηχτή που παγιδεύει την ενέργεια του ήλιου και δημιουργεί έναν αφιλόξενο για τη ζωή φούρνο που θα λιώσει κάθε υπόδειξη ζωής πιο γρήγορα από ό,τι μπορείς να πεις «δύο φλιτζάνια τσάι σε αυτόν τον κύριο». Στον Άρη όλα είναι εντελώς αντίθετα.

Η λεπτή ατμόσφαιρα δεν μπορεί να συγκρατήσει καθόλου τη θερμότητα, επομένως ο πλανήτης είναι πολύ κρύος. Βελτιώστε τις ατμόσφαιρες και των δύο πλανητών και θα αποκτήσετε κόσμους που μπορούν εύκολα να φιλοξενήσουν ζωή.

Ίσως θα μπορούσαμε να τα πιέσουμε μαζί και να ανακατέψουμε τις ατμόσφαιρες; Χρειάζεται σκέψη. Όταν κοιτάμε άλλους κόσμους στον Γαλαξία μας και προσπαθούμε να καταλάβουμε αν υπάρχει ζωή εκεί, δεν αρκεί απλώς να εκτιμήσουμε τη θέση τους στη ζώνη Goldilocks.

Πρέπει να γνωρίζουμε τη μορφή της ατμόσφαιρας. Οι αστρονόμοι έχουν βρει πλανήτες που βρίσκονται σε κατοικήσιμες ζώνες γύρω από άλλα αστέρια, αλλά αυτοί οι κόσμοι δεν φαίνεται να είναι ιδιαίτερα κατάλληλοι για ζωή.

Περιφέρονται γύρω από τους κόκκινους νάνους αστέρες. Κατ 'αρχήν, το να ζεις σε συνθήκες κοκκινωπών αντανακλάσεων δεν είναι τόσο κακό, αλλά υπάρχει ένα πρόβλημα.

Οι κόκκινοι νάνοι τείνουν να συμπεριφέρονται πολύ άσχημα όταν είναι νέοι. Δημιουργούν ισχυρές εκλάμψεις και εκτινάξεις μάζας κορωνοϊού.

Αυτό καθαρίζει την επιφάνεια οποιουδήποτε πλανήτη πλησιάζει πολύ. Είναι αλήθεια ότι υπάρχει κάποια ελπίδα.

Μετά από μερικά εκατομμύρια χρόνια υψηλής δραστηριότητας, αυτοί οι κόκκινοι νάνοι αστέρες εγκαθίστανται και αρχίζουν να απορροφούν τα αποθέματά τους υδρογόνου με δυνατότητα τρισεκατομμυρίων ετών. Εάν η ζωή μπορεί να επιβιώσει αρκετά στα πρώτα στάδια της ύπαρξης ενός αστεριού, μπορεί να περιμένει μια μακρά, ευτυχισμένη ζωή. Όταν σκέφτεστε ένα νέο σπίτι ανάμεσα στα αστέρια ή προσπαθείτε να βρείτε νέα ζωή στο σύμπαν, αναζητήστε πλανήτες στην δυνητικά κατοικήσιμη ζώνη.

Κατοικήσιμη ζώνη (Ζώνη Goldilocks)

Μια φορά κι έναν καιρό υπήρχε ένα ηλιακό σύστημα, και τότε μια μέρα -πολύ καιρό πριν, περίπου τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια- συνειδητοποίησε ότι είχε σχεδόν σχηματιστεί. Η Αφροδίτη εμφανίστηκε κοντά στον ίδιο τον Ήλιο - και ήταν τόσο κοντά στον Ήλιο που η ενέργεια των ακτίνων του ήλιου εξατμίστηκε ολόκληρη η παροχή νερού της. Αλλά ο Άρης ήταν μακριά από τον Ήλιο - και όλο το νερό του πάγωσε. Και μόνο ένας πλανήτης - η Γη - αποδείχθηκε ότι ήταν ακριβώς σε τέτοια απόσταση από τον Ήλιο - "ακριβώς" - που το νερό σε αυτόν παρέμεινε υγρό και επομένως η ζωή θα μπορούσε να προκύψει στην επιφάνεια της Γης. Αυτή η ζώνη γύρω από τον Ήλιο έγινε γνωστή ως κατοικήσιμη ζώνη. Η ιστορία των τριών αρκούδων διηγείται σε παιδιά σε πολλές χώρες και στην Αγγλία η ηρωίδα της ονομάζεται Goldilocks. Της άρεσε επίσης να είναι όλα "ακριβώς". Στο σπίτι των τριών αρκούδων, ένα μπολ με χυλό ήταν πολύ ζεστό. Το άλλο είναι πολύ κρύο. Και μόνο το τρίτο ήταν «ακριβώς σωστό» για τους Goldilocks. Και στο σπίτι των τριών αρκούδων υπήρχαν τρία κρεβάτια, και το ένα ήταν πολύ σκληρό, το άλλο ήταν πολύ μαλακό, και το τρίτο ήταν "ακριβώς σωστά", και ο Goldilocks αποκοιμήθηκε σε αυτό. Όταν οι τρεις αρκούδες επέστρεψαν στο σπίτι, ανακάλυψαν όχι μόνο ότι έλειπε ο χυλός από το τρίτο μπολ, αλλά και ο Χρυσοχόος, που κοιμόταν γλυκά στο κρεβάτι της μικρής αρκούδας. Δεν θυμάμαι πώς τελείωσαν όλα, αλλά αν ήμουν οι τρεις αρκούδες - παμφάγα αρπακτικά στην κορυφή της τροφικής αλυσίδας - θα είχα φάει Χρυσόχρυσο.

Το Goldilocks μπορεί να ενδιαφέρεται για τη σχετική κατοικησιμότητα της Αφροδίτης, της Γης και του Άρη, αλλά στην πραγματικότητα η πλοκή αυτών των πλανητών είναι πολύ πιο περίπλοκη από τρία μπολ με κουάκερ. Πριν από τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια, οι πλανητικές επιφάνειες εξακολουθούσαν να βομβαρδίζονται από κομήτες πλούσιους σε νερό και αστεροειδείς πλούσιους σε ορυκτά, αν και πολύ λιγότερο συχνά από πριν. Κατά τη διάρκεια αυτού του παιχνιδιού του κοσμικού μπιλιάρδου, ορισμένοι πλανήτες μετανάστευσαν από τις γενέτειρες θέσεις τους πιο κοντά στον Ήλιο και κάποιοι ρίχτηκαν σε τροχιές μεγαλύτερης διαμέτρου. Και πολλοί από τους δεκάδες πλανήτες που σχηματίστηκαν κατέληξαν σε ασταθείς τροχιές και έπεσαν στον Ήλιο ή τον Δία. Αρκετοί ακόμη πλανήτες απλώς πετάχτηκαν έξω από το ηλιακό σύστημα. Οι υπόλοιπες μονάδες στο τέλος περιστράφηκαν ακριβώς σε εκείνες τις τροχιές που αποδείχθηκαν «ακριβώς σωστά» για να επιβιώσουν δισεκατομμύρια χρόνια σε αυτές. Η Γη εγκαταστάθηκε σε μια τροχιά με μέση απόσταση από τον Ήλιο περίπου 150 εκατομμύρια χιλιόμετρα. Σε αυτή την απόσταση, η Γη αναχαιτίζει ένα πολύ μέτριο κλάσμα της συνολικής ενέργειας που εκπέμπεται από τον Ήλιο - μόνο τα δύο δισεκατομμυριοστά. Αν υποθέσουμε ότι η Γη απορροφά όλη αυτή την ενέργεια, τότε η μέση θερμοκρασία του πλανήτη μας είναι περίπου 280 K, δηλαδή 7 ° C - στα μισά του δρόμου μεταξύ των θερμοκρασιών χειμώνα και καλοκαιριού.

Σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση, το νερό παγώνει στους 273 Κ και βράζει στους 373 Κ, έτσι, προς μεγάλη μας χαρά, σχεδόν όλο το νερό στη Γη βρίσκεται σε υγρή κατάσταση. Ωστόσο, δεν χρειάζεται να βιαστούμε. Μερικές φορές στην επιστήμη παίρνεις τις σωστές απαντήσεις με βάση τις λάθος υποθέσεις. Στην πραγματικότητα, η Γη απορροφά μόνο τα δύο τρίτα της ηλιακής ενέργειας που φτάνει σε αυτήν. Το υπόλοιπο αντανακλάται πίσω στο διάστημα από την επιφάνεια της γης (ειδικά τους ωκεανούς) και την νεφοκάλυψη. Αν προσθέσουμε τον συντελεστή ανάκλασης στον τύπο, τότε η μέση θερμοκρασία της Γης πέφτει στους 255 K, που είναι πολύ χαμηλότερα από το σημείο πήξης του νερού. Αυτές τις μέρες, πρέπει να υπάρχει κάποιος άλλος μηχανισμός σε λειτουργία που να διατηρεί τη μέση θερμοκρασία σε πιο άνετα επίπεδα. Και πάλι, πάρτε το χρόνο σας. Όλες οι θεωρίες της αστρικής εξέλιξης μας λένε ότι πριν από τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια, όταν η ζωή σχηματιζόταν από την παροιμιώδη αρχέγονη σούπα στη Γη, ο Ήλιος ήταν κατά ένα τρίτο χαμηλότερος από ό,τι είναι σήμερα, πράγμα που σημαίνει ότι η μέση θερμοκρασία της Γης ήταν κάτω από το μηδέν. Μήπως η Γη στο μακρινό παρελθόν ήταν απλώς πιο κοντά στον Ήλιο; Ωστόσο, μετά από μια περίοδο έντονων βομβαρδισμών που έχει τελειώσει εδώ και καιρό, δεν γνωρίζουμε κανέναν μηχανισμό που θα μετατόπιζε σταθερές τροχιές εντός του ηλιακού συστήματος. Ίσως το φαινόμενο του θερμοκηπίου ήταν ισχυρότερο στο παρελθόν; Δεν ξέρουμε σίγουρα. Αλλά γνωρίζουμε ότι οι κατοικήσιμες ζώνες με την αρχική έννοια αυτών των λέξεων έχουν μόνο μια μακρινή σχέση με το αν μπορεί να υπάρχει ζωή σε πλανήτες που βρίσκονται εντός των ορίων αυτών των ζωνών.

Η περίφημη εξίσωση Drake, η οποία αναφέρεται πάντα στην αναζήτηση εξωγήινης νοημοσύνης, μας επιτρέπει να δώσουμε μια πρόχειρη εκτίμηση για το πόσοι πολιτισμοί μπορούν, κατ' αρχήν, να βρεθούν στον γαλαξία του Milky Way. Η εξίσωση προήλθε τη δεκαετία του '60 του 20ου αιώνα από τον Αμερικανό αστρονόμο Frank Drake, και εκείνη την εποχή η ιδέα μιας κατοικήσιμης ζώνης περιοριζόταν στην ιδέα ότι οι πλανήτες θα πρέπει να βρίσκονται σε απόσταση από το άστρο τους που είναι "ακριβώς σωστή" για την ύπαρξη της ζωής. Η έννοια μιας εκδοχής της εξίσωσης Drake είναι κάπως έτσι: ας ξεκινήσουμε με τον αριθμό των αστεριών στον γαλαξία (εκατοντάδες δισεκατομμύρια). Ας πολλαπλασιάσουμε αυτόν τον τεράστιο αριθμό με το κλάσμα των αστεριών που έχουν πλανήτες.Πολλαπλασιάστε τον αριθμό που προκύπτει με το κλάσμα των πλανητών που βρίσκονται στην κατοικήσιμη ζώνη. Τώρα ας πολλαπλασιάσουμε το αποτέλεσμα με το κλάσμα των πλανητών στους οποίους έχει αναπτυχθεί ζωή. Ας πολλαπλασιάσουμε το αποτέλεσμα με την αναλογία των πλανητών στους οποίους έχει αναπτυχθεί ευφυής ζωή. Ας πολλαπλασιάσουμε το αποτέλεσμα με την αναλογία των πλανητών όπου η τεχνολογική πρόοδος έχει φτάσει σε τέτοιο στάδιο ώστε να μπορεί να δημιουργηθεί διαστρική επικοινωνία.

Αν τώρα λάβουμε υπόψη τον ρυθμό σχηματισμού των άστρων και το προσδόκιμο ζωής ενός τεχνολογικά προηγμένου πολιτισμού, θα λάβουμε τον αριθμό των προηγμένων πολιτισμών που πιθανώς περιμένουν το τηλεφώνημά μας αυτή τη στιγμή. Τα μικρά, δροσερά, χαμηλής φωτεινότητας αστέρια ζουν εκατοντάδες δισεκατομμύρια, ίσως και τρισεκατομμύρια χρόνια, πράγμα που σημαίνει ότι οι πλανήτες τους έχουν αρκετό χρόνο για να αναπτυχθούν δύο ή τρία είδη ζωντανών οργανισμών, αλλά οι κατοικήσιμες ζώνες τους είναι πολύ κοντά στο αστέρι. Ένας πλανήτης που σχηματίστηκε σε αυτή τη ζώνη πέφτει γρήγορα στη λεγόμενη παλιρροιακή σύλληψη του άστρου και περιστρέφεται πάντα με τη μία πλευρά στραμμένη προς αυτό, γεγονός που προκαλεί ισχυρή ανισορροπία στη θέρμανση του πλανήτη - όλο το νερό στην «μπροστινή» πλευρά του ο πλανήτης θα εξατμιστεί και όλο το νερό στην «πλάτη» θα παγώσει. Αν η Goldilocks ζούσε σε έναν τέτοιο πλανήτη, θα βρίσκαμε ότι τρώει το χυλό της, γυρίζοντας στον άξονά της σαν ψητό κοτόπουλο - στο ίδιο το σύνορο μεταξύ του αιώνιου ήλιου και του αιώνιου σκοταδιού. Οι κατοικήσιμες ζώνες γύρω από αστέρια μεγάλης διάρκειας έχουν ένα άλλο μειονέκτημα - είναι πολύ στενές, επομένως ο πλανήτης έχει πολύ λίγες πιθανότητες να καταλήξει κατά λάθος σε μια τροχιά με ακτίνα που είναι «ακριβώς σωστή».

Αλλά γύρω από καυτά, μεγάλα, φωτεινά αστέρια υπάρχουν τεράστιες κατοικήσιμες ζώνες. Ωστόσο, αυτά τα αστέρια, δυστυχώς, είναι σπάνια και ζουν μόνο μερικά εκατομμύρια χρόνια πριν εκραγούν, επομένως οι πλανήτες τους δύσκολα μπορούν να θεωρηθούν υποψήφιοι στην αναζήτηση της ζωής όπως τη γνωρίζουμε, εκτός και αν υποστούν κάποια πολύ γρήγορη εξέλιξη. Και είναι απίθανο τα ζώα που είναι ικανά να εφεύρουν διαφορικό λογισμό να είναι τα πρώτα που θα βγουν από την αρχέγονη βλέννα. Η Εξίσωση Drake μπορεί να θεωρηθεί ως μαθηματικά Goldilocks, μια μέθοδος για την εκτίμηση των πιθανοτήτων ότι κάπου στον γαλαξία όλα έχουν λειτουργήσει σωστά. Ωστόσο, η εξίσωση Drake στην αρχική της μορφή δεν περιλαμβάνει, για παράδειγμα, τον Άρη, ο οποίος βρίσκεται πολύ πέρα ​​από την κατοικήσιμη ζώνη του Ήλιου. Εν τω μεταξύ, ο Άρης είναι γεμάτος ελικοειδή, ξηρά ποτάμια με δέλτα και πλημμυρικές πεδιάδες, και αυτό αποδεικνύει αδιαμφισβήτητα ότι κάποτε στο παρελθόν υπήρχε άφθονο νερό σε υγρή μορφή στον Άρη.

Τι γίνεται όμως με την Αφροδίτη, την «αδερφή» της Γης; Εμπίπτει ακριβώς στην κατοικήσιμη ζώνη του Ήλιου. Αυτός ο πλανήτης, που καλύπτεται πλήρως από ένα παχύ στρώμα νεφών, έχει την υψηλότερη ανακλαστικότητα σε ολόκληρο το ηλιακό σύστημα. Δεν υπάρχουν προφανείς λόγοι για τους οποίους η Αφροδίτη μπορεί να είναι κακή και άβολη. Ωστόσο, παρουσιάζει ένα τερατώδες φαινόμενο θερμοκηπίου. Η παχιά ατμόσφαιρα της Αφροδίτης είναι κυρίως διοξείδιο του άνθρακα και απορροφά σχεδόν το 100% της μικρής ακτινοβολίας που φτάνει στην επιφάνειά της. Η θερμοκρασία στην Αφροδίτη είναι 750 Κ, και αυτό είναι ένα ρεκόρ σε ολόκληρο το ηλιακό σύστημα, αν και η απόσταση από τον Ήλιο στην Αφροδίτη είναι σχεδόν διπλάσια από αυτή του Ερμή.

Δεδομένου ότι η Γη έχει υποστηρίξει τη ζωή σε όλη την εξέλιξή της - δισεκατομμύρια χρόνια ταραχώδους αντιξοότητας - αυτό σημαίνει ότι η ίδια η ζωή παρέχει πιθανώς κάποιο είδος μηχανισμού ανάδρασης που διατηρεί το νερό σε υγρή μορφή στον πλανήτη. Αυτή η ιδέα αναπτύχθηκε από τους βιολόγους James Lovelock και Lynn Margulis στη δεκαετία του '70 και ονομάζεται υπόθεση της Γαίας. Αυτή η αρκετά δημοφιλής αλλά αμφιλεγόμενη υπόθεση υποδηλώνει ότι η συλλογή ειδών στη Γη ανά πάσα στιγμή λειτουργεί σαν ένας συλλογικός οργανισμός που συνεχώς, αν και ακούσια, προσαρμόζει τη σύνθεση της ατμόσφαιρας και του κλίματος της Γης έτσι ώστε να ευνοούν την παρουσία και την ανάπτυξη της ζωής. - δηλαδή η παρουσία υγρού νερού στην επιφάνεια. Νομίζω ότι αυτό είναι πολύ ενδιαφέρον και άξιο μελέτης. Η υπόθεση της Γαίας είναι μια αγαπημένη υπόθεση των φιλοσοφιών της Νέας Εποχής. Αλλά είμαι διατεθειμένος να στοιχηματίσω ότι ορισμένοι από καιρό νεκροί Αρειανοί και Αφροδίτες πιθανότατα υποστήριξαν αυτή την ιδέα πριν από ένα δισεκατομμύριο χρόνια...

Εάν επεκτείνουμε την έννοια της κατοικήσιμης ζώνης, αποδεικνύεται ότι χρειάζεται απλώς οποιαδήποτε πηγή ενέργειας για να λιώσει τον πάγο. Ένα από τα φεγγάρια του Δία, η παγωμένη Ευρώπη, θερμαίνεται από τις παλιρροϊκές δυνάμεις του βαρυτικού πεδίου του Δία. Όπως μια μπάλα ρακέτας που θερμαίνεται από συχνές κρούσεις, η Ευρώπη θερμαίνεται από τα δυναμικά φορτία που βιώνει λόγω της έλξης του Δία στη μία πλευρά περισσότερο από την άλλη. Ποιο είναι το αποτέλεσμα? Τα τρέχοντα δεδομένα παρατήρησης και οι θεωρητικοί υπολογισμοί δείχνουν ότι κάτω από μια κρούστα πάγου πάχους χιλιομέτρου στην Ευρώπη βρίσκεται ένας ωκεανός υγρού νερού ή, πιθανώς, λασπωμένο χιόνι. Δεδομένης της αφθονίας της ζωής στα βάθη των ωκεανών στη Γη, η Ευρώπη είναι ο πιο δελεαστικός υποψήφιος για ζωή στο ηλιακό σύστημα πέρα ​​από τη Γη. Μια άλλη πρόσφατη ανακάλυψη στην κατανόησή μας για το τι είναι η κατοικήσιμη ζώνη είναι οι ζωντανοί οργανισμοί που ονομάστηκαν πρόσφατα «ακροφιλικοί»: οργανισμοί που όχι μόνο επιβιώνουν, αλλά και ευδοκιμούν σε συνθήκες ακραίου κρύου ή ακραίας ζέστης. Αν υπήρχαν βιολόγοι μεταξύ των ακραίων φιλικών, πιθανότατα θα πίστευαν ότι είναι φυσιολογικοί, και ακραίοφιλοι είναι όλοι όσοι ζουν καλά σε θερμοκρασία δωματίου. Μεταξύ των ακραίων φιλικών είναι τα θερμόφιλα, τα οποία συνήθως ζουν κοντά σε υποβρύχιες κορυφογραμμές βουνών στη μέση των ωκεανών, όπου το νερό, που θερμαίνεται υπό τεράστια πίεση σε θερμοκρασία πολύ υψηλότερη από το κανονικό σημείο βρασμού, εκτοξεύεται από κάτω από τον φλοιό της γης στο ψυχρό πάχος του ωκεανού. Οι συνθήκες εκεί είναι παρόμοιες με εκείνες σε μια χύτρα ταχύτητας κουζίνας: μια ιδιαίτερα ανθεκτική κατσαρόλα με αεροστεγές καπάκι σάς επιτρέπει να θερμαίνετε το νερό υπό πίεση σε θερμοκρασία πάνω από το σημείο βρασμού, αποφεύγοντας ταυτόχρονα το βρασμό.

Στον κρύο πυθμένα του ωκεανού, ορυκτά αναδύονται από θερμές πηγές, δημιουργώντας γιγάντιους πορώδεις σωλήνες δέκα ορόφους - ζεστοί στη μέση, λίγο πιο δροσεροί στις άκρες, όπου αγγίζουν απευθείας το νερό του ωκεανού. Σε όλες αυτές τις θερμοκρασίες, οι καμινάδες κατοικούνται από αμέτρητα είδη ζωντανών όντων που δεν έχουν δει ποτέ τον Ήλιο και που δεν τους νοιάζει αν υπάρχει ή όχι. Αυτοί οι σκληροί ξηροί καρποί τροφοδοτούνται από τη γεωθερμική ενέργεια, η οποία είναι ένας συνδυασμός αυτού που απομένει από το σχηματισμό της Γης και της θερμότητας που διαρρέει συνεχώς στον φλοιό της Γης λόγω της ραδιενεργής αποσύνθεσης φυσικών, αλλά ασταθών ισοτόπων από παλιά γνωστά χημικά στοιχεία - συμπεριλαμβανομένων , για παράδειγμα, το αλουμίνιο-26, που διαρκεί για εκατομμύρια χρόνια, και το κάλιο-40, το οποίο διαρκεί για δισεκατομμύρια. Ο πυθμένας του ωκεανού είναι πιθανώς ένα από τα πιο σταθερά οικοσυστήματα στη Γη. Τι θα συνέβαινε αν ένας γιγάντιος αστεροειδής συγκρουόταν με τη Γη και όλη η ζωή στην επιφάνειά του θα έσβηνε; Τα θερμόφιλα του ωκεανού θα ζουν και θα ζουν σαν να μην είχε συμβεί τίποτα. Ίσως μετά από κάθε κύμα εξαφάνισης να εξελίσσονται και να ξανακατοικούν τη γη. Τι θα συμβεί εάν ο Ήλιος, για μυστηριώδεις λόγους, εξαφανιστεί από το κέντρο του ηλιακού συστήματος και η Γη πέσει εκτός τροχιάς και παρασυρθεί στο διάστημα; Αυτό το γεγονός δεν θα μπει καν στις εφημερίδες Thermophile. Ωστόσο, θα περάσουν πέντε δισεκατομμύρια χρόνια και ο Ήλιος θα μετατραπεί σε κόκκινο γίγαντα, θα επεκταθεί και θα απορροφήσει ολόκληρο το εσωτερικό ηλιακό σύστημα. Οι ωκεανοί της Γης θα βράσουν και η ίδια η Γη θα εξατμιστεί. Τώρα αυτό θα είναι μια αίσθηση.

Εάν τα θερμόφιλα είναι παντού στη Γη, τίθεται ένα σοβαρό ερώτημα: τι θα γινόταν αν η ζωή άρχιζε βαθιά στα βάθη των αδέσποτων πλανητών που εκδιώχθηκαν από το ηλιακό σύστημα κατά τον σχηματισμό της; Οι «γεω» θερμικές δεξαμενές τους θα διαρκούσαν δισεκατομμύρια χρόνια. Και τι μπορεί να ειπωθεί για τους αμέτρητους πλανήτες που εκδιώχθηκαν βίαια από όλα τα άλλα ηλιακά συστήματα που κατάφεραν να σχηματιστούν στο Σύμπαν μας; Μήπως το διαστρικό διάστημα βρίθει από ζωή που προέκυψε και εξελίχθηκε στα βάθη των αστέγων πλανητών; Η κατοικήσιμη ζώνη δεν είναι μια καλά οριοθετημένη περιοχή γύρω από ένα αστέρι που δέχεται την ιδανική, «ακριβώς σωστή» ποσότητα ηλιακού φωτός - στην πραγματικότητα, είναι παντού. Έτσι το σπίτι των τριών αρκούδων μπορεί επίσης να μην κατέχει κάποια ιδιαίτερη θέση στον κόσμο των παραμυθιών. Ένα μπολ με κουάκερ, η θερμοκρασία του οποίου ήταν «η σωστή», μπορούσε να βρεθεί σε οποιοδήποτε σπίτι, ακόμα και στα σπίτια των τριών μικρών γουρουνιών. Βρήκαμε ότι ο αντίστοιχος παράγοντας της εξίσωσης Drake - ο ίδιος που ευθύνεται για την ύπαρξη πλανητών εντός της κατοικήσιμης ζώνης - μπορεί κάλλιστα να αυξηθεί σχεδόν στο 100%.

Το παραμύθι μας λοιπόν έχει ένα πολλά υποσχόμενο τέλος. Η ζωή δεν είναι απαραίτητα ένα σπάνιο και μοναδικό φαινόμενο· ίσως είναι τόσο κοινό όσο οι ίδιοι οι πλανήτες. Και τα θερμόφιλα βακτήρια έζησαν ευτυχισμένα - περίπου πέντε δισεκατομμύρια χρόνια.

Νερό, νερό, νερό τριγύρω

Κρίνοντας από την εμφάνιση μερικών από τα πιο ξηρά και αφιλόξενα μέρη στο ηλιακό μας σύστημα, μπορεί να σκεφτείτε ότι το νερό, το οποίο είναι άφθονο στη Γη, είναι μια σπάνια πολυτέλεια στον υπόλοιπο γαλαξία. Ωστόσο, από όλα τα τριατομικά μόρια, το νερό είναι το πιο άφθονο και με μεγάλη διαφορά. Και στη λίστα με τα πιο κοινά στοιχεία στο διάστημα, τα συστατικά του νερού - υδρογόνο και οξυγόνο - καταλαμβάνουν την πρώτη και την τρίτη θέση. Επομένως, δεν χρειάζεται να ρωτήσετε από πού προήλθε το νερό σε αυτό ή εκείνο το μέρος - είναι καλύτερο να ρωτήσετε γιατί δεν είναι διαθέσιμο παντού. Ας ξεκινήσουμε με το ηλιακό σύστημα. Αν ψάχνετε για ένα μέρος χωρίς νερό και αέρα, δεν χρειάζεται να πάτε μακριά: έχετε τη Σελήνη στη διάθεσή σας. Με χαμηλή ατμοσφαιρική πίεση στη Σελήνη -είναι σχεδόν μηδενική- και μέρες δύο εβδομάδων που η θερμοκρασία πλησιάζει τους 100 °C, το νερό εξατμίζεται γρήγορα. Κατά τη διάρκεια της νύχτας των δύο εβδομάδων η θερμοκρασία πέφτει στους -155°C: κάτω από αυτές τις συνθήκες σχεδόν όλα θα παγώσουν.

Οι αστροναύτες του Apollo πήραν μαζί τους στη Σελήνη όλο τον αέρα, όλο το νερό και όλα τα συστήματα κλιματισμού που χρειάζονταν για το ταξίδι εκεί και πίσω. Ωστόσο, στο μακρινό μέλλον, οι αποστολές μάλλον δεν θα χρειάζεται πλέον να μεταφέρουν νερό και διάφορα προϊόντα που παράγονται από αυτό. Τα δεδομένα από τον διαστημικό ανιχνευτή Clementine θέτουν μια για πάντα μια μακροχρόνια συζήτηση σχετικά με το εάν υπάρχουν παγωμένες λίμνες στον πυθμένα των βαθιών κρατήρων στο Βόρειο και Νότιο Πόλο της Σελήνης. Αν λάβουμε υπόψη τον μέσο αριθμό συγκρούσεων της Σελήνης με διαπλανητικά συντρίμμια ανά έτος, πρέπει να υποθέσουμε ότι μεταξύ των συντριμμιών που πέφτουν στην επιφάνεια πρέπει να υπάρχουν αρκετά μεγάλοι παγωμένοι κομήτες. Τι σημαίνει "αρκετά μεγάλο"; Υπάρχουν αρκετοί κομήτες στο ηλιακό σύστημα που, αν έλιωναν, θα άφηναν μια λακκούβα στο μέγεθος της λίμνης Έρι.

Φυσικά, δεν μπορείτε να περιμένετε μια ολοκαίνουργια λίμνη να επιβιώσει πολλές ζεστές σεληνιακές ημέρες με θερμοκρασίες κοντά στους 100°C, αλλά οποιοσδήποτε κομήτης χτυπά τη σεληνιακή επιφάνεια και εξατμίζεται ρίχνει μερικά από τα μόρια του νερού στον πυθμένα των βαθιών κρατήρων κοντά στο πόλων. Αυτά τα μόρια απορροφώνται στο σεληνιακό έδαφος, όπου παραμένουν για πάντα, αφού τέτοια μέρη είναι τα μόνα μέρη στη Σελήνη όπου κυριολεκτικά «ο Ήλιος δεν λάμπει». (Εάν ήσασταν πεπεισμένοι ότι η μία πλευρά της Σελήνης ήταν πάντα σκοτεινή, τότε παραπλανηθήκατε από διάφορες έγκυρες πηγές, οι οποίες αναμφίβολα περιελάμβαναν το άλμπουμ των Pink Floyd του 1973 The Dark Side of the Moon. ) Ως πεινασμένοι από τον ήλιο κάτοικοι της Αρκτικής και Ανταρκτική ξέρετε, σε αυτά τα μέρη ο Ήλιος δεν ανατέλλει ποτέ ψηλά από τον ορίζοντα - ούτε κατά τη διάρκεια της ημέρας ούτε κατά τη διάρκεια του έτους. Τώρα φανταστείτε ότι ζείτε στον πυθμένα ενός κρατήρα, η άκρη του οποίου είναι ψηλότερα από το σημείο του ουρανού όσο ανατέλλει ο Ήλιος. Σε έναν τέτοιο κρατήρα, ακόμα και στη Σελήνη, όπου δεν υπάρχει αέρας και τίποτα να σκορπίσει το φως ώστε να μπει στις σκιερές γωνίες, θα πρέπει να ζήσετε στο αιώνιο σκοτάδι.

Το ψυγείο σας είναι επίσης κρύο και σκοτεινό, αλλά ο πάγος εξακολουθεί να εξατμίζεται με την πάροδο του χρόνου (αν δεν με πιστεύετε, δείτε πώς μοιάζουν τα παγάκια όταν επιστρέψετε από μια μακρά απουσία), ωστόσο, στο κάτω μέρος αυτών των κρατήρων είναι τόσο κρύο που η εξάτμιση ουσιαστικά σταματάει (τουλάχιστον στο πλαίσιο της συνομιλίας μας, μπορούμε κάλλιστα να υποθέσουμε ότι δεν υπάρχει). Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι αν ποτέ χτίσουμε μια αποικία στη Σελήνη, θα χρειαστεί να βρίσκεται κοντά σε τέτοιους κρατήρες. Εκτός από τα προφανή πλεονεκτήματα - οι άποικοι θα έχουν άφθονο πάγο, κάτι για να λιώσουν, να καθαρίσουν και να πιουν - το υδρογόνο μπορεί επίσης να εξαχθεί από τα μόρια του νερού διαχωρίζοντάς το από το οξυγόνο. Το υδρογόνο και μέρος του οξυγόνου θα πάνε στα καύσιμα πυραύλων και οι άποικοι θα αναπνεύσουν το υπόλοιπο οξυγόνο. Και στον ελεύθερο χρόνο σας από διαστημικές αποστολές, μπορείτε να κάνετε πατινάζ στον πάγο σε μια παγωμένη λίμνη φτιαγμένη από εξαγόμενο νερό.

Έτσι, τα δεδομένα των αρχαίων κρατήρων μας λένε ότι κομήτες έπεσαν στη Σελήνη, πράγμα που σημαίνει ότι το ίδιο συνέβη και στη Γη. Αν σκεφτείτε ότι η Γη είναι μεγαλύτερη και η βαρύτητα της ισχυρότερη, μπορείτε ακόμη και να συμπεράνετε ότι οι κομήτες έπεφταν στη Γη πολύ πιο συχνά. Αυτό είναι αλήθεια - από την ίδια τη γέννηση της Γης μέχρι σήμερα. Επιπλέον, η Γη δεν αναδύθηκε από το κενό του διαστήματος με τη μορφή έτοιμου σφαιρικού κώματος. Αναπτύχθηκε από συμπυκνωμένο πρωτοηλιακό αέριο, από το οποίο σχηματίστηκαν ο ίδιος ο Ήλιος και όλοι οι άλλοι πλανήτες. Η γη συνέχισε να αναπτύσσεται καθώς μικρά στερεά σωματίδια κολλούσαν πάνω της, και στη συνέχεια μέσω συνεχών βομβαρδισμών από αστεροειδείς, που ήταν πλούσιοι σε μέταλλα, και κομήτες, που ήταν πλούσιοι σε νερό. Με ποια έννοια είναι σταθερή; Υποπτεύεται ότι η συχνότητα των κομητών που πέφτουν στη Γη στα πρώτα στάδια της ύπαρξής της ήταν αρκετή για να παρέχει νερό σε όλους τους ωκεανούς της. Ωστόσο, υπάρχουν ακόμη ορισμένα ερωτήματα (και περιθώρια για συζήτηση). Το νερό από τους κομήτες που μελετάμε τώρα, σε σύγκριση με το νερό από τους ωκεανούς, έχει πολύ δευτέριο - ένα είδος υδρογόνου που έχει ένα επιπλέον νετρόνιο στον πυρήνα του. Αν οι ωκεανοί ήταν γεμάτοι από κομήτες, τότε οι κομήτες που έπεσαν στη Γη στην αρχή του ηλιακού συστήματος είχαν ελαφρώς διαφορετική χημική σύσταση.

Νομίζατε ότι θα μπορούσατε να βγείτε με ασφάλεια; Λοιπόν, όχι: πρόσφατες μελέτες για την περιεκτικότητα σε νερό στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας της Γης έχουν δείξει ότι κομμάτια πάγου στο μέγεθος των σπιτιών πέφτουν τακτικά στη Γη. Αυτές οι διαπλανητικές χιονόμπαλες εξατμίζονται γρήγορα όταν έρχονται σε επαφή με τον αέρα, αλλά καταφέρνουν να συμβάλλουν στον προϋπολογισμό του νερού της Γης. Εάν η συχνότητα των πτώσεων ήταν σταθερή σε όλη την 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια ιστορίας της Γης, τότε αυτές οι χιονόμπαλες μπορεί επίσης να συνέβαλαν στους ωκεανούς της Γης. Προσθέστε σε αυτό τους υδρατμούς, οι οποίοι, όπως γνωρίζουμε, εισέρχονται στην ατμόσφαιρα κατά τη διάρκεια ηφαιστειακών εκρήξεων, και αποδεικνύεται ότι η Γη έλαβε την παροχή νερού στην επιφάνεια με διάφορους τρόπους. Οι μεγαλειώδεις ωκεανοί μας καλύπτουν τώρα τα δύο τρίτα της επιφάνειας της γης, αλλά αποτελούν μόνο το ένα πέντε χιλιοστό της μάζας της γης. Θα φαινόταν πολύ μικρό μερίδιο, αλλά εξακολουθεί να είναι όσο ενάμισι εκατομμύριο τόνοι, το 2% των οποίων ανά πάσα στιγμή είναι σε μορφή πάγου. Εάν η Γη βιώσει ποτέ ένα ισχυρό φαινόμενο του θερμοκηπίου όπως η Αφροδίτη, η ατμόσφαιρά μας θα απορροφήσει υπερβολικές ποσότητες ηλιακής ενέργειας, οι θερμοκρασίες του αέρα θα αυξηθούν και οι ωκεανοί θα βράσουν και θα εξατμιστούν γρήγορα στην ατμόσφαιρα. Αυτό θα είναι κακό. Όχι μόνο θα εξαφανιστεί η χλωρίδα και η πανίδα της Γης - αυτό είναι προφανές - ένας από τους επιτακτικούς (κυριολεκτικά) λόγους για την παγκόσμια καταστροφή θα είναι ότι η ατμόσφαιρα, κορεσμένη με υδρατμούς, θα γίνει τριακόσιες φορές πιο μαζική. Όλοι θα ισοπεδωθούμε.

Η Αφροδίτη είναι διαφορετική από τους άλλους πλανήτες του ηλιακού συστήματος με πολλούς τρόπους, συμπεριλαμβανομένης της παχιάς, πυκνής, βαριάς ατμόσφαιρας διοξειδίου του άνθρακα, η πίεση της οποίας είναι εκατό φορές μεγαλύτερη από την ατμόσφαιρα της Γης. Θα μας είχαν πλακώσει κι εκεί. Ωστόσο, στην κατάταξή μου για τα πιο εκπληκτικά χαρακτηριστικά της Αφροδίτης, την πρώτη θέση καταλαμβάνει η παρουσία κρατήρων, οι οποίοι σχηματίστηκαν όλοι σχετικά πρόσφατα και κατανέμονται ομοιόμορφα σε ολόκληρη την επιφάνεια. Αυτό το φαινομενικά αβλαβές χαρακτηριστικό υποδηλώνει μια ενιαία καταστροφή σε πλανητική κλίμακα που επαναφέρει το ρολόι του κρατήρα και διέγραψε όλα τα στοιχεία προηγούμενων προσκρούσεων. Αυτό είναι δυνατό, για παράδειγμα, με ένα διαβρωτικό κλιματικό φαινόμενο όπως μια παγκόσμια πλημμύρα. Και επίσης - μεγάλης κλίμακας γεωλογική (όχι αφροδισιολογική) δραστηριότητα, ας πούμε, ροές λάβας που μετέτρεψαν ολόκληρη την επιφάνεια της Αφροδίτης στο όνειρο ενός Αμερικανού αυτοκινητιστή - ενός εντελώς πλακόστρωτου πλανήτη. Ό,τι επαναφέρατε το ρολόι έγινε απότομα και στιγμιαία. Ωστόσο, δεν είναι όλα ξεκάθαρα εδώ. Εάν υπήρξε πραγματικά μια παγκόσμια πλημμύρα στην Αφροδίτη, πού πήγε όλο το νερό τώρα; Πηγαίνετε κάτω από την επιφάνεια; Εξατμίστηκε στην ατμόσφαιρα; Ή μήπως η Αφροδίτη δεν πλημμύρισε καθόλου από νερό, αλλά από κάποια άλλη ουσία;

Η περιέργεια και η άγνοιά μας δεν περιορίζονται μόνο στην Αφροδίτη – επεκτείνονται και σε άλλους πλανήτες. Ο Άρης ήταν κάποτε ένας πραγματικός βάλτος - με ελικοειδή ποτάμια, πλημμυρικές πεδιάδες, δέλτα, ένα δίκτυο μικρών ρεμάτων και τεράστια φαράγγια λαξευμένα από τρεχούμενα νερά. Έχουμε ήδη αρκετά στοιχεία ότι αν κάπου στο ηλιακό σύστημα υπήρχαν άφθονες πηγές νερού, αυτό ήταν στον Άρη. Ωστόσο, σήμερα η επιφάνεια του Άρη είναι εντελώς στεγνή και δεν είναι ξεκάθαρο γιατί. Κοιτάζοντας τον Άρη και την Αφροδίτη - τον αδελφό και την αδερφή του πλανήτη μας - κοιτάζω επίσης τη Γη με έναν νέο τρόπο και σκέφτομαι πόσο αναξιόπιστες μπορεί να είναι οι πηγές νερού μας στην επιφάνεια της Γης. Όπως ήδη γνωρίζουμε, η φαντασία του Πέρσιβαλ Λόουελ οδήγησε τον Πέρσιβαλ Λόουελ να προτείνει ότι αποικίες εφευρετικών Αρειανών είχαν κατασκευάσει ένα ευφυές δίκτυο καναλιών στον Άρη για να μεταφέρουν νερό από τους πολικούς παγετώνες στα πιο πυκνοκατοικημένα μεσαία γεωγραφικά πλάτη. Για να εξηγήσει τι είδε (ή νόμιζε ότι είδε), ο Λόουελ εφηύρε έναν πολιτισμό που πέθαινε και είχε χάσει με κάποιο τρόπο το νερό του. Στη λεπτομερή αλλά εκπληκτικά ελαττωματική πραγματεία του, Mars as the Abode of Life (1909), ο Lowell θρηνεί την αναπόφευκτη παρακμή του αρειανικού πολιτισμού της φαντασίας του:

Η ξήρανση του πλανήτη θα συνεχιστεί, αναμφίβολα, έως ότου η επιφάνειά του χάσει την ικανότητα να υποστηρίζει όλη τη ζωή. Ο χρόνος σίγουρα θα το σκάσει σαν σκόνη. Ωστόσο, όταν σβήσει η τελευταία του σπίθα, ο νεκρός πλανήτης θα ορμήσει στο διάστημα σαν φάντασμα και η εξελικτική του καριέρα θα τελειώσει για πάντα.

(Lowell, 1908, σελ. 216)

Ο Λόουελ κατάλαβε ένα πράγμα σωστά. Αν κάποτε υπήρχε ένας πολιτισμός (ή οποιοσδήποτε ζωντανός οργανισμός) στην επιφάνεια του Άρη που απαιτούσε νερό, τότε σε κάποιο άγνωστο στάδιο της ιστορίας του Άρη και για κάποιο άγνωστο λόγο, όλο το νερό στην επιφάνεια στην πραγματικότητα στέγνωσε, κάτι που οδήγησε ακριβώς σε ένα τέτοιο τελειώνει όπως περιγράφει ο Lowell. Ίσως το νερό του Άρη που έλειπε απλώς να πήγε υπόγεια και να καταλήφθηκε από το μόνιμο πάγο. Πώς μπορεί να αποδειχθεί αυτό; Σε μεγάλους κρατήρες στην επιφάνεια του Άρη, οι λωρίδες αποξηραμένης λάσπης που ξεχειλίζουν είναι πιο συχνές από ό,τι σε μικρούς. Αν υποθέσουμε ότι ο μόνιμος παγετός βρίσκεται αρκετά βαθιά, η πρόσβαση σε αυτόν θα απαιτούσε βίαιη επίδραση. Η απελευθέρωση ενέργειας από μια τέτοια σύγκρουση θα είχε λιώσει τον πάγο κάτω από την επιφάνεια κατά την επαφή, προκαλώντας εκτόξευση βρωμιάς. Οι κρατήρες με αυτά τα χαρακτηριστικά είναι πιο συνηθισμένοι σε ψυχρά υποπολικά γεωγραφικά πλάτη, ακριβώς εκεί που θα περίμενε κανείς ότι ένα στρώμα μόνιμου παγετού να βρίσκεται πιο κοντά στην επιφάνεια. Σύμφωνα με ορισμένες εκτιμήσεις, αν όλο το νερό, το οποίο υποπτευόμαστε ότι είναι κρυμμένο στον μόνιμο παγετό του Άρη και, όπως γνωρίζουμε με βεβαιότητα, ήταν κλεισμένο σε παγετώνες στους πόλους, έλιωνε και κατανεμηθεί ομοιόμορφα στην επιφάνειά του, ο Άρης θα μετατρεπόταν σε συνεχής ωκεανός σε βάθος δεκάδων μέτρων. Η αναζήτηση για ζωή στον Άρη, τόσο σύγχρονη όσο και απολιθωμένη, θα πρέπει να περιλαμβάνει την εξέταση μιας ποικιλίας σημείων, ειδικά κάτω από την επιφάνεια του Άρη.

Όταν οι αστροφυσικοί άρχισαν να σκέφτονται πού θα μπορούσε να βρεθεί το νερό σε υγρή μορφή, και από συσχέτιση, η ζωή, αρχικά είχαν την τάση να θεωρούν πλανήτες που περιφέρονται σε μια συγκεκριμένη απόσταση από το άστρο τους - σε τέτοια απόσταση που το νερό θα παρέμενε στο επιφανειακό ρευστό τους. όχι πολύ μακριά και όχι πολύ κοντά. Αυτή η ζώνη αναφέρεται συνήθως ως κατοικήσιμη ζώνη ή ζώνη Goldilocks (βλ. προηγούμενο κεφάλαιο), και ήταν μια λογική εκτίμηση για αρχή. Ωστόσο, δεν έλαβε υπόψη της την πιθανότητα να εμφανιστεί ζωή σε μέρη όπου υπήρχαν άλλες πηγές ενέργειας, χάρη στις οποίες το νερό, όπου έπρεπε να είχε μετατραπεί σε πάγο, παρέμεινε σε υγρή κατάσταση. Αυτό θα μπορούσε να προκαλέσει ένα ελαφρύ φαινόμενο θερμοκηπίου. Καθώς και μια εσωτερική πηγή ενέργειας, όπως η υπολειμματική θερμότητα από το σχηματισμό ενός πλανήτη ή η ραδιενεργή αποσύνθεση ασταθών βαρέων στοιχείων, καθένα από τα οποία συμβάλλει στην εσωτερική θέρμανση της Γης και, επομένως, στη γεωλογική της δραστηριότητα. Επιπλέον, οι πλανητικές παλίρροιες χρησιμεύουν επίσης ως πηγή ενέργειας - αυτή είναι μια πιο γενική έννοια από τον απλό χορό του ωκεανού με τη Σελήνη. Όπως έχουμε ήδη δει, η Ιώ, ένα φεγγάρι του Δία, υπόκειται σε συνεχή πίεση λόγω των μεταβαλλόμενων παλιρροϊκών δυνάμεων, καθώς η τροχιά της δεν είναι εντελώς κυκλική και η Ιώ απομακρύνεται όλο και πιο κοντά από τον Δία. Η Ιώ βρίσκεται σε τέτοια απόσταση από τον Ήλιο που υπό άλλες συνθήκες θα έπρεπε να είχε παγώσει για πάντα, αλλά λόγω των συνεχών παλιρροϊκών αλλαγών κέρδισε τον τίτλο του ουράνιου σώματος με την πιο βίαιη γεωλογική δραστηριότητα σε ολόκληρο το ηλιακό σύστημα - έχει τα πάντα : ηφαίστεια που εκτοξεύουν λάβα, πύρινα χάσματα και τεκτονικές μετατοπίσεις. Μερικές φορές η σύγχρονη Ιώ παρομοιάζεται με τη νεαρή Γη, όταν ο πλανήτης μας δεν είχε ακόμη κρυώσει μετά τη γέννηση.

Δεν είναι λιγότερο ενδιαφέρον η Ευρώπη, ένας άλλος δορυφόρος του Δία, ο οποίος επίσης αντλεί θερμότητα από τις παλιρροϊκές δυνάμεις. Οι επιστήμονες υποψιάζονταν εδώ και καιρό, και επιβεβαίωσαν πρόσφατα (με βάση τις εικόνες από το διαστημικό σκάφος Galileo), ότι η Ευρώπη καλύπτεται από παχιά, μεταναστευτικά φύλλα πάγου, κάτω από τα οποία βρίσκεται ένας ωκεανός με λάσπη ή υγρό νερό. Ένας ολόκληρος ωκεανός με νερό! Φανταστείτε πώς είναι το ψάρεμα στον πάγο εκεί. Και μάλιστα, μηχανικοί και επιστήμονες από το Εργαστήριο Jet Propulsion σκέφτονται ήδη να στείλουν ένα διαστημικό ανιχνευτή στην Ευρώπη, το οποίο θα προσγειωθεί στον πάγο, θα βρει μια τρύπα σε αυτόν (ή θα τον κόψει ή θα βυθίσει ο ίδιος), θα κατεβάσει ένα βίντεο βαθέων υδάτων κάμερα σε αυτό, και εμείς Ας δούμε τι υπάρχει και πώς. Δεδομένου ότι η ζωή στη Γη πιθανότατα προήλθε από τον ωκεανό, η ύπαρξη ζωής στους ωκεανούς της Ευρώπης δεν είναι σε καμία περίπτωση μια κενή φαντασία· μπορεί κάλλιστα να συμβεί. Κατά τη γνώμη μου, η πιο εκπληκτική ποιότητα του νερού δεν είναι η άξια ετικέτα του "καθολικού διαλύτη" που όλοι μάθαμε στα μαθήματα χημείας στο σχολείο, ούτε το ασυνήθιστα μεγάλο εύρος θερμοκρασιών στις οποίες το νερό παραμένει υγρό. Το πιο εκπληκτικό πράγμα για το νερό είναι ότι ενώ σχεδόν όλες οι ουσίες, συμπεριλαμβανομένου του ίδιου του νερού, γίνονται πιο πυκνές όταν ψύχονται, το νερό, όταν ψύχεται κάτω από τους 4°C, γίνεται όλο και λιγότερο πυκνό. Όταν παγώνει στους μηδέν βαθμούς, γίνεται λιγότερο πυκνό από ότι σε υγρή κατάσταση σε οποιαδήποτε θερμοκρασία, και αυτό είναι ενοχλητικό για τους σωλήνες νερού, αλλά πολύ καλό για τα ψάρια. Το χειμώνα, όταν η θερμοκρασία του αέρα πέφτει κάτω από το μηδέν, νερό με θερμοκρασία 4 βαθμών βυθίζεται στον πυθμένα και παραμένει εκεί, και ένα επιπλέον στρώμα πάγου αναπτύσσεται πολύ αργά στην επιφάνεια και απομονώνει το θερμότερο νερό από τον κρύο αέρα.

Εάν αυτή η αναστροφή πυκνότητας δεν συνέβαινε με νερό σε θερμοκρασίες κάτω των 4 βαθμών, τότε σε θερμοκρασία αέρα κάτω από το σημείο πήξης, η εξωτερική επιφάνεια της δεξαμενής θα κρυώσει και θα βυθιζόταν στον πυθμένα και το θερμότερο νερό θα ανέβαινε στην κορυφή. Μια τέτοια εξαναγκασμένη μεταφορά θα ψύξει γρήγορα ολόκληρη τη μάζα του νερού στο μηδέν, μετά την οποία η επιφάνεια θα άρχιζε να παγώνει. Πυκνότερος πάγος θα βυθιζόταν - και ολόκληρο το πάχος του νερού θα παγώσει από τον πυθμένα προς την επιφάνεια. Σε έναν τέτοιο κόσμο δεν θα υπήρχε ψάρεμα στον πάγο γιατί όλα τα ψάρια θα ήταν παγωμένα - παγωμένα ζωντανά. Και οι λάτρεις του ψαρέματος στον πάγο θα κάθονταν είτε κάτω από ένα στρώμα μη παγωμένου νερού είτε σε ένα τετράγωνο μιας εντελώς παγωμένης δεξαμενής. Δεν θα χρειάζονταν παγοθραυστικά για να ταξιδέψουν σε μια παγωμένη Αρκτική: ο Αρκτικός Ωκεανός είτε θα παγώσει στον πυθμένα είτε θα παρέμενε ανοιχτός στην κανονική ναυτιλία επειδή το στρώμα πάγου θα βρισκόταν από κάτω. Και θα μπορούσατε να περπατήσετε στον πάγο όσο θέλετε και να μην φοβάστε να πέσετε. Σε έναν τόσο παράλληλο κόσμο, παγόβουνα και παγόβουνα θα βυθίζονταν και το 1912 ο Τιτανικός θα έπλεε ήρεμα στον προορισμό του - τη Νέα Υόρκη.

Η ύπαρξη νερού στον γαλαξία δεν περιορίζεται στους πλανήτες και τους δορυφόρους τους. Μόρια νερού, καθώς και αρκετές άλλες γνωστές οικιακές χημικές ουσίες, όπως η αμμωνία, το μεθάνιο και η αιθυλική αλκοόλη, ανιχνεύονται κάθε τόσο στα διαστρικά νέφη αερίων. Κάτω από ορισμένες συνθήκες - χαμηλή θερμοκρασία και υψηλή πυκνότητα - μια ομάδα μορίων νερού μπορεί να εκπέμπει εκ νέου την ενέργεια ενός κοντινού αστεριού στο διάστημα με τη μορφή ενισχυμένης υψηλής έντασης κατευθυνόμενης ακτινοβολίας μικροκυμάτων. Η φυσική αυτού του φαινομένου είναι πολύ παρόμοια με όλα όσα συμβαίνουν με το ορατό φως σε ένα λέιζερ. Αλλά σε αυτή την περίπτωση, είναι καλύτερο να μην μιλάμε για λέιζερ, αλλά για μέιζερ - έτσι συντομεύεται η φράση "Ενίσχυση μικροκυμάτων από την διεγερμένη εκπομπή ακτινοβολίας". Έτσι, το νερό δεν είναι μόνο παντού στον γαλαξία - μερικές φορές ακτινοβολεί σε εσάς και από τα βάθη του διαστήματος.

Γνωρίζουμε ότι το νερό είναι απαραίτητο για τη ζωή στη Γη, αλλά μπορούμε μόνο να υποθέσουμε ότι είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την εμφάνιση ζωής σε οποιαδήποτε γωνιά του γαλαξία. Ωστόσο, οι χημικά αναλφάβητοι άνθρωποι πιστεύουν συχνά ότι το νερό είναι μια θανατηφόρα ουσία με την οποία είναι προτιμότερο να μην έρχεται σε επαφή. Το 1997, ο Nathan Zoner, ένας δεκατετράχρονος μαθητής λυκείου στο Eagle Rock του Αϊντάχο, διεξήγαγε μια αντικειμενική μελέτη της αντιτεχνολογικής προκατάληψης και της σχετικής «χημεοφοβίας» που κέρδισε τη φήμη που άξιζε. Ο Νέιθαν κάλεσε τους περαστικούς στο δρόμο να υπογράψουν μια αναφορά απαιτώντας αυστηρό έλεγχο ή απαγόρευση της χρήσης μονοξειδίου του διυδρογόνου. Ο νεαρός πειραματιστής έδωσε μια λίστα με τις εφιαλτικές ιδιότητες αυτής της ουσίας, χωρίς γεύση και οσμή:

Το μονοξείδιο του διυδρογόνου είναι το κύριο συστατικό της όξινης βροχής.

Αργά ή γρήγορα αυτή η ουσία διαλύει ό,τι έρχεται σε επαφή.

Εάν εισπνευστεί κατά λάθος, μπορεί να είναι θανατηφόρο.

Στην αέρια κατάσταση αφήνει σοβαρά εγκαύματα.

Έχει βρεθεί σε όγκους ασθενών με καρκίνο σε τελικό στάδιο.

Σαράντα τρία από τα πενήντα άτομα που προσέγγισε ο Zohner υπέγραψαν την αναφορά, έξι ήταν αναποφάσιστοι και ένας ήταν ένθερμος υποστηρικτής του μονοξειδίου του υδρογόνου και αρνήθηκε να υπογράψει.

Ζωτικός χώρος

Αν ρωτήσετε ένα άτομο από πού είναι, η απάντηση θα είναι συνήθως το όνομα της πόλης όπου γεννήθηκε ή κάποιο μέρος στην επιφάνεια της γης όπου πέρασε τα παιδικά του χρόνια. Και αυτό είναι απολύτως σωστό. Ωστόσο

Μια αστρονομικά ακριβής απάντηση θα ήταν: «Προέρχομαι από τα συντρίμμια από τις εκρήξεις πολλών αστεριών που πέθαναν περισσότερα από πέντε δισεκατομμύρια χρόνια». Το διάστημα είναι το κύριο χημικό εργοστάσιο. Εκτοξεύτηκε από τη Μεγάλη Έκρηξη, η οποία προμήθευσε το Σύμπαν με υδρογόνο, ήλιο και μια σταγόνα λιθίου - τα τρία ελαφρύτερα στοιχεία. Τα υπόλοιπα ενενήντα δύο φυσικά στοιχεία δημιούργησαν τα αστέρια, συμπεριλαμβανομένου κάθε άνθρακα, ασβεστίου και φωσφόρου σε κάθε ζωντανό οργανισμό στη Γη, στον άνθρωπο και σε άλλους. Ποιος θα χρειαζόταν όλη αυτή την πλούσια ποικιλία πρώτων υλών αν παρέμενε κλεισμένη στα αστέρια; Αλλά όταν τα αστέρια πεθαίνουν, επιστρέφουν τη μερίδα του λέοντος της μάζας τους στον Κόσμο και πιπερώνουν τα κοντινά νέφη αερίων με ένα πλήρες συμπλήρωμα ατόμων που στη συνέχεια εμπλουτίζουν την επόμενη γενιά αστεριών.

Αν προκύψουν οι κατάλληλες συνθήκες —η σωστή θερμοκρασία και η σωστή πίεση— πολλά άτομα ενώνονται και προκύπτουν απλά μόρια. Μετά από αυτό πολλά μόρια γίνονται μεγαλύτερα και πιο περίπλοκα, και οι μηχανισμοί για αυτό είναι τόσο περίπλοκοι όσο και εφευρετικοί. Τελικά, πολύπλοκα μόρια αυτοοργανώνονται σε ζωντανούς οργανισμούς του ενός ή του άλλου είδους, και αυτό πιθανότατα συμβαίνει σε δισεκατομμύρια γωνίες του Σύμπαντος. Σε τουλάχιστον ένα από αυτά, τα μόρια έγιναν τόσο πολύπλοκα που ανέπτυξαν νοημοσύνη και στη συνέχεια την ικανότητα να διατυπώνουν και να επικοινωνούν μεταξύ τους τις ιδέες που περιγράφονται στα εικονίδια αυτής της σελίδας.

Ναι, ναι, όχι μόνο οι άνθρωποι, αλλά και όλοι οι άλλοι ζωντανοί οργανισμοί στο διάστημα, καθώς και οι πλανήτες και τα φεγγάρια στα οποία ζουν, δεν θα υπήρχαν αν δεν υπήρχαν τα υπολείμματα των αστεριών. Γενικά, είσαι φτιαγμένος από σκουπίδια. Θα πρέπει να συμβιβαστείτε με αυτό. Είναι καλύτερα να είσαι χαρούμενος. Τελικά, τι πιο ευγενές από την ιδέα ότι το Σύμπαν ζει μέσα σε όλους μας; Δεν χρειάζεστε σπάνια υλικά για να μαγειρέψετε τη ζωή. Ας θυμηθούμε ποια στοιχεία καταλαμβάνουν τις πέντε πρώτες θέσεις όσον αφορά την αφθονία στο διάστημα: υδρογόνο, ήλιο, οξυγόνο, άνθρακας και άζωτο. Με εξαίρεση το χημικά αδρανές ήλιο, που δεν του αρέσει να δημιουργεί μόρια με κανέναν, παίρνουμε τα τέσσερα κύρια συστατικά της ζωής στη Γη. Περιμένουν το χρόνο τους στα τεράστια σύννεφα που τυλίγουν τα αστέρια στον γαλαξία και αρχίζουν να δημιουργούν μόρια μόλις η θερμοκρασία πέσει κάτω από μερικές χιλιάδες βαθμούς Kelvin. Σχηματίζονται μόρια δύο ατόμων ταυτόχρονα: αυτό είναι το μονοξείδιο του άνθρακα και ένα μόριο υδρογόνου (δύο άτομα υδρογόνου συνδέονται μεταξύ τους). Χαμηλώστε λίγο ακόμα τη θερμοκρασία και θα έχετε σταθερά μόρια τριών ή τεσσάρων ατόμων όπως νερό (H2O), διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και αμμωνία (NH3) - απλά αλλά υψηλής ποιότητας προϊόντα βιολογικής κουζίνας. Εάν η θερμοκρασία πέσει λίγο περισσότερο, θα εμφανιστεί μια ολόκληρη σειρά από μόρια πέντε και έξι ατόμων. Και δεδομένου ότι ο άνθρακας δεν είναι μόνο ευρέως διαδεδομένος, αλλά και πολύ ενεργός από χημική άποψη, περιλαμβάνεται στα περισσότερα μόρια - στην πραγματικότητα, τα τρία τέταρτα όλων των «τύπων» μορίων που παρατηρούνται στο διαστρικό μέσο περιέχουν τουλάχιστον ένα άτομο άνθρακα . Υποσχόμενος. Ωστόσο, το διάστημα είναι ένα αρκετά επικίνδυνο μέρος για τα μόρια. Εάν δεν καταστραφούν από την ενέργεια των εκρήξεων σουπερνόβα, τότε η υπεριώδης ακτινοβολία από κοντινά υπερφωτεινά αστέρια ολοκληρώνει την ύλη.

Όσο μεγαλύτερο είναι το μόριο, τόσο λιγότερο ανθεκτικό είναι στην επίθεση. Εάν τα μόρια είναι τυχερά και ζουν σε σχετικά ήσυχες ή προστατευμένες περιοχές, μπορούν να επιβιώσουν για να γίνουν μέρος κόκκων κοσμικής σκόνης και τελικά σε αστεροειδείς, κομήτες, πλανήτες και ανθρώπους. Αλλά ακόμα κι αν η αστρική επίθεση δεν αφήσει κανένα από τα αρχικά μόρια ζωντανό, θα υπάρχουν ακόμα πολλά άτομα και χρόνος για να δημιουργηθούν πολύπλοκα μόρια - όχι μόνο κατά το σχηματισμό ενός δεδομένου πλανήτη, αλλά και στην επιφάνεια παραγωγής του πλανήτη και κάτω από αυτόν . Μερικά από τα πιο κοινά πολύπλοκα μόρια περιλαμβάνουν την αδενίνη (ένα νουκλεοτίδιο ή «βάση» που είναι μέρος του DNA), τη γλυκίνη (πρόδρομος πρωτεΐνης) και τη γλυκοαλδεΰδη (ένας υδρογονάνθρακας). Όλα αυτά και παρόμοια συστατικά είναι απαραίτητα για την εμφάνιση της ζωής με τη μορφή που γνωρίζουμε και, αναμφίβολα, δεν βρίσκονται μόνο στη Γη.

Ωστόσο, όλη αυτή η βακχάνια των οργανικών μορίων δεν είναι ακόμα ζωή, όπως το αλεύρι, το νερό, η μαγιά και το αλάτι δεν είναι ακόμα ψωμί. Αν και η μετάβαση από την πρώτη ύλη στην ίδια τη ζωντανή ύπαρξη παραμένει μυστήριο, είναι προφανές ότι απαιτούνται αρκετές προϋποθέσεις για να συμβεί αυτό. Το περιβάλλον θα πρέπει να ενθαρρύνει τα μόρια να πειραματίζονται μεταξύ τους και ταυτόχρονα να προστατεύει από περιττούς τραυματισμούς. Τα υγρά είναι ιδιαίτερα καλά για αυτό, καθώς παρέχουν τόσο στενή επαφή όσο και μεγαλύτερη κινητικότητα. Όσο περισσότερες ευκαιρίες για χημικές αντιδράσεις παρέχει το περιβάλλον, τόσο πιο εφευρετικά είναι τα πειράματα των κατοίκων του. Είναι σημαντικό να ληφθεί υπόψη ένας άλλος παράγοντας, ο οποίος υποδεικνύεται από τους νόμους της φυσικής: οι χημικές αντιδράσεις απαιτούν μια αδιάλειπτη πηγή ενέργειας.

Όταν λάβουμε υπόψη το ευρύ φάσμα θερμοκρασιών, πιέσεων, οξύτητων και ακτινοβολιών στις οποίες μπορεί να ανθίσει η ζωή στη Γη και θυμόμαστε ότι αυτό που είναι η ζεστή γωνιά ενός μικροβίου είναι ο θάλαμος βασανιστηρίων ενός άλλου, γίνεται σαφές γιατί οι επιστήμονες δεν έχουν πλέον το δικαίωμα να προτείνουν επιπλέον ζωή συνθήκες σε άλλα μέρη. Μια εξαιρετική απεικόνιση των περιορισμών τέτοιων συμπερασμάτων δίνεται στο γοητευτικό βιβλίο «Cosmotheoros» του Ολλανδού αστρονόμου του 17ου αιώνα Christiaan Huygens: ο συγγραφέας είναι πεπεισμένος ότι η κάνναβη πρέπει να καλλιεργείται σε άλλους πλανήτες - διαφορετικά, από τι θα κατασκευάζονταν τα σχοινιά πλοίων για να να κατευθύνει πλοία και να περιηγηθεί στις θάλασσες; Έχουν περάσει τριακόσια χρόνια και είμαστε ικανοποιημένοι με μια χούφτα μόρια. Αν τα ανακατέψετε καλά και τα βάλετε σε ζεστό μέρος, μπορείτε να περιμένετε ότι σε λίγες μόνο εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια θα έχουμε ακμάζουσες αποικίες μικροοργανισμών. Η ζωή στη γη είναι ασυνήθιστα παραγωγική, δεν υπάρχει καμία αμφιβολία γι' αυτό. Τι γίνεται με το υπόλοιπο Σύμπαν; Αν υπάρχει ένα ουράνιο σώμα οπουδήποτε αλλού που είναι τουλάχιστον κάπως παρόμοιο με τον πλανήτη μας, ίσως έκανε παρόμοια πειράματα με παρόμοια χημικά αντιδραστήρια και αυτά τα πειράματα ενορχηστρώθηκαν από τους ίδιους φυσικούς νόμους που είναι οι ίδιοι σε όλο το Σύμπαν.

Ας πάρουμε για παράδειγμα τον άνθρακα. Είναι σε θέση να δημιουργήσει μια ποικιλία συνδέσεων τόσο με τον εαυτό του όσο και με άλλα στοιχεία και επομένως περιλαμβάνεται σε έναν απίστευτο αριθμό χημικών ενώσεων - σε αυτό δεν έχει ίσο σε ολόκληρο τον περιοδικό πίνακα. Ο άνθρακας δημιουργεί περισσότερα μόρια από όλα τα άλλα στοιχεία μαζί (10 εκατομμύρια - τι θα λέγατε;). Τυπικά, για να δημιουργηθεί ένα μόριο, τα άτομα μοιράζονται ένα ή περισσότερα εξωτερικά ηλεκτρόνια, αρπάζοντας το ένα το άλλο σαν έκκεντρους συνδέσμους μεταξύ των φορτηγών βαγονιών. Κάθε άτομο άνθρακα είναι ικανό να δημιουργήσει τέτοιους δεσμούς με ένα, δύο, τρία ή τέσσερα άλλα άτομα - αλλά ένα άτομο υδρογόνου, ας πούμε, με μόνο ένα, οξυγόνο - με ένα ή δύο, άζωτο - με τρία.

Όταν ο άνθρακας συνδυάζεται με τον εαυτό του, δημιουργεί πολλά μόρια από κάθε είδους συνδυασμούς μακριών αλυσίδων, κλειστών δακτυλίων ή διακλαδισμένων δομών. Αυτά τα πολύπλοκα οργανικά μόρια είναι ικανά για κατορθώματα που τα μικρά μόρια μπορούν μόνο να ονειρευτούν. Για παράδειγμα, είναι ικανά να εκτελούν ένα έργο στο ένα άκρο και ένα άλλο στο άλλο, να στρίβουν, να διπλώνουν, να συνυφαίνουν με άλλα μόρια, να δημιουργούν ουσίες με όλο και περισσότερες νέες ιδιότητες και ιδιότητες - δεν υπάρχουν εμπόδια σε αυτά. Ίσως το πιο εντυπωσιακό μόριο με βάση τον άνθρακα είναι το DNA, μια διπλή έλικα στην οποία κρυπτογραφείται η ατομική εμφάνιση κάθε ζωντανού οργανισμού. Τι γίνεται με το νερό; Όσον αφορά τη διασφάλιση της ζωής, το νερό έχει μια πολύ χρήσιμη ποιότητα - παραμένει υγρό σε ένα πολύ ευρύ, σύμφωνα με τους περισσότερους βιολόγους, εύρος θερμοκρασίας. Δυστυχώς, οι περισσότεροι βιολόγοι εξετάζουν μόνο τη Γη, όπου το νερό παραμένει υγρό σε θερμοκρασία 100 βαθμών Κελσίου. Εν τω μεταξύ, σε ορισμένα σημεία στον Άρη η ατμοσφαιρική πίεση είναι τόσο χαμηλή που το νερό δεν είναι καθόλου υγρό - μόλις ρίξετε στον εαυτό σας ένα ποτήρι H2O, όλο το νερό θα βράσει και θα παγώσει ταυτόχρονα! Ωστόσο, όσο ατυχής κι αν είναι η σημερινή κατάσταση της ατμόσφαιρας του Άρη, στο παρελθόν επέτρεπε την ύπαρξη τεράστιων αποθεμάτων υγρού νερού. Αν κάποτε υπήρχε ζωή στην επιφάνεια του κόκκινου πλανήτη, ήταν μόνο εκείνη την εποχή.

Όσο για τη Γη, το νερό στην επιφάνειά της είναι πολύ καλό, μερικές φορές ακόμη και πολύ καλό και ακόμη και θανατηφόρο. Από πού ήρθε; Όπως έχουμε ήδη δει, είναι λογικό να υποθέσουμε ότι εν μέρει το έφεραν εδώ οι κομήτες: μπορούμε να πούμε ότι είναι κορεσμένοι με νερό (παγωμένο, φυσικά), υπάρχουν δισεκατομμύρια από αυτούς στο Ηλιακό Σύστημα, μερικοί από αυτούς είναι αρκετά μεγάλο, και όταν μόλις σχηματιζόταν το Ηλιακό Σύστημα, βομβάρδιζαν συνεχώς τη νεαρή Γη. Τα ηφαίστεια εκρήγνυνται όχι μόνο επειδή το μάγμα είναι πολύ καυτό, αλλά και επειδή το διογκούμενο καυτό μάγμα μετατρέπει το υπόγειο νερό σε ατμό και ο ατμός διαστέλλεται γρήγορα, προκαλώντας έκρηξη. Ο ατμός δεν χωράει πλέον στα υπόγεια κενά και το καπάκι αφαιρείται από το ηφαίστειο, προκαλώντας το H2O να βγει στην επιφάνεια. Δεδομένων όλων αυτών, δεν πρέπει να προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι η επιφάνεια του πλανήτη μας είναι γεμάτη νερό. Με όλη την ποικιλομορφία των ζωντανών οργανισμών στη Γη, όλοι έχουν κοινά τμήματα DNA. Ένας βιολόγος που δεν έχει δει τίποτα άλλο εκτός από τη Γη στη ζωή του χαίρεται μόνο για την ευελιξία της ζωής, αλλά ένας αστροβιολόγος ονειρεύεται ποικιλομορφία σε μεγαλύτερη κλίμακα: ζωή βασισμένη σε εντελώς εξωγήινο DNA ή κάτι άλλο εντελώς.

Δυστυχώς, μέχρι στιγμής ο πλανήτης μας είναι το μοναδικό βιολογικό παράδειγμα. Ωστόσο, ένας αστροβιολόγος μπορεί να αντέξει οικονομικά να συλλέξει υποθέσεις για ζωντανούς οργανισμούς που ζουν κάπου στα βάθη του διαστήματος, μελετώντας οργανισμούς που ζουν σε ακραία περιβάλλοντα εδώ στη Γη. Μόλις αρχίσετε να ψάχνετε για αυτά τα ακραία, αποδεικνύεται ότι ζουν σχεδόν παντού: σε χωματερές πυρηνικών αποβλήτων, σε όξινους θερμοπίδακες, σε όξινα ποτάμια κορεσμένα με σίδηρο, σε πηγές βαθιάς θάλασσας που εκτοξεύουν χημικά εναιωρήματα και κοντά σε υποβρύχια ηφαίστεια, σε μόνιμο πάγο. , σε σωρούς σκουπιδιών, σε βιομηχανικές λίμνες αλατιού και σε κάθε λογής μέρη όπου πιθανότατα δεν θα πηγαίνατε το μήνα του μέλιτος, αλλά που είναι πιθανώς αρκετά τυπικά για τους περισσότερους άλλους πλανήτες και φεγγάρια. Οι βιολόγοι κάποτε πίστευαν ότι η ζωή ξεκίνησε σε κάποια «ζεστή πισίνα», όπως έγραψε ο Δαρβίνος (Darwin 1959, σελ. 202). Ωστόσο, τα στοιχεία που έχουν συσσωρευτεί πρόσφατα μας κάνουν να κλίνουμε προς την ιδέα ότι οι πρώτοι ζωντανοί οργανισμοί στη Γη ήταν ακραίοφιλοι.

Όπως θα δούμε στο επόμενο μέρος, για τα πρώτα μισά δισεκατομμύρια χρόνια της ύπαρξής του, το ηλιακό σύστημα δεν θύμιζε τίποτα περισσότερο από ένα πεδίο βολής. Μεγάλοι και μικροί ογκόλιθοι έπεφταν συνεχώς στην επιφάνεια της Γης, αφήνοντας πίσω τους κρατήρες και συνθλίβοντας πέτρες σε σκόνη. Οποιαδήποτε προσπάθεια να ξεκινήσει το έργο «Life» θα σταματούσε αμέσως. Ωστόσο, πριν από περίπου τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια, ο βομβαρδισμός μειώθηκε και η θερμοκρασία της επιφάνειας της γης άρχισε να πέφτει, επιτρέποντας στα αποτελέσματα πολύπλοκων χημικών πειραμάτων να επιβιώσουν και να ευδοκιμήσουν. Τα παλιά σχολικά βιβλία μετρούν αντίστροφα τον χρόνο από τη γέννηση του ηλιακού συστήματος και οι συγγραφείς τους συνήθως υποστηρίζουν ότι η Γη χρειάστηκε 700-800 εκατομμύρια χρόνια για να σχηματιστεί. Αλλά αυτό δεν είναι έτσι: τα πειράματα στο χημικό εργαστήριο του πλανήτη θα μπορούσαν να ξεκινήσουν όχι νωρίτερα από την υποχώρηση του ουράνιου βομβαρδισμού. Μη διστάσετε να αφαιρέσετε 600 εκατομμύρια χρόνια «πολέμου» - και αποδεικνύεται ότι οι μονοκύτταροι μηχανισμοί βγήκαν από το αρχέγονο υγρό σε μόλις 200 εκατομμύρια χρόνια. Αν και οι επιστήμονες δεν μπορούν ακόμα να καταλάβουν πώς ακριβώς ξεκίνησε η ζωή, η φύση δεν φαίνεται να έχει δυσκολίες μαζί της.

Οι αστροχημιστές έχουν προχωρήσει πολύ σε λίγες μόνο δεκαετίες: μέχρι πρόσφατα δεν γνώριζαν απολύτως τίποτα για τα μόρια στο διάστημα, αλλά σήμερα έχουν ήδη ανακαλύψει πολλές διαφορετικές ενώσεις σχεδόν παντού. Επιπλέον, τα τελευταία δέκα χρόνια, οι αστροφυσικοί έχουν επιβεβαιώσει ότι οι πλανήτες περιστρέφονται επίσης γύρω από άλλα αστέρια, και ότι κάθε αστρικό σύστημα, όχι μόνο το Ηλιακό Σύστημα, είναι γεμάτο από τα ίδια τέσσερα κύρια συστατικά της ζωής με το δικό μας κοσμικό σπίτι. Φυσικά, κανείς δεν περιμένει να βρει ζωή σε ένα αστέρι, ακόμη και σε ένα «κρύο», όπου είναι μόνο χίλιοι βαθμοί, αλλά η ζωή στη Γη συναντάται συχνά σε μέρη όπου η θερμοκρασία φτάνει αρκετές εκατοντάδες βαθμούς. Όλες αυτές οι ανακαλύψεις μαζί οδηγούν στο συμπέρασμα ότι στην πραγματικότητα το Σύμπαν δεν είναι καθόλου ξένο και άγνωστο σε εμάς - στην πραγματικότητα, είμαστε ήδη εξοικειωμένοι με αυτό σε θεμελιώδες επίπεδο. Αλλά πόσο κοντά γνωρίζουμε ο ένας τον άλλον; Ποια είναι η πιθανότητα οποιοιδήποτε ζωντανοί οργανισμοί να είναι σαν εκείνοι της Γης - με βάση τον άνθρακα και να προτιμούν το νερό από όλα τα άλλα υγρά; Σκεφτείτε, για παράδειγμα, το πυρίτιο, ένα από τα πιο άφθονα στοιχεία στο Σύμπαν. Στον περιοδικό πίνακα, το πυρίτιο βρίσκεται ακριβώς κάτω από τον άνθρακα, πράγμα που σημαίνει ότι έχουν την ίδια διαμόρφωση ηλεκτρονίων στο εξωτερικό τους περίβλημα. Το πυρίτιο, όπως και ο άνθρακας, μπορεί να σχηματίσει δεσμούς με ένα, δύο, τρία ή τέσσερα άλλα άτομα. Υπό τις κατάλληλες συνθήκες, μπορεί επίσης να σχηματίσει μόρια αλυσίδας. Δεδομένου ότι το πυρίτιο έχει περίπου τις ίδιες δυνατότητες για τη δημιουργία χημικών ενώσεων με τον άνθρακα, είναι λογικό να υποθέσουμε ότι μπορεί να προκύψει ζωή από αυτό.

Ωστόσο, υπάρχει μια δυσκολία με το πυρίτιο: εκτός του ότι είναι δέκα φορές λιγότερο κοινό από τον άνθρακα, δημιουργεί επίσης πολύ ισχυρούς δεσμούς. Συγκεκριμένα, αν συνδυάσετε πυρίτιο και υδρογόνο, δεν θα λάβετε τα βασικά στοιχεία της οργανικής χημείας, αλλά τις πέτρες. Στη Γη, αυτές οι χημικές ενώσεις έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής. Και για να είναι μια χημική ένωση ωφέλιμη για έναν ζωντανό οργανισμό, χρειάζεται δεσμούς που είναι αρκετά ισχυροί ώστε να αντέχουν όχι πολύ ισχυρές επιθέσεις από το περιβάλλον, αλλά όχι τόσο άφθαρτοι ώστε να αποκλείουν την πιθανότητα περαιτέρω πειραμάτων. Πόσο απαραίτητο είναι το υγρό νερό; Είναι πραγματικά αυτό το μόνο μέσο κατάλληλο για χημικά πειράματα, το μόνο μέσο ικανό να μεταφέρει θρεπτικά συστατικά από το ένα μέρος ενός ζωντανού οργανισμού στο άλλο; Ίσως οι ζωντανοί οργανισμοί χρειάζονται απλώς οποιοδήποτε υγρό. Η αμμωνία, για παράδειγμα, είναι αρκετά διαδεδομένη στη φύση. Και αιθυλική αλκοόλη. Και τα δύο είναι φτιαγμένα από τα πιο άφθονα στοιχεία στο σύμπαν. Η αμμωνία αναμεμειγμένη με νερό παγώνει σε πολύ χαμηλότερη θερμοκρασία από το νερό (-73°C αντί 0°C), γεγονός που διευρύνει το εύρος θερμοκρασίας στο οποίο υπάρχει πιθανότητα να βρεθούν ζωντανοί οργανισμοί που αγαπούν το υγρό. Υπάρχει μια άλλη επιλογή: σε έναν πλανήτη όπου υπάρχουν λίγες πηγές εσωτερικής θερμότητας, για παράδειγμα, περιστρέφεται μακριά από το άστρο του και έχει παγώσει μέχρι τα οστά, το μεθάνιο, το οποίο είναι συνήθως σε αέρια κατάσταση, μπορεί επίσης να παίξει το ρόλο του απαραίτητο υγρό. Τέτοιες ενώσεις έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής. Και για να είναι μια χημική ένωση ωφέλιμη για έναν ζωντανό οργανισμό, χρειάζεται δεσμούς που είναι αρκετά ισχυροί ώστε να αντέχουν όχι πολύ ισχυρές επιθέσεις από το περιβάλλον, αλλά όχι τόσο άφθαρτοι ώστε να αποκλείουν την πιθανότητα περαιτέρω πειραμάτων.

Πόσο απαραίτητο είναι το υγρό νερό; Είναι πραγματικά αυτό το μόνο μέσο κατάλληλο για χημικά πειράματα, το μόνο μέσο ικανό να μεταφέρει θρεπτικά συστατικά από το ένα μέρος ενός ζωντανού οργανισμού στο άλλο; Ίσως οι ζωντανοί οργανισμοί χρειάζονται απλώς οποιοδήποτε υγρό. Η αμμωνία, για παράδειγμα, είναι αρκετά διαδεδομένη στη φύση. Και αιθυλική αλκοόλη. Και τα δύο είναι φτιαγμένα από τα πιο άφθονα στοιχεία στο σύμπαν. Η αμμωνία αναμεμειγμένη με νερό παγώνει σε πολύ χαμηλότερη θερμοκρασία από το νερό (-73°C αντί 0°C), γεγονός που διευρύνει το εύρος θερμοκρασίας στο οποίο υπάρχει πιθανότητα να βρεθούν ζωντανοί οργανισμοί που αγαπούν το υγρό. Υπάρχει μια άλλη επιλογή: σε έναν πλανήτη όπου υπάρχουν λίγες πηγές εσωτερικής θερμότητας, για παράδειγμα, περιστρέφεται μακριά από το άστρο του και έχει παγώσει μέχρι τα οστά, το μεθάνιο, το οποίο είναι συνήθως σε αέρια κατάσταση, μπορεί επίσης να παίξει το ρόλο του απαραίτητο υγρό.

Το 2005, ο διαστημικός ανιχνευτής Huygens (που πήρε το όνομά του από το you-know-who) προσγειώθηκε στον Τιτάνα, το μεγαλύτερο φεγγάρι του Κρόνου, το οποίο είναι πλούσιο σε οργανικές ενώσεις και έχει ατμόσφαιρα δέκα φορές παχύτερη από τη Γη. Εκτός από τους πλανήτες Δία, Κρόνο, Ουρανό και Ποσειδώνα, καθένας από τους οποίους αποτελείται εξ ολοκλήρου από αέριο και δεν έχει στερεή επιφάνεια, μόνο τέσσερα ουράνια σώματα στο ηλιακό μας σύστημα έχουν αξιοσημείωτη ατμόσφαιρα: η Αφροδίτη, η Γη, ο Άρης και ο Τιτάνας. Ο Τιτάνας δεν είναι σε καμία περίπτωση ένα τυχαίο αντικείμενο μελέτης. Η λίστα των μορίων που βρίσκονται εκεί εμπνέει σεβασμό: περιλαμβάνει νερό, αμμωνία, μεθάνιο και αιθάνιο, καθώς και τους λεγόμενους πολυκυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες - μόρια από πολλούς δακτυλίους. Ο πάγος του νερού στον Τιτάνα είναι τόσο κρύος που είναι τόσο σκληρός όσο το τσιμέντο. Ωστόσο, ένας συνδυασμός θερμοκρασίας και πίεσης υγροποιεί το μεθάνιο και οι πρώτες εικόνες του Huygens δείχνουν ρυάκια, ποτάμια και λίμνες υγρού μεθανίου. Το χημικό περιβάλλον στην επιφάνεια του Τιτάνα θυμίζει κατά κάποιο τρόπο το περιβάλλον στη νεαρή Γη, γι' αυτό και τόσοι πολλοί αστροβιολόγοι θεωρούν τον Τιτάνα ένα «ζωντανό» εργαστήριο για τη μελέτη του μακρινού παρελθόντος της Γης. Πράγματι, πειράματα που έγιναν πριν από δύο δεκαετίες έδειξαν ότι αν προσθέσουμε νερό και λίγο οξύ στο οργανικό εναιώρημα που λαμβάνεται με την ακτινοβολία των αερίων που συνθέτουν τη θολή ατμόσφαιρα του Τιτάνα, αυτό θα μας δώσει δεκαέξι αμινοξέα.

Πρόσφατα, οι βιολόγοι έμαθαν ότι η συνολική βιομάζα κάτω από την επιφάνεια του πλανήτη Γη είναι πιθανώς μεγαλύτερη από ό,τι στην επιφάνεια. Η τρέχουσα έρευνα σε ιδιαίτερα ανθεκτικούς ζωντανούς οργανισμούς δείχνει κατά καιρούς ότι η ζωή δεν γνωρίζει εμπόδια ή όρια. Οι ερευνητές που μελετούν τις συνθήκες για την προέλευση της ζωής δεν είναι πλέον «τρελλοί καθηγητές» που αναζητούν πράσινα ανθρωπάκια σε κοντινούς πλανήτες, αλλά μάλλον γενικοί επιστήμονες που διαθέτουν ένα ευρύ φάσμα εργαλείων: πρέπει να είναι ειδικοί όχι μόνο στην αστροφυσική, τη χημεία και τη βιολογία. αλλά και στη γεωλογία και την πλανητολογία, αφού πρέπει να ψάξουν για ζωή οπουδήποτε.

Ένα παράδειγμα συστήματος για την εύρεση της κατοικήσιμης ζώνης ανάλογα με τον τύπο των αστεριών.

Στην αστρονομία, κατοικήσιμη ζώνη, κατοικήσιμη ζώνη, ζώνη ζωής (κατοικήσιμη ζώνη, HZ) είναι μια υπό όρους περιοχή στο χώρο, που καθορίζεται από τον υπολογισμό ότι οι συνθήκες στην επιφάνεια αυτών που βρίσκονται σε αυτό θα είναι κοντά στις συνθήκες και θα εξασφαλίσουν την ύπαρξη νερού στην υγρή φάση. Κατά συνέπεια, τέτοιοι πλανήτες (ή οι δικοί τους) θα είναι ευνοϊκοί για την εμφάνιση ζωής παρόμοιας με αυτή στη Γη. Η πιθανότητα να δημιουργηθεί ζωή είναι μεγαλύτερη στην κατοικήσιμη ζώνη στην περιοχή ( περιαστρική κατοικήσιμη ζώνη, CHZ ), που βρίσκεται στην κατοικήσιμη ζώνη ( γαλαξιακή κατοικήσιμη ζώνη, GHZ), αν και η έρευνα για το τελευταίο βρίσκεται ακόμη σε αρχικό στάδιο.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η θέση ενός πλανήτη στην κατοικήσιμη ζώνη και η ευνοϊκότητά του για ζωή δεν σχετίζονται απαραίτητα: το πρώτο χαρακτηριστικό περιγράφει τις συνθήκες στο πλανητικό σύστημα στο σύνολό του και το δεύτερο - απευθείας στην επιφάνεια του ουράνιου σώματος .

Στην αγγλόφωνη λογοτεχνία ονομάζεται και κατοικήσιμη ζώνη Ζώνη Goldilocks (Goldilocks Zone). Αυτός ο τίτλος είναι μια αναφορά σε ένα αγγλικό παραμύθι Goldilocks και οι τρεις αρκούδες, γνωστό στα ρωσικά ως "Three Bears". Στο παραμύθι, ο Goldilocks προσπαθεί να χρησιμοποιήσει πολλά σετ από τρία παρόμοια αντικείμενα, σε καθένα από τα οποία ένα από τα αντικείμενα αποδεικνύεται πολύ μεγάλο (σκληρό, ζεστό, κ.λπ.), το άλλο είναι πολύ μικρό (μαλακό, κρύο .. .), και το τρίτο, ενδιάμεσο μεταξύ τους, το αντικείμενο αποδεικνύεται "ακριβώς σωστά". Ομοίως, για να βρίσκεται στην κατοικήσιμη ζώνη, ένας πλανήτης δεν πρέπει να βρίσκεται ούτε πολύ μακριά από το αστέρι ούτε πολύ κοντά σε αυτό, αλλά στη «σωστή» απόσταση.

Κατοικίσιμη ζώνη ενός αστεριού

Τα όρια της κατοικήσιμης ζώνης καθορίζονται με βάση την απαίτηση για παρουσία υγρού νερού στους πλανήτες που βρίσκονται σε αυτήν, αφού είναι απαραίτητος διαλύτης σε πολλές βιοχημικές αντιδράσεις.

Πέρα από το εξωτερικό άκρο της κατοικήσιμης ζώνης, ο πλανήτης δεν δέχεται αρκετή ηλιακή ακτινοβολία για να αντισταθμίσει τις απώλειες ακτινοβολίας και η θερμοκρασία του θα πέσει κάτω από το σημείο πήξης του νερού. Ένας πλανήτης που βρίσκεται πιο κοντά στο αστέρι από το εσωτερικό όριο της κατοικήσιμης ζώνης θα θερμανθεί υπερβολικά από την ακτινοβολία του, προκαλώντας την εξάτμιση του νερού.

Η απόσταση από το αστέρι όπου αυτό το φαινόμενο είναι δυνατό υπολογίζεται από το μέγεθος και τη φωτεινότητα του άστρου. Το κέντρο της κατοικήσιμης ζώνης για ένα συγκεκριμένο αστέρι περιγράφεται από την εξίσωση:

Κατοικίσιμη ζώνη στο ηλιακό σύστημα

Υπάρχουν διαφορετικές εκτιμήσεις για το πού εκτείνεται η κατοικήσιμη ζώνη:

Γαλαξιακή κατοικήσιμη ζώνη

Οι θεωρήσεις ότι η θέση ενός πλανητικού συστήματος μέσα σε έναν γαλαξία θα πρέπει να επηρεάζει τη δυνατότητα ανάπτυξης της ζωής οδήγησαν στην έννοια του λεγόμενου. "γαλαξιακή κατοικήσιμη ζώνη" ( GHZ, γαλαξιακή κατοικήσιμη ζώνη ). Η ιδέα αναπτύχθηκε το 1995 Γκιγιέρμο Γκονζάλες, παρά την πρόκληση του.

Η γαλαξιακή κατοικήσιμη ζώνη είναι, σύμφωνα με τις τρέχουσες διαθέσιμες ιδέες, μια περιοχή σε σχήμα δακτυλίου που βρίσκεται στο επίπεδο του γαλαξιακού δίσκου. Η κατοικήσιμη ζώνη εκτιμάται ότι βρίσκεται σε μια περιοχή 7 έως 9 kpc από το γαλαξιακό κέντρο, που επεκτείνεται με το χρόνο και περιέχει αστέρια ηλικίας 4 έως 8 δισεκατομμυρίων ετών. Από αυτά τα αστέρια, το 75% είναι παλαιότερο από τον Ήλιο.

Το 2008, μια ομάδα επιστημόνων δημοσίευσε εκτενείς προσομοιώσεις υπολογιστή που υποδηλώνουν ότι, τουλάχιστον σε γαλαξίες όπως ο Γαλαξίας, αστέρια όπως ο Ήλιος θα μπορούσαν να μεταναστεύσουν σε μεγάλες αποστάσεις. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με την ιδέα ότι ορισμένες περιοχές του γαλαξία είναι πιο κατάλληλες για το σχηματισμό ζωής από άλλες.

Αναζήτηση πλανητών στην κατοικήσιμη ζώνη

Οι πλανήτες σε κατοικήσιμες ζώνες είναι εξαιρετικά ενδιαφέροντες για τους επιστήμονες που αναζητούν τόσο εξωγήινη ζωή όσο και μελλοντικά σπίτια για την ανθρωπότητα.

Η εξίσωση Drake, η οποία προσπαθεί να προσδιορίσει την πιθανότητα ύπαρξης εξωγήινης ευφυούς ζωής, περιλαμβάνει μια μεταβλητή ( n e) ως ο αριθμός των κατοικήσιμων πλανητών σε αστρικά συστήματα με πλανήτες. Η εύρεση Goldilocks βοηθά στην αποσαφήνιση των τιμών για αυτήν τη μεταβλητή. Οι εξαιρετικά χαμηλές τιμές μπορεί να υποστηρίξουν τη μοναδική υπόθεση της Γης, η οποία δηλώνει ότι μια σειρά εξαιρετικά απίθανων γεγονότων οδήγησε στην προέλευση της ζωής στις . Οι υψηλές τιμές μπορούν να ενισχύσουν την κοπερνίκεια αρχή της μετριότητας στη θέση: ένας μεγάλος αριθμός πλανητών Goldilocks σημαίνει ότι η Γη δεν είναι μοναδική.

Η αναζήτηση πλανητών στο μέγεθος της Γης στις κατοικήσιμες ζώνες των αστεριών είναι ένα βασικό μέρος της αποστολής, η οποία χρησιμοποιεί (που ξεκίνησε στις 7 Μαρτίου 2009, UTC) για την έρευνα και τη συλλογή χαρακτηριστικών πλανητών στις κατοικήσιμες ζώνες. Μέχρι τον Απρίλιο του 2011, είχαν ανακαλυφθεί 1.235 πιθανοί πλανήτες, εκ των οποίων οι 54 βρίσκονταν σε κατοικήσιμες ζώνες.

Ο πρώτος επιβεβαιωμένος εξωπλανήτης στην κατοικήσιμη ζώνη, ο Kepler-22 b, ανακαλύφθηκε το 2011. Από τις 3 Φεβρουαρίου 2012, τέσσερις αξιόπιστα επιβεβαιωμένοι πλανήτες είναι γνωστό ότι βρίσκονται στις κατοικήσιμες ζώνες των αστεριών τους.