Войти
Европа, потенциально обитаемый спутник Юпитера.обитаемость естественных спутников - это мера способности естественных спутников иметь среду гостеприимную в жизнь. Пригодная для жизни среда не обязательно является местом обитания. Обитаемость естественных спутников - это новая область, которая считается важной для астробиологии по нескольким причинам, в первую очередь из-за того, что количество естественных спутников, по прогнозам, значительно превосходит количество планет, и предполагается, что факторы обитаемости, вероятно, будут аналогичны те из планет. Однако существуют ключевые различия в окружающей среде, которые влияют на спутники как потенциальные места внеземной жизни.
Самыми сильными кандидатами на естественную обитаемость спутников в настоящее время являются ледяные спутники, такие как Юпитер и Сатурн - Европа и Энцелад 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. Европа и Энцелад существуют за пределами околозвездной обитаемой зоны, которая исторически определяла пределы жизни в Солнечной системе как зону, в которой вода может существовать в жидком виде на поверхности. В обитаемой зоне Солнечной системы есть только три естественных спутника: Луна и спутники Марса Фобос и Деймос (хотя по некоторым оценкам Марс и его спутники находиться немного за пределами обитаемой зоны), ни один из которых не поддерживает атмосферу или воду в жидкой форме. Приливные силы, вероятно, будут играть такую же важную роль в обеспечении тепла, как звездное излучение, в потенциальной обитаемости естественных спутников.
Существование экзолуний еще не подтверждено. Обнаружить их чрезвычайно сложно, поскольку современные методы ограничены временем прохождения. Возможно, что некоторые из их атрибутов могут быть определены теми же методами, что и у транзитных планет. Несмотря на это, по оценкам некоторых ученых, обитаемых экзолуний столько же, сколько обитаемых экзопланет. 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 то, чтобы укрыть спутники земного типа.
Условия обитаемости естественных спутников аналогичны условиям обитаемости планет. Однако есть несколько факторов, которые различают естественную обитаемость спутников и дополнительно расширяют их обитаемость за пределы планетарной обитаемой зоны.
Большинство астробиологов считают жидкую воду необходимой предпосылкой для существования внеземных цивилизаций. жизнь. Появляется все больше свидетельств наличия подповерхностной жидкой воды на нескольких лунах Солнечной системы, вращающихся вокруг газовых гигантов Юпитера, Сатурна, Урана и Нептун. Однако ни один из этих подземных водоемов на сегодняшний день не подтвержден.
Для стабильной орбиты соотношение между периодом обращения PsЛуны вокруг своей главной звезды и периодом ее обращения вокруг главной звезды P p должно быть < ⁄9, например если планете требуется 90 дней для обращения вокруг своей звезды, максимальная стабильная орбита луны этой планеты составляет менее 10 дней. Моделирование предполагает, что луна с орбитальным периодом менее 45-60 дней останется надежно привязанной к массивной планете-гиганту или коричневому карлику, который вращается на 1 а.е. от звезды, подобной Солнцу..
Астробиологи считают, что атмосфера важна для развития химии пребиотиков, поддержания жизни и существования поверхностных вод. У большинства естественных спутников в Солнечной системе отсутствуют значительные атмосферы, за исключением спутника Сатурна Титан.
Распыление, процесс, при котором атомы выбрасываются из твердого материала мишени из-за бомбардировки цели энергичными частицами, представляет собой серьезную проблему для естественных спутников. Все газовые гиганты в Солнечной системе и, вероятно, вращающиеся вокруг других звезд, имеют магнитосферы с радиационными поясами, достаточно мощными, чтобы полностью разрушить атмосферу подобной Земле луны всего за несколько сотен миллионов лет. Сильные звездные ветры также могут отделять атомы газа от 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. 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; было обнаружено, что Ганимед имеет собственную магнитосферу, хотя его масса составляет всего 2,5% от массы Земли. В качестве альтернативы, атмосфера Луны может постоянно пополняться газами из подземных источников, как полагают некоторые ученые в случае с Титаном.
Хотя эффекты приливного ускорения относительно скромны на планетах, они могут быть значительным источником энергии для естественных спутников и альтернативным источником энергии для поддержания жизни.
Луны, вращающиеся вокруг газовых гигантов или коричневых карликов, вероятно, будут привязаны к своим первичным источникам, то есть их дни будут такими же длинными, 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 нагреть. Ученые из NASA Исследовательского центра Эймса смоделировали температуру на закрытых приливом экзопланетах в зоне обитаемости красных карликов звезд. Они обнаружили, что атмосфера с давлением углекислого газа (CO. 2) 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, предполагается, что умеренное количество CO. 2сделает температуру пригодной для жизни.
Приливные эффекты могут также позволить Луне поддерживать тектонику плит, что может вызвать вулканическую активность, регулирующую температуру Луны и создающую эффект геодинамо, который создаст у спутника сильное магнитное поле.
Обеспечивает гравитационное взаимодействие Луной 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. Таким образом, конечное 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, она, 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. Однако на Марсе планета без значительных приливных эффектов от ее спутников с относительно малой массой Фобос и Деймос, наклон оси может претерпевать резкие изменения от 13 ° до 40 ° на шкале времени от 5 до 10 миллионов лет.
Приливная привязка к планете-гиганту или суб-коричневому карлику позволила бы иметь более умеренный климат на Луне, чем если бы Луна представляла собой планету аналогичного размера, вращающуюся с синхронным вращением в обитаемой зоне звезды. Это особенно верно для систем красных карликов, где 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.
Ниже приводится список естественных спутников и сред Солнечной системы с возможностью размещения обитаемых сред:
| Имя | Система | Статья | Примечания |
|---|---|---|---|
| Европа | Юпитер | Колонизация Европы | Предполагалось, что подземный океан поддерживается за счет геологической активности, приливного нагрева и излучения. На Луне может быть больше воды и кислорода, чем на Земле и кислородной экзосфере. |
| Энцелад | Сатурн | Энцелад - потенциальная обитаемость | Предполагается, что под поверхностью находится океан с жидкой водой из-за приливного нагрева или геотермальная активность. Обнаружен свободный молекулярный водород (H 2), который является еще одним потенциальным источником энергии для жизни. |
| Титан | Сатурн | Колонизация Титана | Его атмосфера считается аналогичной атмосфере ранняя Земля, хотя и несколько толще. Поверхность характеризуется углеводородными озерами, криовулканами, метановыми дождями и снегами. Как и Земля, Титан защищен от солнечного ветра магнитосферой, в данном случае его родительской планетой на протяжении большей части своей орбиты, но взаимодействие с атмосферой Луны остается достаточным для облегчения создания сложных органических молекул. У него есть отдаленная возможность экзотической биохимии на основе метана. |
| Каллисто | Юпитер | Каллисто - потенциальная обитаемость | Предполагается, что подземный океан нагревается приливными силами. |
| Ганимед | Юпитер | Ганимед - Подземные океаны | Предполагалось, что магнитное поле состоит из льда и подземных океанов, уложенных в несколько слоев, с соленой водой в качестве второго слоя поверх твердого железного ядра. |
| Io | Юпитер | Из-за близости к Юпитеру он подвержен интенсивному приливному нагреву, что делает его наиболее вулканически активным объектом в Солнечной системе. газовыделение создает следы атмосферы. | |
| Тритон | Нептун | Его высокий наклон орбиты по отношению к экватору Нептуна вызывает значительный приливный нагрев, что предполагает наличие слоя жидкой воды или подповерхностного океана. | |
| Диона | Сатурн | Данные, собранные в 2016 году, предполагают наличие внутреннего водного океана под 100 километрами коры, возможно, пригодного для микробной жизни. | |
| Харон | Плутон | Возможный внутренний океан воды и аммиака, основано на предполагаемой криовулканической активности. |
Картина художника гипотетического луны вокруг сатурноподобной экзопланеты, которая может быть обитаемой. Всего 9 экзопланет кандидаты обнаружены, но ни один из них не подтвержден.
Учитывая общее отношение масс планеты к спутникам, равное 10 000, считается, что газовые планеты размером с Большой Сатурн или Юпитер в обитаемой зоне являются лучшими кандидатами на укрытие земных спутников с более чем 120 таких планет к 2018 г. Известно, что массивные экзопланеты находятся в обитаемой зоне (например, Gliese 876 b, 55 Cancri f, Upsilon Andromedae d, 47 Ursae Majoris b, HD 28185 b и HD 37124 c ) представляют особый интерес, поскольку потенциально могут иметь естественные спутники с жидкой водой на поверхности.
Пригодность внесолнечных лун будет зависеть от звездного и планетарного освещения лун, а также от влияния затмений на их осредненное по орбите поверхностное освещение. Помимо этого, приливное нагревание может сыграть роль для обитаемости Луны. В 2012 году ученые представили концепцию определения обитаемых орбит лун; 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. Магнитное окружение экзолун, которое критически запускается внутренним магнитным полем планеты-хозяина, было идентифицировано как еще один фактор обитаемости экзолун. В частности, было обнаружено, что луны на расстоянии примерно от 5 до 20 радиусов планет от планеты-гиганта могут быть обитаемыми с точки зрения освещения и приливного нагрева, но все же планетная магнитосфера будет критически влиять на их обитаемость.
В научной фантастике часто встречаются естественные спутники жизни, в которых обитает жизнь. Известные примеры в кино включают: Луна Земли в Путешествие на Луну (1903); Явин-4 из Звездных войн (1977); Эндор в Возвращение джедая (1983); LV-426 в Alien (1979) и Aliens (1986); Пандора в Аватар (2009); LV-223 в Прометей (2012); и Europa в Europa Report (2013).
