Обитаемая зона

Пример системы нахождения обитаемой зоны в зависимости от типа звезд.

Обита́емая зо́на, зо́на обита́емости (HZ, habitable zone) — в астрономии условная область в космосе, определённая из расчёта, что условия на поверхности находящихся в ней планет будут близки к условиям на Земле. Соответственно, такие планеты и луны будут благоприятны для возникновения жизни, похожей на земную.

Следует отметить, что нахождение планеты в обитаемой зоне и её благоприятность для жизни не обязательно связаны: первая характеристика описывает условия в звёздной системе в целом, а последняя — непосредственно на поверхности небесного тела.

Вероятность возникновения жизни наиболее велика в обитаемой зоне в окрестностях звезды (CHZ, circumstellar habitable zone) и в обитаемой зоне галактики (GHZ, galactic habitable zone) — однако исследования последней по-прежнему находятся в зачаточном состоянии.

…села в креслище большого-здоровенного медведища, но оно показалось ей чересчур жёстким. Она пересела в кресло среднего медведя, но оно показалось ей чересчур мягким. Наконец плюхнулась в креслице маленького-малюсенького крошки медвежонка, и оно показалось ей не жёстким, не мягким, а в самый раз.

Английская народная сказка «Три медведя» в переводе М. Клягиной-Кондратьевой. Архивировано из первоисточника 27 февраля 2012.

В англоязычной литературе обитаемую зону также называют зо́ной Златовла́ски (англ. Goldilocks Zone). Название содержит ссылку на сказку Goldilocks and the Three Bears, на русском языке известную как «Три медведя». В сказке Златовласка пытается использовать несколько наборов из трёх однородных предметов, в каждом из которых один из предметов оказывается чересчур большим (твёрдым, горячим и т. п.) другой — чересчур маленьким (мягким, холодным…), а третий, промежуточный между ними, предмет оказывается «в самый раз». Аналогично, для того, чтобы оказаться в обитаемой зоне, планета не должна находиться ни слишком далеко от звезды, ни слишком близко к ней, а на «правильном» удалении.

Оценки положения обитаемой зоны

Границы обитаемой зоны установлены исходя из требования наличия на находящихся в ней планетах воды в жидком состоянии, поскольку она является необходимым растворителем во многих биомеханических реакциях.

За внешней границей обитаемой зоны планета не получает достаточно солнечной радиации, чтобы компенсировать потери на излучение, и её температура опустится ниже точки замерзания воды. Планета, расположенная ближе к светилу, чем внутренняя граница обитаемой зоны, будет чрезмерно нагреваться его излучением, в результате чего вода испарится.

Расстояние от звезды, где это явление возможно, вычисляется по размеру и светимости звезды. Центр обитаемой зоны для конкретной звезды описывается уравнением:

$d_{AU} = \sqrt {L_{star}/L_{sun}}$

где

$d_{AU} \,$ — средний радиус обитаемой зоны в астрономических единицах,

$L_{star} \,$ — болометрический показатель (светимость) звезды,

$L_{sun} \,$ — болометрический показатель (светимость) Солнца.

Обитаемая зона в Солнечной системе

Существуют различные оценки того, где простирается обитаемая зона в Солнечной системе:

Внутренняя граница, а. е.	Внешняя граница, а. е.	Источник	Примечания
0.725	1.24	Dole 1964[1]	Оценка в предположении оптически прозрачной атмосферы и фиксированного альбедо.
0.95	1.01	Hart et al. 1978, 1979[2]	Звезды K0 и дальше не могут иметь обитаемой зоны
0.95	3.0	Fogg 1992[3]	Оценка с использованием углеродных циклов
0.95	1.37	Kasting et al. 1993[4]
—	1 %—2 % дальше…	Budyko 1969[5]	…приводит к глобальному оледенению.
—	1 %—2 % дальше…	Sellers 1969[6]	…приводит к глобальному оледенению.
—	1 %—2 % дальше…	North 1975[7]	…приводит к глобальному оледенению.
4 %—7 % ближе…	—	Rasool & DeBurgh 1970[8]	…и океаны не сконденсируются.
—	—	Schneider and Thompson 1980[9]	Критика Hart.
—	—	Kasting 1991[10]
—	—	Kasting 1988[11]	Водяные облака могут сузить обитаемую зону, поскольку они повышают альбедо, и тем самым противодействуют парниковому эффекту.
—	—	Ramanathan and Collins 1991[12]	Парниковый эффект для инфракрасного излучения имеет более сильное влияние, чем повышенное из-за облаков альбедо, и Венера должна была быть сухой.
—	—	Lovelock 1991[13]
—	—	Whitemire et al. 1991[14]

Поиск планет в зоне

Планеты в обитаемых зонах крайне интересны для учёных, которые ищут и внеземную жизнь и будущие дома для человечества^[15].

Уравнение Дрейка, которое пытается определить вероятность внеземной разумной жизни, включает переменную (n_e) в качестве числа жизнепригодных планет в звёздных системах с планетами. Нахождение экзопланет Златовласки помогает уточнить значения для этой переменной. Крайне низкие значения могут подтвердить гипотезу уникальной Земли, которая утверждает, что серия крайне маловероятных случаев и событий привела к зарождению жизни на Земле. Высокие значения могут усилить принцип заурядности Коперника в положении: большое количество планет Златовласки означает, что Земля не уникальна.

Поиск одинаковых по размеру с Землёй планет в обитаемых зонах звезд — ключевая часть миссии Кеплер, которая использует космический телескоп (запущен 7 марта 2009 года, UTC) для обследования и сбора характеристик планет в обитаемых зонах.^[16] На апрель 2011 года было обнаружено 1235 возможных планет, из которых 54 расположены в обитаемых зонах.^[17]

Первая подтверждённая экзопланета в обитаемой зоне — Kepler-22 b — была обнаружена в 2011 году.^[18] На 3 февраля 2012 года известно четыре достоверно подтвержденных планеты, находящихся в обитаемых зонах своих звёзд.^[19]

Критика

• Концепция обитаемой зоны критикуется Яном Стюартом и Джеком Коэном в книге «Evolving the Alien». Два основных возражения заключаются в том, что, с одной стороны, предполагается что внеземная жизнь имеет те же требования к условиям окружающей среды, что и земная (т. н. «углеродный шовинизм»), а с другой — упускается из виду то обстоятельство, что близость к светилу — не единственный возможный способ создания достаточной температуры на планете.^[20] В частности, спутник Юпитера Европа, как полагают, имеет мощный водный достаточно разогретый подземный океан, глубины которого весьма напоминают глубины земных океанов. Существование на Земле экстремофилов, таких как тихоходки, делает существование жизни на Европе вполне возможным, несмотря на то, что Европа находится вне расчётной обитаемой зоны. На спутнике Сатурна Титане жизнь может иметь не кислородно-углеродную (водную), а скорее метановую основу. По мнению астронома Карла Сагана, неводная жизнь также возможна и на газовых гигантах наподобие Юпитера.

• Различные величины вулканической активности, приливных эффектов, массы планеты и даже радиоактивного распада могут повлиять на уровни тепла и излучения на планете и снижать предпосылки жизни на планетах обитаемой зоны. Так, хотя вполне вероятно, что земная жизнь могла адаптироваться к окружающей среде, соответствующей таковой на Европе, зарождение жизни на последней гораздо менее вероятно ввиду жесточайшей радиации, которой подвергается Европа от мощного магнитного поля Юпитера. И возможно, что на планете, которая со временем вышла за пределы обитаемой зоны (например, на тех же на газовых гигантах и Титане или другом спутнике Сатурна Энцеладе), жизнь более вероятна, чем на той, которая по общим расчётам входит в неё.

См. также

• Планеты, пригодные для возникновения жизни
• Терраформирование
• Экзопланета
• Список экзопланет в обитаемой зоне
• Список потенциально жизнепригодных экзопланет

Примечания

1. ↑ Planets for Man, Dole & Asimov 1964
2. ↑ Hart et al 1978, 1979 Icarus vol.37, 351—35
3. ↑ Fogg 1992
4. ↑ Kasting et al 1993, Icarus 101, 108—128
5. ↑ Budyko 1969
6. ↑ Sellers 1969
7. ↑ North 1975
8. ↑ Rasool & DeBurgh 1970
9. ↑ Schneider and Thompson 1980
10. ↑ Kasting 1991
11. ↑ Kasting 1988
12. ↑ Ramanathan and Collins 1991
13. ↑ Lovelock 1991
14. ↑ Whitemire et al 1991
15. ↑ Joe Palca 'Goldilocks' Planet's Temperature Just Right For Life. Архивировано из первоисточника 27 февраля 2012. Проверено 5 апреля 2011.
16. ↑ David Koch; Alan Gould Overview of the Kepler Mission  (англ.). NASA (March 2009).(недоступная ссылка — история) Проверено 2 апреля 2009.
17. ↑ Mike Wall Image Shows 1,235 Potential Alien Homeworlds  (англ.). FOX News (April 2011). Архивировано из первоисточника 27 февраля 2012. Проверено 3 апреля 2011.
18. ↑ Иван Терехов Kepler-22b — первая в истории подтвержденная экзопланета в обитаемой зоне. 3dnews.ru (12 июля 2011). Проверено 5 января 2012.
19. ↑ Data of Potential Habitable Exoplanets and Exomoons  (англ.). Planetary Habitability Laboratory (2 February 2012). Архивировано из первоисточника 5 июня 2012. Проверено 3 февраля 2012.
20. ↑ Jack Cohen, Ian Stewart Evolving the Alien: The Science of Extraterrestrial Life. — 1st edition. — Ebury & Vermilion. — 388 p. — ISBN 978-0091879273

Ссылки

• Habitable Zones Gallery Изображение орбит планет относительно обитаемой зоны звезды
• Habitable Exoplanets Catalog Каталог потенциально обитаемых экзопланет