Почему на Земле существует жизнь?
Атмосфера
Земля, третья планета от Солнца, действительно удивительная планета. Она имеет газообразную атмосферу, которая играет важную роль в том, чтобы на ней стало возможным существование жизни. В нашей атмосфере содержится водяной пар, который способствует снижению дневной температуры. Кроме того, она содержит 21% кислорода, который необходим нам для дыхания, 78% азота и 0.9% аргона. Остальные 0,1% состоят из водяного пара, двуокиси углерода, неона, метана, криптона, гелия, ксенона, водорода, закиси азота, окиси углерода, двуокиси азота, двуокиси серы и озона.
Хотя последние присутствуют в скудных количествах, они важны, поскольку они помогают поглощать вредное солнечное излучение до того, как оно достигнет поверхности Земли. Однако большинство из них действовали бы как яд для людей, если бы присутствовали в больших количествах. Таким образом, мы можем сказать, что в атмосфере Земли существует идеальный баланс элементов, что является предпосылкой для существования на планете жизни. Атмосфера также защищает нас от метеоритов. Из-за трения, возникающего между метеором и атмосферными газами, большинство метеоров сгорают, прежде чем упасть на поверхность Земли в виде метеорита.
Времена года и магнитное поле
Земля вращается вокруг воображаемой оси, наклоненной под углом 23,5 градуса. Вращение вызывает переход от дня к ночи и наоборот, а наклон определяет смену времен года. Если бы Земля не была наклонена, мы бы испытали один и тот же сезон на протяжении всего года. У Земли есть ядро из расплавленного железо-никеля. Быстрое вращение Земли и жидкого, горячего металлического ядра вызывает магнитное поле, окружающее Землю. Это магнитное поле улавливает заряженные частицы, брошенные на Землю Солнцем во время активности солнечного ветра.
Когда эти заряженные частицы вступают в реакцию с газами, присутствующими в нашей атмосфере, газы начинают светиться. Это вызывает явление, известное как полярные сияния, видимые за Полярным кругом и Южным полярным кругом. Как и в случае со всеми внутренними планетами, поверхность Земли также пострадала от вулканизма, тектонической активности и в меньшей степени от ударов метеоритов. У Земли есть один естественный спутник, Луна, которая управляет приливной активностью водных объектов.
Расстояние от Солнца
Для живых существ важна правильная температура. Большая часть жизни на Земле живет при температурах от теплых до умеренных. Не так много форм жизни, которые живут при отрицательных температурах, например, на полюсах или в палящем месте, например, внутри вулканов. Одним из факторов, влияющих на температуру атмосферы планеты, является расстояние от звезды (в нашем случае от Солнца), вокруг которой она вращается. Ближайшие к Солнцу планеты очень горячие, в то время как дальние планеты намного холоднее, что делает жизнь практически невозможной ни на одной из планет.
Жизнь — это солнечная система
Несмотря на то, что существование на других планетах нашей Солнечной системы кажется невозможным, человечество вновь и вновь сталкивается с несколькими клочками доказательств, которые заставляют нас сомневаться в нашем предположении о том, что мы одиноки в нашей Солнечной системе. В то время как мы продвигаем наше любопытство к «экзопланетам», которые являются потенциально обитаемыми мирами, вращающимися вокруг других звезд, наши близкие соседи в нашей собственной Солнечной системе также предоставляют нам много возможностей для изучения. Это дало надежду на то, что может быть жизнь на других планетах, или даже на спутниках других планет рядом с нами, хотя и совсем непохожих на то, что есть на Земле! Так что давайте посмотрим на некоторых подходящих кандидатов один за другим!
Планета Марс
Среди наших открытий о Марсе одно выделяется над всеми остальными: возможное присутствие жидкой воды на Марсе, либо в ее древнем прошлом, либо сохранившейся в недрах сегодня. Везде, где мы находим воду на Земле, мы находим жизнь. Итак, если на Марсе когда-то была жидкая вода или она есть до сих пор, возникает вопрос, могли ли какие-либо микроскопические формы жизни развиться на его поверхности. Примерно 3,8–3,5 миллиарда лет назад Марс и Земля были гораздо более похожи. Данные марсианских миссий предполагают, что красная планета могла быть намного теплее и влажнее, чем мы наблюдаем сегодня. Ученые находят первые свидетельства существования микробной жизни на Земле в этот древний период времени.
Этот меньший, более холодный, более отдаленный родственник Земли, несомненно, имел влажное прошлое, где жидкая вода явно текла по поверхности более миллиарда лет. Косвенные свидетельства указывают на возможность существования жизни на Марсе не только в древнем прошлом, но, возможно, до сих пор живущей и, возможно, иногда активной даже сегодня.
Несмотря на то, что роботизированные космические корабли дали нам прекрасные виды, ни один человек никогда не пытался побывать на Марсе, и ни одна такая миссия не будет предпринята в течение многих лет. Фактически, тот, кто окажется первым человеком на Марсе, может быть вашего возраста, а когда вы станете взрослым, возможно, вы будете наблюдать или даже участвовать в том, как люди совершают первое путешествие на Марс.
Тем временем НАСА сейчас усердно работает над тем, чтобы выяснить, есть ли жизнь на Марсе или нет. Многие страны посылают космические корабли на орбиту или приземляются там с 1960-х годов, и каждая миссия учит нас больше об этой увлекательной планете. Мы узнали, что хотя Марс больше похож на Землю, чем где-либо еще в Солнечной системе, и поэтому является хорошим местом для поиска жизни, он все равно во многом отличается от Земли.
В 2021 году на Марс прибудут три космических корабля: американский космический корабль Mars 2020 с марсоходом Perseverance и марсианский вертолет Ingenuity, китайский Tianwen-1 с марсоходом, посадочным модулем и орбитальным аппаратом; и миссия ОАЭ Emirates Mars с орбитальным аппаратом Hope. Perseverance и Tianwen-1 будут искать микробную жизнь на Марсе. Hope изучит погодные условия на планете.
Компас указывает на северный полюс Земли, потому что вся наша планета действует как гигантский магнит, а Марс действует иначе. Магнитное поле Земли не только поворачивает стрелку компаса, но и отвращает опасные частицы космического излучения. Отсутствие магнитного поля и тонкая атмосфера делают поверхность Марса уязвимой для вредного космического излучения. Хотя несколько измерений показывают, что на Марсе есть вода, ее мало по сравнению с Землей. Кроме того, Марс настолько холодный, что большая часть воды, вероятно, не жидкая, а ледяная. В целом, Марс был бы довольно неудобным местом для жизни!
Было бы интересно узнать, была ли на планете жизнь в прошлом. Таким образом, помимо поиска живых бактерий, НАСА будет искать крошечные окаменелости, которые могут указывать на то, что жизнь зародилась в начале истории Марса, но, в отличие от нашей родной планеты, она не выжила и не превратилась в более крупные формы жизни.
Во многих исследованиях Марса будут задействованы роботы, подобные тем, которые были там раньше, но с каждым полетом они становятся все более продвинутыми. Когда-нибудь такой космический корабль, как «Perseverance», может забрать пробы с Марса и привезти их на Землю, где их можно будет изучать в наших лучших лабораториях. В конце концов, люди могут совершить дерзкое путешествие, но перед тем, как отправиться в такое дорогое, трудное и увлекательное путешествие, необходимо решить многие важные проблемы.
Европа — шестой спутник Юпитера
Европа недавно упоминалась в новостях, когда ученые НАСА обнаружили, что спутник Юпитера может светиться в темноте. В течение последних нескольких лет все считали, что Марс является наиболее вероятным телом в нашей Солнечной системе для поддержания жизни за пределами Земли. Но после многих лет телескопических наблюдений, десятилетий исследований космических аппаратов и нескольких роботизированных полетов, исследующих его поверхность, обещание обнаружить жизнь на Марсе остается неуловимым.
Научное внимание сосредоточено на Европе, четвертой по величине из 79 подтвержденных спутников Юпитера. Возможно, это даже лучший кандидат для поиска жизни, чем Марс. Для того чтобы жизнь присутствовала, необходимо выполнить три основных требования:
- Жидкая вода
- Химические строительные блоки
- Источник энергии
И у Европы, похоже, есть все три.
Жидкая вода Европы
Поверхность Европы покрыта льдом. Этот лед образует «корку» на спутнике Юпитера, которая, как считается, имеет толщину в несколько километров. Считается, что под ледяной корой существует подземный океан жидкой воды глубиной до 100 километров. Исследователи полагают, что океан богат растворенными ионами, в частности магнием, натрием, калием и хлором. Организмы на Земле живут в богатых ионами растворах, поэтому есть хороший шанс, что они живут в них на Европе.
Строительные блоки жизни Европы
Лед и другие материалы на поверхности Европы подвергаются бомбардировке радиацией Юпитера, которая может превратить их в химические строительные блоки жизни. К ним относятся свободный кислород (O 2), перекись водорода (H 2O2), диоксид углерода (CO 2) и диоксид серы (SO 2). Если эти соединения достигают подземных вод океана, они могут действовать как ценные питательные вещества для зарождения и поддержания жизни. Океанская вода может реагировать со скалами и минералами подповерхностного дна океана, высвобождая другие питательные вещества для поддержания жизни.
Источник энергии Европы
Положение Европы в космосе находится в мощном гравитационном поле Юпитера. Это сильное гравитационное «притяжение» удерживает спутник на орбите, при этом одно полушарие постоянно обращено к Юпитеру. Эллиптическая орбита переносит Европу все ближе и дальше от планеты. Это попеременное увеличение и уменьшение гравитационной силы на Европе приводит к тому, что спутник удлиняется и сжимается с каждым путешествием вокруг планеты. Это внутреннее движение в сочетании с гравитационными силами, создаваемыми соседними спутниками Юпитера, вызывает внутреннее трение и тепло внутри Европы, что в дальнейшем может оказаться благом для существования жизни.
Жизнь на Европе, возможно, будет легче обнаружить. Присутствие соединений магния на поверхности Европы говорит о том, что вода из подповерхностного океана достигает поверхности через источники или жерла. Если это произойдет, эти извержения доставят ионы и микробы из океана внизу. Итак, если в подземном океане Европы есть жизнь, она может быть разбросана по поверхности планеты, где ее могут найти посадочные аппараты или вездеходы. Миссия на поверхность Европы может легко найти доказательства жизни или даже некоторых микробов, взяв образцы материалов с поверхности. Это делает Европу интересной целью в поисках внеземной жизни.
Энцелад: ледяная красота
Согласно новому исследованию Юго-Западного исследовательского института (SwRI), внутреннее пространство спутника Сатурна Энцелада является геохимически сложным, что делает его подземный океан вполне пригодным для жизни.
Гейзеры Энцелада, представляющие собой огромные струи водяного пара, прорывающиеся через трещины на его южном полюсе, содержат водяной пар, лед, соли, метан, а также простые и сложные органические молекулы, которые обычно встречаются в живых системах. Ученые считают, что под ледяной корой Энцелада находится океан. Новое исследование показало, что внутренняя часть Энцелада более сложна с геохимической точки зрения, чем предполагалось ранее, что увеличивает перспективы для жизни.
В исследователи из SwRI разработали новую геохимическую модель спутника Сатурна. Он основан на анализе материала в шлейфах водяного пара Энцелада. Анализ предполагает, что углекислый газ контролируется химическими реакциями на морском дне внутреннего океана Энцелада. Находки открыли новые интригующие возможности для жизни в водной бездне Энцелада. Энцелад извергает в космос шлейф, содержащий газы и замороженные морские брызги. Понимая состав шлейфа, мы можем узнать о том, на что похож океан, как он стал таким и предоставляет ли он среду, в которой, как мы знаем, могла бы выжить жизнь.
Титан: Метановый мир
Самый большой спутник Сатурна Титан — необычный и исключительный мир. Среди более чем 150 известных спутников нашей Солнечной системы Титан — единственный известный, имеющий значительную атмосферу. Из всех мест Солнечной системы Титан — единственное место, кроме Земли, на поверхности которого есть жидкости в виде рек, озер и морей.
Титан больше Меркурия, и это самая большой спутник в нашей солнечной системе после Ганимеда Юпитера. Атмосфера Титана в основном состоит из азота, как и у Земли, но с поверхностным давлением на 50 процентов выше, чем у Земли. На Титане есть облака, дождь, реки, озера и моря жидких углеводородов, таких как метан и этан, самые большие из которых имеют глубину в сотни метров и ширину в сотни километров.
Под толстой корой водяного льда Титана, вероятно, существует океан, состоящий в основном из воды, а не метана. Поверхностные воды Титана могут быть местом, где можно укрыться от жизни. Напротив, его поверхностные озера и моря жидких углеводородов предположительно могут содержать жизнь, которая использует другой химический состав, чем мы привыкли. А в другом сценарии Титан также может стать безжизненным миром, который разрушит все наши ожидания.
Венера: неожиданный кандидат
Пока все эти исследования продолжались, Венера: Самая горячая планета в нашей Солнечной системе, внезапно вступила в гонку за поддержку жизни. Венера горячая и ядовитая, и долгое время считалась слишком негостеприимной, чтобы выжить в ней.
Но теперь, копаясь в архивных данных НАСА, ученые обнаружили намек на фосфин, обнаруженный Pioneer 13 — зондом, который достиг Венеры в декабре 1978 года. В конце концов, 14 сентября 2020 года группа ученых объявила, что ее члены обнаружили фосфиновый газ в едкой, горячей атмосфере Венеры. Фосфин — токсичный газ, состоящий из одного фосфора и трех атомов водорода (PH₃).
На таких гигантах, как Юпитер и Сатурн, огромная температура и давление могут скрепить атомы фосфора и водорода вместе, чтобы сформировать молекулу. Но на меньших каменистых планетах, таких как Земля и Венера, недостаточно энергии для производства большого количества фосфина таким же образом. И единственный возможный способ его производства — с помощью анаэробной жизни или микробных организмов, которые не нуждаются в кислороде и не используют его.
Здесь, на Земле, фосфин содержится в нашем кишечнике, в экскрементах барсуков и пингвинов, а также в некоторых глубоководных червях. Фосфин чрезвычайно токсичен. Террористы используют его как химический агент в войне.
Но кто делает это в облаках Венеры? Насколько известны химические и термодинамические условия на Венере, похоже, не существует какого-либо искусственного процесса, который мог бы производить фосфин в наблюдаемых количествах. Таким образом, у ученых нет другого выбора, чтобы думать о чем-либо, что могло его произвести, кроме микробов в верхней части толстой атмосферы планеты. Вот так фосфин указывает на признаки жизни на Венере.