Клетка 26. Космос и жизнь

Однажды известного физика спросили: что по-вашему мнению является самым удивительным фактом в мироздании? Его ответ. То, что сияющие и сгорающие, взрывающиеся звезды, туманности, планеты и всё, всё остальное, не исключая и нас самих, создано из одного и того же материала, по одним и тем же фундаментальным законам. Я бы добавил к этому, что мы, являясь формой живой материи, думаем о ней, о том, как в ней все устроено и о многом чем-то еще. Не исключая при этом устройства и самого Homo sapiens (человека разумного). Не исключено, что где-то из таких же материалов возникла иная подобная нашей или непохожая на нашу форма жизни.

Космос
Вся Вселенная (космос) расчленяется на крупнейшие звёздные скопления  шаровые, рассеянные, сверхмассивные  и другие типы, а также на галактики спиральные, эллиптические и галактики без четкой формы, одна из которых Млечный Путь – спиральная с множеством рукавов в пределах «плоского» диска, содержит от 100 до 400 миллиардов звезд. В одном из ее рукавов, удаленном от центральной перемычки (ближе к краю диска), располагается наша планетная система с Солнцем в центре, поясом Койпера (30-55 а.е.), рассеянным диском (100 а.е.) и облаком Оорта (50 000 а.е.) на периферии. Наша Солнечная система подозрительно богата металлами — значительно богаче среднестатистических систем Млечного Пути того же возраста. Мы живём в геохимически аномальном районе. И никто толком не объяснил почему. То, что «сейчас» происходит вокруг нас в радиусе нескольких миллиардов световых лет — нам принципиально недоступно. А видим мы только давнее прошлое.
С научной точки зрения, мы буквально состоим из «звездной пыли». Тяжелые элементы, необходимые для жизни (углерод, азот, кислород) исходно образовались внутри звезд и разлетелись по Вселенной после их гибели (взрывов сверхновых).
Какое будущее нас ждет на Земле? Примерно через 5 миллиардов лет наше Солнце, которое сейчас – звезда – желтый карлик, начнет раздуваться в красного гиганта, поглотит Меркурий, с большой вероятностью – Венеру, а возможно и Землю. Стадия красного гиганта для звезд заканчивается тогда, когда они сбрасывают свои внешние слои и сокращаются до белого карлика размером с Землю.

Экзопланеты. Экзопланета — это планета, находящаяся за пределами Солнечной системы. Большинство экзопланет вращаются вокруг звёзд, но встречаются и свободно плавающие по космосу — планеты-изгои, которые не привязаны ни к одной звезде. нашей и других галактик Такие планеты удалены от нас на световые годы, их прямое изучение невозможно. Первые планеты за пределами Солнечной системы — Полтергейст и Фобетор — были обнаружены только в 1992 году. Сейчас из базы 6000 известных космических объектов бразильский ученый Фабиу Калабрия Эванжелиста да Силва обнаружил восемь потенциально пригодных для жизни экзопланет, где может существовать жидкая вода.

Для исследования возможны будущие беспилотные миссии, так в пределах Солнечной системы объявлены:
– миссия «Европа Клиппер» (Europa Clipper). Прибытие станции к Европе, спутнику Юпитера, ожидается в 2030 году. Удаленность небесного тела от звезды не всегда лишает его энергии, требуемой для зарождения и существования жизни. В частности, спутник Юпитера Европа, как полагают, имеет мощный водный достаточно разогретый подземный океан, глубины которого весьма напоминают глубины земных океанов. Разные величины вулканической активности, приливных эффектов, массы планеты и даже радиоактивного распада могут повлиять на уровни тепла (нагрева) космического тела.
– миссия «Стрекоза» запланирована на 2028 год и направится к Титану, одному из спутников Сатурна. Робот должен прибыть к Титану в 2034 году и будет искать химические индикаторы жизни. На спутнике Сатурна Титане жизнь может иметь не кислородно-водородную (водную), а скорее метановую основу. По мнению астронома Карла Сагана, неводная жизнь также возможна и на газовых гигантах наподобие Юпитера.

Жизнь и космос. Возникновение жизни или абиогенез — процесс превращения неживой природы в живую.
Жизнь — активная форма существования материи, характеризующаяся совокупностью биологических процессов, таких как рост и способность к эволюции, обмен веществ, самовоспроизведение и др. Нам известны белковые формы клеточных живых организмов на основе углерода. Возможная замена углерода на близкий к нему по свойствам кремний – кремневая форма жизни с клеточной структурой организмов. Жизнь во Вселенной трактуется максимально широко, без требования сходства с земной.

Живые системы — открытые системы, обменивающиеся энергией, веществом и информацией с окружающей средой, и обладают высокой пространственно-временной упорядоченностью. Поддержание порядка возможно за счёт роста энтропии в среде (негэнтропия), что согласуется со вторым законом термодинамики.

Разнообразные живые системы объединяют единство химической организации, сложность и иерархическая организация, наличие генетического кода, наследственность и изменчивость, развитие и взаимодействие с окружающей средой. Эти общие свойства сформировались в результате эволюции.
«О́браз жи́зни (лат. modus vivendi) — типичные для конкретно-исторических социально-экономических отношений способ и формы индивидуальной и коллективной жизнедеятельности человека, характеризующие особенности его поведения, общения, склада мышления.
Образ жизни — это устоявшаяся форма бытия человека в мире, находящая своё выражение в его деятельности, интересах, убеждениях» (с). Образ жизни, это, например — многоженство

Галактическая обитаемая зона (англ. GHZ, galactic habitable zone). представляет собой, по имеющимся на данный момент представлениям, кольцеобразный регион, расположенный в плоскости галактического диска. По оценкам, в Млечном Пути обитаемая зона расположена в регионе от 7 до 9 килопарсеков (кпк) от центра галактики, расширяющемся со временем и содержащем звёзды возрастом от 4 до 8 миллиардов лет. Из этих звёзд 75 % старше Солнца.

Зона и индекс обитаемости звезды. Эта зона описывается границами, разделяющими области, в которых жизнь, возможно, обитает, и где существование жизни невозможно. Индекс обитаемости планеты (англ. Planetary Habitability Index, PHI) — индекс вероятности существования жизни на каком-либо небесном теле

Экзопланеты соответствуют Земле по плотности, размеру и расположению относительно своих звезд.
Расстояние от звезды, где это явление возможно, вычисляется по размеру и светимости звезды. Центр обитаемой зоны для конкретной звезды описывается уравнением:
d_AU =  √ 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.

Фрэнк Дрейк в 1960 году вывел специальное уравнение, которое позволяет оценить количество внеземных цивилизаций, готовых по уровню развития вступить с нами в контакт прямо сейчас:

Для обоснования работоспособности формулы переменным в тесте присваивали значения (см. таблицу):

Наличие достаточного состава и количества химических элементов для зарождения жизни. Наличие воды в жидкой фазе. Исследуются атмосферы экзопланет дистанционно с помощью телескопов путем регистрации спектра излучения звезды при прохождении света сквозь атмосферу. Отыскиваются биосигнатуры — химические следы, которые на нашей планете обычно оставляют живые существа (метан, углекислый газ,) диметилсульфид — вещество, которое на Земле вырабатывается исключительно планктоном.

Индекс подобия Земле (Earth Similarity Index, ESI) — количественная характеристика от 0 до 1 пригодности планеты или спутника для жизни, Составлен список экзопланет с указанием значений индекса ESI. Наши примеры из этого списка. Вычисления осуществлялись по формуле

xi и xiꚛ – i-я переменная планеты и Земли, которые необходимо сравнивать;
wi – вес, связанный с переменной i;
n – количество переменных, используемых для получения индекса.

Ингредиенты жизни. Органические молекулы – строительные блоки жизни (аминокислоты, азотистые основания). На астероиде Бенну в образцах пород обнаружены десятки органических молекул, в том числе три компонента нуклеиновых кислот: фосфаты, сахар рибоза (входящий в структуру РНК, рибонуклеиновой кислоты) и пять азотистых оснований, образующих нуклеотиды всех живых существ: аденин, гуанин, цитозин, тимин и урацил. Также нашли не менее 14 из 20 аминокислот, используемых в производстве белков наземными организмами, включая триптофан, который никогда прежде не наблюдался во внеземных образцах. Но это не считается признаком внеземной жизни. Ситуация изменится, если обнаружится соединение нуклеотидного типа или цепочка РНК.
Обнаруженная в 2022 году планета GJ 1002b признана наиболее близким аналогом Земли из упомянутых восьми планет: сходство составляет 98%. Она удалена от нас на 16 световых лет и вращается вокруг красного карлика, совершая полный оборот по своей орбите всего за 10 земных суток.

Местоположение Солнечной системы. Это почти край диска галактики «задворки». Поблизости нет ни квазаров, ни пульсаров, которые могли бы помешать возникновению не только жизни на Земле, но и самой Солнечной системы. Другие звезды поблизости также не рождаются. Центр Млечного Пути – колоссальная черная дыра с жестким рентгеновским излучением, убивающим все живое.

Местоположение. Земля размещена в области далекой от центра галактики, достаточно безопасной для длительного ее существования. Да и сама галактика очень сравнительно с другими спокойная. За последние 5 миллиардов лет в ее пределах не отмечено ни одного серьезного катаклизма, что позволило неспешно сформироваться нашей Солнечной системе, а затем зародиться жизни.

Сбалансированность Солнечной системы. Распределение планет в системе такое, что более близкие к звезде четыре планеты Меркурий, Венера, Земля, Марс имеют твердый (каменный) состав и четыре планеты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун – газовые гиганты с огромной массой и размерами. Опасность для внутренних планет представляют прежде всего столкновения с крупными астероидами, из облака Оорта и глубокого космоса. Встреча Земли с астероидом диаметром 50 км или боле приведет к гибели всех сложных живых организмов на Земле. Но газовые планеты – гиганты играют роль щита для внутренних планет, они своей гравитацией меняют траекторию таких астероидов, не пропускают их во внутреннюю область Солнечной системы. (из черновика достать пример).

Стабильность звезды. Наше Солнце – не подвержено частым вспышкам, смертельных вспышек вообще не происходит. Яркость меняется медленно и плавно с четко определенным циклом. Вообще около 75% всех звезд – красные карлики с крайне нестабильным поведением, что проявляется во внезапных мощных вспышках во всем диапазоне электромагнитного излучения. Следствием такого поведения звезды является стерильность планет, вращающихся вокруг таких звезд. Их излучение уничтожает даже самые стойкие бактерии.
Стабильность условий планеты. Земля в Солнечной системе имеет самое благоприятное место – центр зоны обитания. На одной границе размещен Марс ледяной, пустынный и безводный, с очень слабой атмосферой и отсутствием магнитного поля. На другой границе зоны – планета Венера, с чудовищным давлением атмосферы, облаками, насыщенными серной кислотой, температурой поверхности около 500֯ С, при которой свинец, как ртуть на Земле, находится постоянно в жидкой фазе.
Климатические условия периодически меняются, но плавно и в небольшом диапазоне, не влияя отрицательно на жизненные процессы в природе. Температура такова, что вода в основном жидкая. Изменение температуры даже на 20֯ С в ту или в другую сторону привело бы к невозможности зарождения жизни. Воды в жидкой фазе достаточно, чтобы поддерживать гидродинамическое и углеродное равновесие на протяжении очень большого времени (миллиарды лет). Магнитное поле надежно защищает жизнь от опасных и вредных излучений из космоса. Все перечисленные условия способствуют поддержанию комфортного существования белковых организмов.

Спутники планет. Луна – это идеальный спутник Земли, он находится ровно там, где нужно. Луна стабилизирует вращение Земли на ее орбите, формируя времена года и их последовательную смену, пригодными для жизни. Суточные и месячные биоритмы жизненных процессов на Земле возникают не без участия ее спутника.
Под поверхностью Луны обнаружили странную прямоугольную структуру.
Миссия NASA «Грейл» выявила новую загадочную особенность лунной поверхности. Оказалось, что разломы на огромной площади Океана Бурь формируют прямоугольные структуры.

Океан Бурь — один из крупнейших кратеров на Луне, его диаметр составляет около 3200 километров. Ранее считалось, что эта область возникла вследствие удара астероида, однако современные данные указывают на иную природу происхождения этой структуры. Исследования показывают, что Океан Бурь сформировался в процессе охлаждения лавового потока на молодой Луне. Этот вывод подтверждает предположение о высокой геологической активности нашего спутника в далеком прошлом.

Используя данные, собранные миссией «Грейл», учёным удалось создать невероятно точные карты гравитации на поверхности Луны. Именно эти карты позволили выявить почти идеальные прямоугольные образования, ставшие новым поводом для размышлений о природе и происхождении Луны.

«Миссия Грейл позволила нам увидеть такие особенности Луны, о существовании которых раньше никто даже не подозревал», — отметил планетолог Джеффри Эндрюс-Ханна из Колорадской горной школы и ведущий исследователь проекта. — «Можно только гадать, какие ещё тайны скрываются под поверхностью других планет Солнечной системы».

Эта новая информация кардинально меняет наши представления о процессах, протекавших на Луне миллионы лет назад. Более того, она добавляет пищи для размышлений сторонникам теории о том, что Луна является искусственным объектом. Некоторые исследователи уверены, что верхний слой Луны, состоящий из пыли и камней, скрывает твердую оболочку толщиной примерно 32 км, включающую материалы: титан, уран-236, нептуний-237 и другие необычные элементы, которые сложно объяснить естественным происхождением.

Это открытие подчеркивает, насколько многогранна и таинственна наша ближайшая небесная соседка, что даёт повод для новых исследований и гипотез.