Есть ли жизнь на других планетах?

Под облаками находится слой глубиной 7—25 тыс. км, в котором водород  постепенно изменяет своё состояние  от газа к жидкости с увеличением  давления и температуры (до 6000 °C). Чёткой границы, отделяющей газообразный водород  от жидкого, по-видимому, не существует. Это может выглядеть примерно как непрерывное кипение глобального водородного океана.

Атмосфера Сатурна

Верхние слои атмосферы Сатурна  состоят на 96,3 % из водорода (по объёму) и на 3,25 % — из гелия (по сравнению  с 10 % в атмосфере Юпитера). Имеются  примеси метана, аммиака, фосфина, этана и некоторых других газов. Аммиачные облака в верхней части атмосферы мощнее юпитерианских. Облака нижней части атмосферы состоят из гидросульфида аммония (NH4SH) или воды.

По данным «Вояджеров», на Сатурне дуют сильные ветры, аппараты зарегистрировали скорости воздушных  потоков 500 м/с. Ветры дуют в основном в восточном направлении (по направлению  осевого вращения). Их сила ослабевает при удалении от экватора; при удалении от экватора появляются также и западные атмосферные течения. Ряд данных указывают, что циркуляция атмосферы  происходит не только в слое верхних  облаков, но и на глубине, по крайней  мере, до 2 тыс. км. Кроме того, измерения  «Вояджера-2» показали, что ветры  в южном и северном полушариях симметричны относительно экватора. Есть предположение, что симметричные потоки как-то связаны под слоем видимой атмосферы.

  Британские астрономы  обнаружили в атмосфере Сатурна  новый тип полярного сияния, которое  образует кольцо вокруг одного  из полюсов планеты

В атмосфере Сатурна иногда появляются устойчивые образования, представляющие собой сверхмощные ураганы. Аналогичные  объекты наблюдаются и на других газовых планетах Солнечной системы. Гигантский «Большой белый овал»  появляется на Сатурне примерно один раз в 30 лет, в последний раз  он наблюдался в 1990 году (менее крупные  ураганы образуются чаще).

12 ноября 2008 года камеры  станции «Кассини» получили изображения северного полюса Сатурна в инфракрасном диапазоне. На них исследователи обнаружили полярные сияния, подобные которым не наблюдались ещё ни разу в Солнечной системе. Также данные сияния наблюдались в ультрафиолетовом и видимом диапазонах. Полярные сияния представляют собой яркие непрерывные кольца овальной формы, окружающие полюс планеты. Кольца располагаются на широте, как правило, в 70—80°. Южные кольца располагаются на широте в среднем 75 ± 1°, а северные — ближе к полюсу примерно на 1,5°, что связано с тем, что в северном полушарии магнитное поле несколько сильнее. Иногда кольца становятся спиральной формы вместо овальной.

В отличие от Юпитера полярные сияния Сатурна не связаны с неравномерностью вращения плазменного слоя во внешних  частях магнитосферы планеты. Предположительно, они возникают из-за магнитного пересоединения под действием солнечного ветра. Форма и вид полярных сияний Сатурна сильно меняются с течением времени. Их расположение и яркость сильно связаны с давлением солнечного ветра: чем оно больше, тем сияния ярче и ближе к полюсу. Среднее значение мощности полярного сияния составляет 50 ГВт в диапазоне 80—170 нм (ультрафиолет) и 150—300 ГВт в диапазоне 3—4 мкм (инфракрасный).

Во время бурь и штормов  на Сатурне наблюдаются мощные разряды молнии. Электромагнитная активность Сатурна, вызванная ими, колеблется с годами от почти полного отсутствия до очень сильных электрических бурь.

28 декабря 2010 года «Кассини» сфотографировал шторм, напоминающий сигаретный дым. Ещё один, особенно мощный шторм, был зафиксирован 20 мая 2011 года.

Атмосфера Урана

Хотя Уран и не имеет  твёрдой поверхности в привычном  понимании этого слова, наиболее удалённую часть газообразной оболочки принято называть его атмосферой. Полагают, что атмосфера Урана  начинается на расстоянии в 300 км от внешнего слоя при давлении в 100 бар и температуре  в 320 K. «Атмосферная корона» простирается на расстояние, в 2 раза превышающее  радиус от «поверхности» с давлением  в 1 бар. Атмосферу условно можно  разделить на 3 части: тропосфера (-300 км — 50 км; давление составляет 100 — 0,1 бар), стратосфера (50 — 4000 км; давление составляет 0,1 — 10−10 бар) и термосфера/атмосферная  корона (4000 — 50000 км от поверхности). Мезосфера  у Урана отсутствует.

Состав атмосферы Урана  заметно отличается от состава остальных  частей планеты благодаря высокому содержанию гелия и молекулярного  водорода. Мольная доля гелия (то есть отношение количества атомов гелия  к количеству всех атомов и молекул) в верхней тропосфере равна 0,15 ± 0,03 и соответствует массовой доле 0,26 ± 0,05. Это значение очень близко к протозвёздной массовой доле гелия (0,275 ± 0,01). Гелий не локализован в  центре планеты, что характерно для  других газовых гигантов. Третья составляющая атмосферы Урана — метан (CH4). Метан  обладает хорошо видимыми полосами поглощения в видимом и ближнем инфракрасном спектре. Он составляет 2,3 % по числу  молекул (на уровне давления в 1,3 бара). Это соотношение значительно  снижается с высотой из-за того, что чрезвычайно низкая температура заставляет метан «вымерзать». Присутствие метана, поглощающего свет красной части спектра, придаёт планете её зелёно-голубой цвет. Распространённость менее летучих соединений, таких как аммиак, вода и сероводород, в глубине атмосферы известна плохо. Кроме того, в верхних слоях Урана обнаружены следы этана (C2H6), метилацетилена (CH3C2H) и диацетилена (C2HC2H). Эти углеводороды, как предполагают, являются продуктом фотолиза метана солнечной ультрафиолетовой радиацией. Спектроскопия также обнаружила следы водяного пара, угарного и углекислого газов. Вероятно, они попадают на Уран из внешних источников (например, из пролетающих мимо комет).

Тропосфера — самая  нижняя и самая плотная часть  атмосферы — характеризуется  уменьшением температур с высотой. Тропосфера обладает сложным строением: предположительно, водные облака могут находиться в промежутке давления от 50 до 100 бар, облака гидросульфида аммония — в диапазоне 20-40 бар, облака аммиака и сероводорода — в диапазоне 3-10 бар. Метановые же облака могут быть расположены в промежутке между 1 и 2 барами. Тропосфера — очень динамичная часть атмосферы, и в ней хорошо видны сезонные изменения, облака и сильные ветры.

После тропопаузы начинается стратосфера, где температура не понижается, а, наоборот, увеличивается  с высотой: с 53 К в тропопаузе до 800—850 К в основной части термосферы. Нагревание стратосферы вызвано поглощением солнечной инфракрасной и ультрафиолетовой радиации метаном и другими углеводородами, образующимися благодаря фотолизу метана. Кроме того, стратосфера нагревается также и термосферой. Углеводороды занимают относительно низкий слой от 100 до 280 км в промежутке от 10 до 0,1 миллибар и температурные границы между 75 и 170 К. Наиболее распространённые углеводороды — ацетилен и этан — составляют в этой области 10−7 относительно водорода, концентрация которого здесь близка к концентрации метана и угарного газа. У более тяжёлых углеводородов, углекислого газа и водяного пара это отношение ещё на три порядка ниже. Этан и ацетилен конденсируются в более холодной и низкой части стратосферы и тропопаузе, формируя туманы. Однако концентрация углеводородов выше этих туманов значительно меньше, чем на других планетах-гигантах.

Наиболее удалённые от поверхности части атмосферы  — термосфера и корона — имеют  температуру в 800—850 К, но причины такой температуры ещё непонятны. Кроме молекулярного водорода, термосфера содержит большое количество свободных водородных атомов. Их маленькая масса и большая температура могут помочь объяснить, почему термосфера простирается на 50 000 км (на два планетарных радиуса). Эта протяжённая корона — уникальная особенность Урана. Именно она является причиной низкого содержания пыли в его кольцах. Термосфера Урана и верхний слой стратосферы образуют ионосферу, которая находится на высотах от 2000 до 10000 км. Ионосфера Урана более плотная, чем у Сатурна и Нептуна, возможно, по причине низкой концентрации углеводородов в верхней стратосфере. Ионосфера поддерживается главным образом солнечной ультрафиолетовой радиацией и её плотность зависит от солнечной активности. Полярные сияния здесь не настолько часты и существенны, как на Юпитере и Сатурне.

Атмосфера Нептуна

В верхних слоях атмосферы  обнаружен водород и гелий, которые  составляют соответственно 80 и 19 % на данной высоте. Также наблюдаются следы  метана. Заметные полосы поглощения метана встречаются на длинах волн выше 600 нм в красной и инфракрасной части  спектра. Как и в случае с Ураном, поглощение красного света метаном  является важнейшим фактором, придающим  атмосфере Нептуна синий оттенок, хотя яркая лазурь Нептуна отличается от более умеренного аквамаринового цвета Урана. Так как содержание метана в атмосфере Нептуна не сильно отличается от такового в атмосфере  Урана, предполагается, что существует также некий, пока неизвестный, компонент  атмосферы, способствующий образованию  синего цвета. Атмосфера Нептуна подразделяется на 2 основные области: более низкая тропосфера, где температура снижается вместе с высотой, и стратосфера, где температура с высотой, наоборот, увеличивается. Граница между ними, тропопауза, находится на уровне давления в 0,1 баров. Стратосфера сменяется термосферой на уровне давления ниже, чем 10−4 — 10−5 микробаров. Термосфера постепенно переходит в экзосферу. Модели тропосферы Нептуна позволяют полагать, что в зависимости от высоты, она состоит из облаков переменных составов. Облака верхнего уровня находятся в зоне давления ниже одного бара, где температура способствует конденсации метана.

 При давлении между  одним и пятью барами, формируются  облака аммиака и сероводорода. При давлении более 5 баров  облака могут состоять из аммиака,  сульфида аммония, сероводорода  и воды. Глубже, при давлении в  приблизительно 50 бар, могут существовать  облака из водяного льда, при  температуре, равной 0 °C. Также, не  исключено, что в данной зоне  могут быть найдены облака  из аммиака и сероводорода. Высотные  облака Нептуна наблюдались по  отбрасываемым ими теням на  непрозрачный облачный слой ниже  уровнем. Среди них выделяются  облачные полосы, которые «обёртываются»  вокруг планеты на постоянной  широте. У данных периферических  групп ширина достигает 50—150 км, а сами они находятся на 50—110 км выше основного облачного  слоя. Изучение спектра Нептуна  позволяет предполагать, что его  более низкая стратосфера затуманена  из-за конденсации продуктов ультрафиолетового  фотолиза метана, таких как этан  и ацетилен. В стратосфере также  обнаружены следы циановодорода и угарного газа. Стратосфера Нептуна более тёплая, чем стратосфера Урана из-за более высокой концентрации углеводородов. По невыясненным причинам, термосфера планеты имеет аномально высокую температуру около 750 К. Для столь высокой температуры планета слишком далека от Солнца, чтобы оно могло так разогреть термосферу ультрафиолетовой радиацией. Возможно, данное явление является следствием атмосферного взаимодействия с ионами в магнитном поле планеты. Согласно другой теории, основой механизма разогревания являются волны гравитации из внутренних областей планеты, которые рассеиваются в атмосфере. Термосфера содержит следы угарного газа и воды, которая попала туда, возможно, из внешних источников, таких как метеориты и пыль.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Условия, необходимые для развития жизни на планете

 

 Для эволюции живых организмов от простейших форм (вирусы, бактерии) к разумным существам необходимы огромные интервалы времени так как “движущей силой” такого отбора являются мутации и естественный отбор - процессы, носящие случайный характер. Именно через большое количество случайных процессов реализуется закономерное развитие от низших форм жизни к высшим. Для развития жизни на планете необходимо, чтобы выполнялся рад условий общего характера. И совершенно очевидно, что далеко не на каждой планете может возникнуть жизнь.

Мы можем себе представить  вокруг каждой звезды, имеющей планетную  систему, зону, где температурные  условия не исключают возможности  развития жизни. Вряд ли она возможна на планетах вроде Меркурия, температура  освещённой Солнцем части которого выше температуры плавления свинца, или вроде Нептуна, температура  поверхности которого -200°C. Нельзя, однако,  недооценивать огромную приспособляемость живых организмов к неблагоприятным условиям внешней  среды.  Следует еще заметить, что для жизнедеятельности живых  организмов значительно “опаснее”  очень высокие температуры, чем  низкие, так как простейшие виды вирусов и бактерий могут, как  известно, находится в состоянии  анабиоза при температуре, близкой  к абсолютному нулю.

Кроме того, необходимо, чтобы  излучение звезды на протяжении многих сот миллионов и даже миллиардов лет оставалось приблизительно постоянным.  Например, обширный класс переменных звёзд, светимости которых сильно меняются со временем (часто периодически), должен быть исключён из рассмотрения. Однако большинство звёзд излучает с  удивительным постоянством. Например, согласно геологическим данным, светимость нашего Солнца за последние несколько  миллиардов лет оставалась постоянной с точностью до нескольких десятков процентов.

Чтобы на планете могла  появится жизнь, её масса не должна быть слишком маленькой. С другой стороны слишком большая масса тоже является неблагоприятным фактором, на таких планетах невелика вероятность образования твёрдой поверхности невелика, они обычно представляют из себя газовые шары с быстро растущей к центру плотностью (например: Юпитер и Сатурн). Так или иначе, массы планет, пригодных для развития жизни, должны быть ограничены как сверху, так и снизу. По-видимому, нижняя граница возможностей массы такой планеты близка к нескольким сотым массы Земли, а верхняя в десятки раз превосходит земную. Очень большое значение имеет химический состав поверхности и атмосферы.  Как видно, пределы параметров планет, пригодных для жизни, достаточно широки.

Для изучения жизни нужно прежде всего определить понятие “живое вещество”. Этот вопрос является далеко не простым. Многие ученые, например, определяют живое вещество как сложные белковые тела, обладающие упорядоченным обменом веществ. Такой точки зрения придерживался, в частности, академик А.И.Опарин, много занимавшийся проблемой происхождения жизни на Земле. Конечно, обмен веществ есть существеннейший атрибут жизни, однако вопрос о том, можно ли сводить сущность жизни, прежде всего к обмену веществ, является спорным. Ведь и в мире неживого, например, у некоторых растворов, наблюдается обмен веществ в его простейших формах. Вопрос об определении понятия “жизнь” стоит очень остро, когда мы обсуждаем возможности жизни на других планетных системах.

В настоящее время жизнь  определяется не через внутреннее строение и вещества, которые её присущи, а  через её функции:  “управляющая система”, включающая в себя механизм передачи наследственной информации, обеспечивающей сохранность последующим  поколениям. Тем самым благодаря  неизбежным помехам при передаче такой информации наш молекулярный комплекс (организм) способен к мутациям, а следовательно к эволюции.

По современным данным планеты образуются из первичного газово-пылевого облака, химический состав которого аналогичен химическому составу Солнца и  звёзд, первоначальная их атмосфера  состояла в основном из простейших соединений водорода - наиболее распространённого  элемента в космосе. Больше всего было молекул водорода, аммиака, воды и метана. Кроме того первичная атмосфера должна была быть богата инертными газами - прежде всего гелием и неоном. В настоящее время благородных газов на Земле мало так как они в своё время диссипировали (улетучились) в межпланетное пространство, как и многие водородсодержащие соединения.