Аналог Земли, также называемый аналогом Земли , близнецом Земли или второй Землей, представляет собой планету или луну с условиями окружающей среды, аналогичными тем, которые существуют на Земле . Также используется термин « планета земного типа» , но этот термин может относиться к любой планете земной группы .
Эта возможность представляет особый интерес для астробиологов и астрономов , поскольку чем больше планета похожа на Землю, тем больше вероятность того, что она способна поддерживать сложную внеземную жизнь . Как таковая, эта тема уже давно обсуждается и выражается в науке , философии , научной фантастике и массовой культуре . Сторонники космической колонизации , космоса и выживания уже давно ищут аналог Земли для поселения. В далеком будущем люди смогут искусственно создать аналог Земли путем терраформирования .
До научного поиска и изучения внесолнечных планет возможность этого обсуждалась с помощью философии и научной фантастики. Философы предположили, что размер Вселенной таков, что где-то должна существовать почти идентичная планета. Принцип посредственности предполагает , что такие планеты, как Земля, должны быть распространены во Вселенной , тогда как гипотеза редкой Земли предполагает, что они крайне редки. Тысячи экзопланетных звездных систем, обнаруженных к настоящему времени, глубоко отличаются от Солнечной системы , что подтверждает гипотезу редкой Земли.
4 ноября 2013 года астрономы сообщили, основываясь на данных космической миссии «Кеплер» , что может существовать до 40 миллиардов планет земного размера , вращающихся по орбитам в обитаемых зонах солнцеподобных звезд и красных карликов в галактике Млечный Путь . [1] [2] По статистике , ближайшая такая планета может находиться в пределах 12 световых лет от Земли . [1] [2] В сентябре 2020 года астрономы определили 24 претендента на сверхобитаемость (планеты лучше Земли) из числа более чем 4000 подтвержденных экзопланет на основе астрофизических параметров , а также естественной истории известных форм жизни на Земле. [3]
11 января 2023 года ученые НАСА сообщили об обнаружении LHS 475 b , экзопланеты, похожей на Землю, и первой экзопланеты, открытой космическим телескопом Джеймса Уэбба . [4]
Научные открытия, начиная с 1990-х годов, сильно повлияли на сферу применения астробиологии , моделей обитаемости планет и поиска внеземного разума (SETI).
Между 1858 и 1920 годами многие, в том числе некоторые ученые, считали Марс очень похожим на Землю, только более сухим, с плотной атмосферой, аналогичным наклоном оси, орбитой и временами года, а также марсианской цивилизацией, построившей огромные марсианские каналы . Эти теории были выдвинуты Джованни Скиапарелли , Персивалем Лоуэллом и другими. Таким образом, Марс в художественной литературе изображал красную планету похожей на пустыни Земли. Однако изображения и данные космических зондов «Маринер » (1965 г.) и «Викинг » (1975–1980 гг.) показали, что планета представляет собой бесплодный мир, покрытый кратерами. [5] [6] [7] [8] [9] [10] Однако, несмотря на продолжающиеся открытия, остались и другие сравнения с Землей. Например, гипотеза Марсова океана возникла во время миссий викингов и была популяризирована в 1980-х годах. [11] Учитывая возможность существования воды в прошлом, существовала вероятность того, что жизнь могла зародиться на Марсе, и он снова стал восприниматься как более похожий на Землю.
Точно так же до 1960-х годов многие, в том числе некоторые учёные, считали Венеру более тёплой версией Земли с плотной атмосферой, либо горячей и пыльной, либо влажной с водными облаками и океанами. [12] Венеру в художественной литературе часто изображали похожей на Землю, и многие размышляли о венерианской цивилизации. Эти убеждения были развеяны в 1960-х годах, когда первые космические зонды собрали более точные научные данные о планете и обнаружили, что Венера — это очень горячий мир с температурой поверхности около 462 °C (864 °F) [13] в кислой атмосфере с поверхностное давление 9,2 МПа (1330 фунтов на квадратный дюйм). [13]
С 2004 года Кассини-Гюйгенс начал обнаруживать, что спутник Сатурна Титан является одним из наиболее похожих на Землю миров за пределами обитаемой зоны. Несмотря на совершенно другой химический состав, такие открытия, как подтверждение существования Титанских озер , рек и речных процессов в 2007 году, выдвинули его по сравнению с Землей. [14] [15] Дальнейшие наблюдения, включая погодные явления, помогли понять геологические процессы, которые могут происходить на планетах, подобных Земле. [16]
Космический телескоп «Кеплер» начал наблюдать прохождения потенциальных планет земной группы в обитаемой зоне с 2011 года . планеты-кандидаты на самом деле таковы. [19] В 2013 году было подтверждено, что несколько кандидатов на Кеплер с радиусом менее 1,5 Земли вращаются в обитаемой зоне звезд. Лишь в 2015 году было объявлено о первом кандидате околоземного размера, вращающемся вокруг солнечного кандидата, Kepler-452b . [20] [21]
11 января 2023 года ученые НАСА сообщили об обнаружении LHS 475 b , экзопланеты, похожей на Землю, и первой экзопланеты, открытой космическим телескопом Джеймса Уэбба . [4]
Вероятность обнаружения аналога Земли зависит главным образом от атрибутов, которые, как ожидается, будут схожими, а они сильно различаются. Обычно считается, что это будет планета земной группы , и было проведено несколько научных исследований, направленных на поиск таких планет. Часто подразумеваются, но не ограничиваются, такими критериями, как размер планеты, поверхностная гравитация, размер и тип звезды (т.е. солнечный аналог ), орбитальное расстояние и стабильность, осевой наклон и вращение, схожая география , океаны , воздух и погодные условия, сильная магнитосфера и даже наличие земной сложной жизни . Если существует сложная жизнь, то большую часть земли могут покрывать леса . Если бы существовала разумная жизнь, некоторые части суши могли бы быть покрыты городами . Некоторые факторы, которые предполагаются в отношении такой планеты, могут быть маловероятными из-за собственной истории Земли. Например, атмосфера Земли не всегда была богата кислородом, и это является биосигнатурой возникновения фотосинтетической жизни . Образование, присутствие, влияние на эти характеристики Луны ( например, приливные силы ) также могут создать проблему поиска земного аналога.
Процесс определения земных аналогов часто включает в себя согласование нескольких регистров количественной оценки неопределенности . Как показала работа антрополога Винсента Яленти по эпистемологии рассуждений по аналогии, [22] некоторые ученые-планетологи «более комфортно совершают прыжок веры, чтобы соединить время и пространство и объединить два несопоставимых объекта», чем другие. [23]
Размер часто считается важным фактором, поскольку считается, что планеты размером с Землю с большей вероятностью имеют земную природу и способны сохранять атмосферу, подобную земной. [26]
В список включены планеты с массой 0,8–1,9 массы Земли, ниже которых обычно классифицируются как субземли , а выше — как суперземли . Кроме того, включены только планеты, которые, как известно, попадают в диапазон 0,5–2,0 радиуса Земли (от половины до двух радиусов Земли).
Согласно критериям размера, ближайшими объектами планетарной массы по известному радиусу или массе являются:
Это сравнение показывает, что размер сам по себе является плохим показателем, особенно с точки зрения обитаемости . Температуру также следует учитывать на Венере и планетах Альфа Центавра B (открыта в 2012 году), Кеплер-20 (открыта в 2011 году [29] [30] ), COROT-7 (открыта в 2009 году) и трех планетах Кеплер-20. 42 (все открыты в 2011 году) очень горячие, а Марс , Ганимед и Титан — холодные миры, что также приводит к большому разнообразию поверхностных и атмосферных условий. Массы спутников Солнечной системы составляют лишь небольшую часть массы Земли, тогда как массы внесолнечных планет очень трудно точно измерить. Однако открытие планет земной группы размером с Землю важно, поскольку они могут указать на возможную частоту и распределение планет земного типа.
Другой часто упоминаемый критерий заключается в том, что аналог Земли должен быть земным, то есть иметь аналогичную геологию поверхности - поверхность планеты , состоящую из аналогичных поверхностных материалов. Ближайшими известными примерами являются Марс и Титан, и хотя между ними есть сходство в типах рельефа и составе поверхности, существуют также существенные различия, такие как температура и количество льда.
Многие материалы и формы рельефа Земли образуются в результате взаимодействия с водой (например, глина и осадочные породы ) или как побочный продукт жизни (например, известняк или уголь), взаимодействия с атмосферой вулканическим или искусственным путем. Таким образом, истинный аналог Земли, возможно, должен был образоваться в результате аналогичных процессов, обладая атмосферой, вулканическими взаимодействиями с поверхностью, прошлой или настоящей жидкой водой и формами жизни .
Есть несколько факторов, которые могут определять планетарные температуры, и, следовательно, несколько показателей, которые можно сравнить с температурой Земли на планетах, где атмосферные условия неизвестны. [ нужна ссылка ] Равновесная температура используется для планет без атмосферы. В атмосфере предполагается парниковый эффект . Наконец, используется температура поверхности. На каждую из этих температур влияет климат, на который влияют орбита и вращение (или приливная блокировка) планеты, каждый из которых вводит дополнительные переменные.
Ниже приведено сравнение подтвержденных планет с наиболее близкими к Земле известными температурами.
Другой критерий идеального аналога Земли, несущего жизнь, заключается в том, что он должен вращаться вокруг аналога Солнца ; то есть звезда, очень похожая на Солнце. Однако этот критерий может быть не совсем верным, поскольку множество различных типов звезд могут обеспечить местную среду, благоприятную для жизни. Например, в Млечном Пути большинство звезд меньше и тусклее Солнца. Одна из таких звезд, TRAPPIST-1 , расположена на расстоянии 12 парсеков (39 световых лет) от нас и примерно в 10 раз меньше и в 2000 раз тусклее Солнца, однако в ее обитаемой зоне находится как минимум шесть планет земного типа . Хотя эти условия могут показаться неблагоприятными для известной жизни, ожидается, что TRAPPIST-1 будет продолжать гореть в течение 12 триллионов лет (по сравнению с оставшимся сроком жизни Солнца в 5 миллиардов лет), что достаточно для возникновения жизни путем абиогенеза . [35] Для сравнения: жизнь на Земле возникла всего за один миллиард лет. [ нужна цитата ]
Концепция обитаемой зоны (или зоны жидкой воды), определяющая область, где вода может существовать на поверхности, основана на свойствах как Земли, так и Солнца. Согласно этой модели, Земля вращается примерно в центре этой зоны или в положении «Златовласки». Земля — единственная планета, на которой в настоящее время подтверждено наличие больших объемов поверхностной воды. Венера находится на горячей стороне зоны, а Марс — на холодной. Ни на одной из них, как известно, нет постоянной поверхностной воды, хотя существуют доказательства того, что Марс имел ее в древнем прошлом, [36] [37] [38] и предполагается, что то же самое было и с Венерой. [12] Таким образом, внесолнечные планеты (или спутники) в положении Златовласки со значительной атмосферой могут иметь океаны и водные облака, подобные земным. В дополнение к поверхностным водам настоящий аналог Земли потребует сочетания океанов или озер и территорий, не покрытых водой, или суши .
Некоторые утверждают, что настоящий аналог Земли должен не только иметь аналогичное положение своей планетной системы, но также вращаться вокруг солнечного аналога и иметь почти круговую орбиту, чтобы он оставался постоянно обитаемым, как Земля. [ нужна цитата ]
Принцип посредственности предполагает, что существует вероятность того, что случайные события могли позволить сформироваться в другом месте планете, похожей на Землю, что привело бы к появлению сложной многоклеточной жизни. Напротив, гипотеза редкой Земли утверждает, что если применить самые строгие критерии, такая планета, если она существует, может оказаться настолько далеко, что люди никогда не смогут ее обнаружить.
Поскольку Солнечная система оказалась лишена земного аналога, поиск расширился до внесолнечных планет . Астробиологи утверждают, что земные аналоги, скорее всего, будут найдены в звездной обитаемой зоне , в которой могла бы существовать жидкая вода, обеспечивающая условия для поддержания жизни. Некоторые астробиологи, такие как Дирк Шульце-Макух , подсчитали, что достаточно массивный естественный спутник может образовать обитаемую луну, подобную Земле.
Частота появления планет земного типа как в Млечном Пути, так и во Вселенной до сих пор неизвестна. Он варьируется от крайних оценок гипотезы редкой Земли – одной (т. е. Земли) – до бесчисленных.
Несколько текущих научных исследований, включая миссию «Кеплер» , направлены на уточнение оценок с использованием реальных данных о транзитных планетах. Исследование космической пыли вблизи недавно сформировавшихся звезд типа Солнца , проведенное астрономом Майклом Мейером из Университета Аризоны в 2008 году, предполагает, что от 20% до 60% солнечных аналогов имеют доказательства формирования каменистых планет , мало чем отличающихся от процессов, которые привели к этим звездам. Земли. [40] Команда Мейера обнаружила диски космической пыли вокруг звезд и считает, что это побочный продукт формирования каменистых планет.
В 2009 году Алан Босс из Научного института Карнеги предположил, что только в галактике Млечный Путь может быть 100 миллиардов планет земной группы . [41]
В 2011 году Лаборатория реактивного движения НАСА (JPL) на основе наблюдений миссии «Кеплер» предположила, что от 1,4% до 2,7% всех звезд типа Солнца , как ожидается, будут иметь планеты размером с Землю в обитаемых зонах своих звезд. Это означает, что только в галактике Млечный Путь может быть до двух миллиардов планет размером с Землю , и, если предположить, что во всех галактиках есть количество таких планет, подобных Млечному Пути, из 50 миллиардов галактик в наблюдаемой Вселенной может быть целых сто квинтиллионов планет земного типа. [42] Это соответствует примерно 20 земным аналогам на квадратный сантиметр Земли. [43]
В 2013 году Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики, используя статистический анализ дополнительных данных Кеплера, предположил, что в Млечном Пути существует по меньшей мере 17 миллиардов планет размером с Землю. [44] Это, однако, ничего не говорит об их положении по отношению к обитаемой зоне.
Исследование 2019 года показало, что планеты размером с Землю могут вращаться вокруг одной из шести звезд, подобных Солнцу. [45]
Терраформирование (буквально «формирование Земли») планеты , Луны или другого тела — это гипотетический процесс преднамеренного изменения ее атмосферы, температуры , топографии поверхности или экосистем , чтобы они были похожи на земные , чтобы сделать ее пригодной для жизни людей.
Из-за близости и сходства размеров Марс [46] [47] [48] и, в меньшей степени, Венера [49] [50] [51] [52] [53] были названы наиболее вероятными кандидатами на роль терраформирование.
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
