Аналог Земли , также называемый аналогом Земли , близнецом Земли или второй Землей , — это планета или луна с условиями окружающей среды, аналогичными тем, что встречаются на Земле . Термин планета земного типа также используется, но этот термин может относиться к любой планете земной группы .
Эта возможность представляет особый интерес для астробиологов и астрономов, поскольку они считают, что чем больше планета похожа на Землю, тем больше вероятность, что она сможет поддерживать сложную внеземную жизнь . Как таковая, она уже давно обсуждается и выражается в науке , философии , научной фантастике и популярной культуре . Сторонники космической колонизации и космоса и выживания давно ищут аналог Земли для поселения. В далеком будущем люди могут искусственно создать аналог Земли путем терраформирования .
До научного поиска и изучения экзопланет эта возможность обсуждалась в философии и научной фантастике. Философы предположили, что размер Вселенной таков, что где-то должна существовать почти идентичная планета. Принцип посредственности предполагает, что планеты, подобные Земле, должны быть распространены во Вселенной , в то время как гипотеза редкой Земли предполагает, что они чрезвычайно редки. Тысячи экзопланетных звездных систем, обнаруженных до сих пор, кардинально отличаются от Солнечной системы , что подтверждает гипотезу редкой Земли.
4 ноября 2013 года астрономы сообщили, основываясь на данных космической миссии «Кеплер» , что в обитаемых зонах звезд , подобных Солнцу , и красных карликов в галактике Млечный Путь может вращаться до 40 миллиардов планет размером с Землю . [1] [2] По статистике, ближайшая такая планета может находиться в пределах 12 световых лет от Земли . [1] [2] В сентябре 2020 года астрономы выделили 24 претендента на звание сверхобитаемой планеты (планеты лучше Земли) из 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 земного типа, первой экзопланеты, обнаруженной космическим телескопом Джеймса Уэбба . [4]
Научные открытия, полученные с 1990-х годов, оказали значительное влияние на сферу деятельности в области астробиологии , моделей обитаемости планет и поиска внеземного разума (SETI).
Между 1858 и 1920 годами многие, включая некоторых ученых, считали Марс очень похожим на Землю, только более сухим с плотной атмосферой, похожим наклоном оси, орбитой и временами года, а также марсианской цивилизацией, которая построила большие марсианские каналы . Эти теории были выдвинуты Джованни Скиапарелли , Персивалем Лоуэллом и другими. Таким образом, Марс в художественной литературе изображался как красная планета, похожая на пустыни Земли. Однако изображения и данные с космических зондов Mariner (1965) и Viking (1975–1980) показали, что планета является бесплодным кратерированным миром. [5] [6] [7] [8] [9] [10] Однако с продолжающимися открытиями оставались и другие сравнения с Землей. Например, гипотеза о марсианском океане берет свое начало в миссиях Viking и была популяризирована в 1980-х годах. [11] С учетом возможности существования воды в прошлом появилась возможность зарождения жизни на Марсе, и он снова стал восприниматься как более похожий на земной.
Аналогично, до 1960-х годов многие, включая некоторых ученых, считали Венеру более теплой версией Земли с плотной атмосферой, либо жаркой и пыльной, либо влажной с водяными облаками и океанами. [12] Венера в художественной литературе часто изображалась как имеющая сходство с Землей, и многие рассуждали 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 — очень жаркий мир с температурой поверхности около 462 °C (864 °F) [13] в кислой атмосфере с поверхностным давлением 9,2 МПа (1330 фунтов на квадратный дюйм). [13]
С 2004 года Кассини-Гюйгенс начал открывать спутник Сатурна Титан как один из самых похожих на Землю миров за пределами обитаемой зоны. Хотя у него и существенно отличается химический состав, такие открытия, как подтверждение существования озер , рек и речных процессов на Титане в 2007 году, продвинули сравнение с Землей. [14] [15] Дальнейшие наблюдения, включая погодные явления, помогли понять геологические процессы, которые могут происходить на планетах земного типа. [16]
Космический телескоп Kepler начал наблюдать за транзитами потенциальных планет земной группы в обитаемой зоне с 2011 года. [17] [18] Хотя эта технология предоставила более эффективные средства для обнаружения и подтверждения планет, она не смогла окончательно заключить, насколько на самом деле кандидаты на роль планеты-кандидата похожи на Землю. [19] В 2013 году было подтверждено, что несколько кандидатов Kepler размером менее 1,5 радиуса Земли вращаются в обитаемой зоне звезд. Только в 2015 году был объявлен первый кандидат размером с Землю, вращающийся вокруг солнечного кандидата, Kepler-452b . [20] [21]
11 января 2023 года ученые НАСА сообщили об обнаружении LHS 475 b , экзопланеты земного типа, первой экзопланеты, обнаруженной космическим телескопом Джеймса Уэбба . [4]
Вероятность нахождения аналога Земли в основном зависит от атрибутов, которые, как ожидается, будут схожи, и они сильно различаются. Обычно считается, что это будет планета земного типа , 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 (например, аналог Солнца ), орбитальное расстояние и стабильность, наклон оси и вращение, схожая география , океаны , воздушные и погодные условия, сильная магнитосфера и даже наличие сложной жизни , подобной земной . Если есть сложная жизнь, могут быть некоторые леса, покрывающие большую часть суши. Если есть разумная жизнь, некоторые части суши могут быть покрыты городами . Некоторые факторы, которые предполагаются для такой планеты, могут быть маловероятными из-за собственной истории Земли. Например, атмосфера Земли не всегда была богата кислородом, и это биосигнатура от появления фотосинтетической жизни. Формирование, присутствие, влияние на эти характеристики Луны ( например, приливные силы ) также могут представлять проблему при поиске аналога Земли.
Процесс определения аналогов Земли часто включает согласование нескольких регистров квантификации неопределенности . Как показала работа антрополога Винсента Иаленти по эпистемологии аналогического рассуждения, [22] некоторые планетологи «более комфортно чувствуют себя, совершая прыжок веры, чтобы соединить время и пространство и свести вместе два разрозненных объекта», чем другие. [23]
Размер часто считается существенным фактором, поскольку считается, что планеты размером с Землю, скорее всего, имеют земную природу и способны сохранять атмосферу, подобную земной. [26]
Список включает планеты в диапазоне 0,8–1,9 масс Земли, ниже которых обычно классифицируются как субземли , а выше — как суперземли . Кроме того, включены только планеты, известные тем, что попадают в диапазон 0,5–2,0 радиуса Земли (между половиной и удвоенным радиусом Земли).
По размерным критериям ближайшими объектами планетарной массы по известному радиусу или массе являются:
Это сравнение показывает, что размер сам по себе является плохой мерой, особенно с точки зрения обитаемости . Температура также должна учитываться, поскольку Венера и планеты Альфа Центавра B (открыта в 2012 году), Kepler-20 (открыта в 2011 году [29] [30] ), COROT-7 (открыта в 2009 году) и три планеты Kepler-42 (все открыты в 2011 году) очень горячие, а Марс , Ганимед и Титан являются холодными мирами, что также приводит к большому разнообразию поверхностных и атмосферных условий. Массы лун Солнечной системы составляют малую часть массы Земли, тогда как массы экзопланет очень трудно точно измерить. Однако открытия планет земной группы размером с Землю важны, поскольку они могут указывать на вероятную частоту и распределение планет земного типа.
Другим часто упоминаемым критерием является то, что аналог Земли должен быть земным, то есть он должен обладать похожей геологией поверхности — планетарной поверхностью, состоящей из похожих поверхностных материалов. Наиболее близкими известными примерами являются Марс и Титан, и хотя есть сходства в типах их рельефа и составе поверхности, есть также значительные различия, такие как температура и количество льда.
Многие из поверхностных материалов и рельефов Земли образовались в результате взаимодействия с водой (например, глина и осадочные породы ) или как побочный продукт жизни (например, известняк или уголь), взаимодействия с атмосферой, вулканического или искусственного происхождения. Поэтому истинный аналог Земли, возможно, должен был образоваться посредством схожих процессов, обладая атмосферой, вулканическими взаимодействиями с поверхностью, прошлой или настоящей жидкой водой и формами жизни .
Существует несколько факторов, которые могут определять планетарные температуры, и, следовательно, несколько мер, которые могут проводить сравнения с температурой Земли на планетах, где атмосферные условия неизвестны. [ необходима цитата ] Равновесная температура используется для планет без атмосферы. При наличии атмосферы предполагается парниковый эффект . Наконец, используется температура поверхности. Каждая из этих температур зависит от климата, на который влияют орбита и вращение (или приливная блокировка) планеты, каждая из которых вносит дополнительные переменные.
Ниже приведено сравнение подтвержденных планет с наиболее близкими известными температурами к Земле.
Другим критерием идеального аналога Земли, пригодного для жизни, является то, что он должен вращаться вокруг солнечного аналога , то есть звезды, очень похожей на Солнце. Однако этот критерий может быть не совсем верным, поскольку множество различных типов звезд могут обеспечить локальную среду, благоприятную для жизни. Например, в Млечном Пути большинство звезд меньше и тусклее Солнца. Одна из таких звезд, TRAPPIST-1 , находится в 12 парсеках (39 световых лет) от нас и примерно в 10 раз меньше и в 2000 раз тусклее Солнца, однако в ее обитаемой зоне находится по меньшей мере 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 оставшимися 5 миллиардами лет жизни Солнца), что является достаточным временем для возникновения жизни путем абиогенеза . [35] Для сравнения, жизнь развилась на Земле всего за один миллиард лет. [ требуется ссылка ]
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, которая в настоящее время подтверждена как обладающая большими объемами поверхностной воды. Венера находится на горячей стороне зоны, а Марс — на холодной. Ни на одной из них не известно, чтобы у них была постоянная поверхностная вода, хотя существуют доказательства того, что Марс имел ее в своем древнем прошлом, [36] [37] [38] и предполагается, что то же самое было и с Венерой. [12] Таким образом, внесолнечные планеты (или луны) в положении «Златовласки» с существенной атмосферой могут обладать океанами и водяными облаками, как на Земле. В дополнение к поверхностной воде, истинный аналог Земли потребовал бы смеси океанов или озер и областей, не покрытых водой или сушей .
Некоторые утверждают, что истинный аналог Земли должен не только иметь похожее положение своей планетной системы, но и вращаться вокруг солнечного аналога и иметь близкую к круговой орбиту, чтобы оставаться постоянно пригодным для жизни, как Земля. [ необходима цитата ]
Принцип посредственности предполагает, что существует вероятность того, что счастливые события могли позволить планете, похожей на Землю, сформироваться в другом месте, что позволило бы возникнуть сложной многоклеточной жизни. Напротив, гипотеза редкой Земли утверждает, что если применить самые строгие критерии, такая планета, если она существует, может находиться так далеко, что люди никогда не смогут ее обнаружить.
Поскольку в Солнечной системе не оказалось аналога Земли, поиски расширились до экзопланет . Астробиологи утверждают, что аналоги Земли, скорее всего, будут найдены в обитаемой зоне звезды , в которой может 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, похожую на Землю.
Частота планет земного типа как в Млечном Пути, так и в более обширной Вселенной до сих пор неизвестна. Она варьируется от крайних оценок гипотезы редкой Земли — одна (т. е. Земля) — до бесчисленных.
Несколько текущих научных исследований, включая миссию Кеплера , направлены на уточнение оценок с использованием реальных данных о транзитных планетах. Исследование космической пыли вблизи недавно сформированных звезд, подобных Солнцу, проведенное в 2008 году астрономом Майклом Мейером из Университета Аризоны, показывает, что от 20% до 60% солнечных аналогов имеют доказательства образования каменистых планет , что мало чем отличается от процессов, которые привели к образованию планет на Земле. [40] Команда Мейера обнаружила диски космической пыли вокруг звезд и рассматривает это как побочный продукт образования каменистых планет.
В 2009 году Алан Босс из Института науки Карнеги предположил, что только в галактике Млечный Путь может быть 100 миллиардов планет земной группы . [41]
В 2011 году Лаборатория реактивного движения НАСА (JPL), основываясь на наблюдениях миссии Кеплер, предположила, что от 1,4% до 2,7% всех звезд , подобных Солнцу , как ожидается, будут иметь планеты размером с Землю в пределах обитаемых зон своих звезд. Это означает, что только в галактике Млечный Путь может быть до двух миллиардов планет размером с Землю , и если предположить, что все галактики имеют ряд таких планет, похожих на Млечный Путь, то в 50 миллиардах галактик в наблюдаемой Вселенной может быть до ста квинтиллионов планет, похожих на Землю. [42] Это будет соответствовать примерно 20 аналогам Земли на квадратный сантиметр Земли. [43]
В 2013 году Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики, используя статистический анализ дополнительных данных Кеплера, предположил, что в Млечном Пути имеется 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 1 из 6 звезд, подобных Солнцу. [45]
Терраформирование (буквально «изменение формы Земли») планеты , луны или другого тела — это гипотетический процесс преднамеренного изменения ее атмосферы, температуры , рельефа поверхности или экосистемы с целью сделать ее похожей на земную и сделать ее пригодной для жизни людей.
Из-за близости и схожести размеров Марс [46] [47] [48] и в меньшей степени Венера [49] [50] [51] [52] [53] были названы наиболее вероятными кандидатами для терраформирования.
{{cite journal}}
: Цитировать журнал требует |journal=
( помощь )