Гипотеза Уникальной Земли

Гипотеза Уникальной Земли

Гипотеза Уникальной Земли (англ. Rare Earth hypothesis) — предложенный ответ на парадокс Ферми, который объясняет, почему появление такой планеты как Земля следует считать очень маловероятным. Вместе с допущением о необходимой предпосылке появления высокоразвитых форм жизни — наличии планеты земного типа, это бы поясняло отсутствие признаков существования внеземных цивилизаций.

Гипотеза Уникальной Земли была впервые детально изложена в книге Rare Earth: Why Complex Life Is Uncommon in the Universe («Уникальная Земля: Почему высокоразвитая жизнь не является распространённым явлением во Вселенной»), написанной палеонтологом Питером Вардом (Peter Ward) и астрономом Дональдом Броунли (Donald Brownlee). Вард и Броунли воспользовались расширенным уравнением Дрейка для доказательства того, что существование планеты с земными характеристиками во Вселенной следует считать невероятно редким явлением.

Условия

Звезда

Создать планету земного типа и довести её до правильного состояния через 4,5 миллиардов лет — сложная задача. Во-первых, она должна образоваться около богатой металлами звезды. Бедные металлом звезды не способны создать что-либо кроме газовых гигантов — на создание планет земного типа в газовой туманности просто-напросто не хватит материала. Таким образом исключается внешняя часть Галактики. С другой стороны, если звезда содержит слишком много металла, планеты будут слишком тяжёлыми, будут накапливать газовые оболочки, которые будет удерживать их огромная гравитация обусловленная большой массой, и опять же станут газовыми гигантами.

Звезда также должна обращаться по круговой орбите около центра галактики: вытянутая орбита приведет к тому, что звезда слишком приблизится к энергетически насыщенному ядру галактики и попадёт под жёсткое радиационное облучение. Образно говоря, звезда должна жить в предместье галактики, но не в центре и не за окраиной.

Получив звезду с правильным содержанием металлов, следует убедиться, что она может иметь пригодные для жизни планеты. Горячая звезда, например Сириус или Вега, имеют широкую пригодную для жизни зону, но существуют две проблемы: во-первых, эта зона слишком удалена от звезды, потому планеты с твёрдым ядром вероятно будут формироваться вблизи звезды и за пределами жилой зоны. Это не исключает, однако возможности зарождения жизни на спутниках газовых гигантов: горячие звезды излучают достаточно ультрафиолета, который может в достаточной мере ионизировать атмосферу любой планеты. Другая проблема, связанная с горячими звёздами, — это то, что они не живут достаточно долго. Через примерно один миллиард лет они становятся красными гигантами, что может не оставить достаточно времени для эволюции высокоразвитой жизни.

Холодные звезды пребывают не в лучшем положении. Зона, пригодная для жизни, будет узкой и будет расположена близко к звезде, существенно уменьшая шансы получить планету в правильном месте. Вблизи холодной звезды солнечные вспышки зальют планету радиацией и ионизируют её атмосферу точно как около горячей звезды. Жёсткое рентгеновское излучение также будет более интенсивным.

Таким образом, выясняется, что «правильный» тип звёзд ограничивается промежутком от F7 до K1 (см. спектральный класс). Звезды этих типов редки: звезды типа G, такие как Солнце, составляют всего лишь 5 % звёзд в нашей галактике.

Взаимодействие с другими небесными телами

После того как планета сформировалась в пределах жилой зоны, небесное тело размерами приблизительно как Марс должно с ней столкнуться (согласно Теории гигантского столкновения). Без такого столкновения на планете не образуются тектонические плиты, поскольку континентальная кора покрывает всю планету и не оставляет места для океанической коры. Столкновение также может привести к появлению большого спутника, который стабилизирует ось обращения планеты и слитие ядер планеты и небесного тела, которое сформирует сверхмассивное планетное ядро, которое будет генерировать мощный планетный электромагнитный щит от солнечной радиации. Недавние исследования Эдварда Бельбруно и Ричарда Готта позволяют сделать вывод, что такое небесное тело нужного размера может формироваться в троянских точках системы звезда-планета (L₄ или L₅), возможно делая это событие более вероятным.

Спутник относительно больших размеров также увеличивает шансы выживания высокоорганизованных организмов, исполняя функции астероидного щита. Шансы столкновения астероида с массивнейшим объектом бинарной системы, такой как Земля и Луна, довольно незначительные. Большинство астероидов будут или полностью отброшены, или поразят менее массивный объект: чтобы попасть в массивнейшее тело, нужна правильная комбинация скорости и угла падения. Таким образом планета с большим спутником будет лучше защищена от столкновений (хотя случайные столкновения могут быть необходимыми, поскольку эволюционная теория допускает, что массовое вымирание может ускорить развитие сложных организмов). Также необходимым условием является наличие большого газового гиганта, такого как Юпитер, в звёздной системе, благодаря которому «мусор», остающийся на орбите после формирования планет выбрасывается в пояс Койпера и облако Оорта.

Частота столкновений и эволюция

Жизнь требует определённого времени для зарождения и достижения определённого уровня организации. Частые столкновения с большими астероидами, вероятно, препятствуют появлению высокоорганизованных организмов. Сама жизнь вряд ли исчезнет, но самые сложные организмы из высших ветвей эволюции весьма уязвимы и легко вымирают вследствие планетарной катастрофы. Эволюционная теория прерывистого равновесия утверждает что:

• Как только экосистема планеты достигает состояния равновесия (с заполненными всеми экологическими нишами), скорость эволюционных изменений резко уменьшается
• Период, на протяжении которого достигается состояние равновесия, относительно короток по сравнению с геологическими процессами.

Считается что ископаемые остатки демонстрируют, что экологическое равновесие достигалось на Земле несколько раз, впервые после Кембрийского взрыва. Несколько катастроф, приведших к массовому вымиранию организмов, возможно, необходимы, чтобы в процессе эволюции возникали радикально новые пути развития, и чтобы жизнь избежала ситуации когда её развитие бы остановилось на полпути к разумной жизни. Массовое вымирание динозавров, например, позволило млекопитающим занять их экологические ниши и направить эволюцию новым путём.

Таким образом, очевидно что необходимы правильные значения сотен параметров планеты и звёздной системы, чтобы высокоорганизованная жизнь стала возможной. Вселенная невероятно велика, она значительно превышает возможности человеческого представления и понимания, поэтому остаётся шанс, что где-то во Вселенной существует планета земного типа с высокоорганизованной жизнью. Тем не менее, возможность того, что такая планета существует достаточно близко от Солнца и что мы можем когда-нибудь её достигнуть или вступить с её жителями в контакт, практически равна нулю. Это поясняет парадокс Ферми, почему мы не видим признаков внеземного разума: вероятность появления ещё одной планеты земного типа, которая могла бы поддерживать высокоорганизованную жизнь в масштабе даже галактики очень мала.

Критика

Наибольшей критике подвергается допущение, что появление высокоорганизованной жизни возможно только на планетах земного типа. Некоторые биологи, например, Джек Коэн, считают, что такое допущение является слишком ограничивающим и свидетельствует об отсутствии понимания (см. углеродный шовинизм). Детальная критика приведена в книге Джека Коэна и математика Яна Стюарта «Эволюция инопланетянина: Наука внеземной жизни» (Evolving the Alien: The Science of Extraterrestrial Life).

Также подвергаются критике другие допущения теории уникальной Земли:

• Некоторые допущения, несмотря на свою теоретическую достоверность, не являются общепринятыми в научной среде, например, теория гигантского столкновения.
• Утверждается, что доказательства накладываются на маловероятность того или иного события, в то время, как они иногда просто выглядят невозможными. Если принять во внимание размеры Вселенной, продолжительность астрономических процессов и возможность альтернативных путей появления похожих обстоятельств, то существует значительно большее количество планет земного типа, чем предполагается теорией уникальной Земли. Так:
• все 3 планеты Солнечной системы «обитаемой зоны» предположительно несут следы гигантского столкновения на заре своего развития, что, по-видимому, указывает на значительную статистическую вероятность, если не закономерность, такого события. Также предполагается, что и система Плутон — Харон возникла в результате столкновения на раннем этапе эволюции.
• планеты-гиганты, судя по всему, формируются даже в тех системах, где нет планет земного типа, являясь наиболее распространённым типом планет в Галактике;
• массовые вымирания, судя по всему, обусловлены не только и не столько внешними, сколько внутренними причинами, и являются событием достаточно регулярным;
• высокоорганизованные формы жизни более уязвимы, чем примитивные, однако обладают значительным потенциалом выживания и быстрого восстановления численности;
• в масштабах только нашей Галактики даже сотые доли процента звезд, чьи планеты обладают жизнью, в абсолютных величинах будут соответствовать десяткам миллионов таких систем, и вероятно — многим тысячам разумных цивилизаций.
• Теория игнорирует способность разумной жизни адаптировать окружение к своим нуждам. Разумная раса может быть в состоянии колонизировать много нежилых планет на достаточно долгий период времени (хотя, возможно, требует планеты земного типа для своего появления).

См. также

• Принцип Коперника — антитеза Гипотезе Уникальной Земли.

Источники

• Peter Ward and Donald Brownlee. Rare Earth: Why Complex Life is Uncommon in the Universe. Copernicus Books. January 2000. ISBN 0-387-98701-0.
• Evolving the Alien: The Science of Extraterrestrial Life. Ebury Press. February 2002. ISBN 0-09-187927-2.