ФГБОУ ВПО «Елецкий государственный университет   им. И.А. Бунина»

Кафедра физики и методики ее преподавания.

Реферат

по дисциплине:

«Астрофизика»

на тему:

«Поиск жизни в Солнечной системе»

Елец 2015

Оглавление

Введение. 3

Глава 1. 7 мест в Солнечной системе, где может быть внеземная жизнь. 6

1.1 Марс. 6

1.2 Европа и Каллисто. 9

1.3 Юпитер. 11

1.4 Титан. 12

1.5 Энцелад. 14

1.6 Венера. 15

1.7 Метеориты.. 17

Заключение. 20

Список литературы: 22

 

Введение

На каких планетах нашей Солнечной системы возможна жизнь? Этот вопрос давно затрагивает умы всего человечества. С постепенным развитием астрономических наук и специализированной космической техники стало возможно изучение не только планет Солнечной системы, но и других планет, находящихся далеко за ее пределами.

Первой планетой на которой по мнению ученых было бы возможным существование жизни был Марс. Но ученые были разочарованы своими исследованиями. Поверхность Красной планеты оказалась слишком уж холодной, воздух разряженным и больше всего разочаровало отсутствие воды. Несмотря на неудовлетворительные исследования ученые продолжали поиск жизни на Марсе и не прогадали. В двухтысячных годах посадочным модулем был сфотографирован марсианский грунт с сублимирующимся водяным льдом, потом в атмосфере планеты Марс было обнаружено вещество метан - продукт жизнедеятельности живых существ. Следом в процессе изучения осколков метеоритов, упавших с поверхности Марса на Землю были обнаружены окаменелые останки микроорганизмов. Из этого ученые сделали вывод что жизнь на Красной планете вполне возможна, но не такая как на Земле.

Другой планетой пригодной для жизни ученые долго считали Венеру. Пока она не была подробно изучена. Но планета оказалась малопригодной для жизни. Средняя температура на всей поверхности Венеры иногда превышает четырехсот восьмидесяти градусов Цельсия, а давление атмосфер больше в девяносто раз чем Земное. Планета полностью окружена облаками состоящими почти из одной серной кислоты и на поверхности планеты часто идут кислотные дожди. Но предположения и гипотезы о существовании жизни на Венере не прекращаются до сих пор.

Следующей планетой солнечной системы на повехности которой предполагается существование жизни является - Юпитер. Но почему ученые пришли к такому мнению, ведь на Юпитере даже нет поверхности, как таковой? Эта планета практически полностью состоит из из гелия и водорода и вее атмосфере никогда не прекращаются сильнейшие ветра. Причиной такого мнения ученых можно назвать только непреодолимое желание отыскать хоть какой-нибудь намек на существование жизни на любой известной или неизвестной планете.

В последнее время ученые стали много времени и средств уделять изучению одного из спутников огромного Юпитера - Европы. Причиной стало обнаружение наличия воды на ее поверхности. Есть вода - есть жизнь. Также на ее поверхности было обнаружено достаточное для жизни по мнению ученых количество кислорода.

Еще не последний подобный спутник в этом списке - Титан, являющийся самым большим спутником планеты Сатурн. Титан имеет атмосферу, которая намного плотнее земной. На нем также как и на Европе есть моря и реки, но состоят они из жидких этана и метана. Но как всегда есть одно НО - на поверхности этой планеты настоящий ледник, температура порой достигает больше минус ста восьмидесяти градусов Цельсия. По мнению ученых Титан все равно является одним из самых пригодных для человеческой жизни местом в нашей Солнечной системе, конечно же только после самой матушки Земли.

Энцелад - самый маленький из всех спутников планеты Сатурн с диаметром всего около пятисот километров. Но далеко не последний в списке планет, рассматриваемых землянами как возможный в будущем дом. На его поверхности постоянно бьют из толщи льда водяные гейзеры. Кроме того ученые провели анализ и выявили, что на поверхности этой планеты происходят еще и выбросы необходимых по всем условиям для жизни таких химических элементов как кислород, азот, водород и углерод.

Вся информация о существовании жизни на планетах нашей Солнечной системы основана только лишь на небольших исследованиях и исходящих из них больших предположениях. А действительно ли возможна жизнь на этих планетах или нет - люди узнают не так скоро.

Глава 1. 7 мест в Солнечной системе, где может быть внеземная жизнь

Поиск внеземной жизни с переменной интенсивностью ведется на протяжении едва ли не сотни лет. Появилась даже целая наука — астробиология, работающая на стыке биологии, астрономии и геологии. И все же поиски до сих пор проходят безуспешно.

Сейчас, когда Святым Граалем астробиологии стал поиск обитаемой планеты у далеких звезд, попытки найти жизнь в Солнечной системе могут показаться кому-то занятием если не безнадежным, то, во всяком случае, не слишком интересным.

Действительно, с наступлением космической эры «рекогносцировка на местности» показала, что другие планеты Солнечной системы мало подходят для жизни в той форме, которую мы знаем. Не только разумная, но хотя бы простейшая жизнь пока достоверно не обнаружена ни на Марсе, ни на других планетах. Тем не менее, кое-какие шансы остаются. Давайте посмотрим, где еще, кроме Земли, могли бы обитать живые организмы в Солнечной системе.

1.1 Марс

Более ста пятидесяти лет назад знаменитый математик Фридрих Гаусс выступил с любопытным проектом: вырубить на просторах сибирской тайги гигантский участок леса в виде треугольника, который бы иллюстрировал теорему Пифагора. Засеянный пшеницей, такой треугольник стал бы заметен в телескопы разумным существам, населявшим, по распространенному тогда мнению, планету Марс. (Рис.1)

Несмотря на все разочарования последних десятилетий, Марс по-прежнему остается наиболее перспективным местом для поиска жизни в Солнечной системе — прежде всего потому, что мы знаем эту планету лучше многих других космических тел. Правда, теперь речь о разумных существах

уже не идет.

Рис.1 «Марс». Фото: NASA/Hubble Space Telescope

Еще не так давно Марс считался местом обитания наших братьев по разуму. Сегодня большинство ученых полагает, что на Красной планете нет даже микроорганизмов. 

Читатель вправе возразить: разве разнообразные исследования не показали, что сегодня Марс очень мало подходит для жизни? На его поверхности слишком холодно, воздух разрежен и почти не содержит кислорода, а самое главное, на Красной планете очень сухо. Да и как быть с экспериментами, проводившимися на поверхности Марса разнообразными «Викингами», Оппортьюнити и Кьюриосити, которые показали отсутствие каких-либо признаков жизнедеятельности?

Хотя в общем эти аргументы верны, это еще не значит, что Марс необитаем. В 2008 году посадочный модуль миссии НАСА «Феникс» сфотографировал под тонким слоем грунта сублимирующийся водяной лед — большое открытие на пути к обнаружению жидкой воды, ключевого компонента жизни. Другое обнадеживающее открытие — метан, найденный в атмосфере Марса. Этот газ может выделяться как продукт жизнедеятельности марсианских микроорганизмов. (Рис.2)

Рис.2 «Сублимация (испарение) водяного льда, сфотографированное станцией «Феникс» в 2008 году». Фото:NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Texas A&M University

Следовательно, биосфера как таковая на Красной планете, по-видимому, отсутствует, но в отдельных районах Марса, например, на дне долины Маринер, возле полярных шапок или даже под поверхностью планеты какая-то простейшая жизнь может существовать.

1.2 Европа и Каллисто

Вот уж где воды в достатке! Вторым местом в Солнечной системе, где следует искать жизнь, являются покрытые ледяной корой лу́ны Юпитера — Европа и Каллисто. Что касается Европы, спутника размерами чуть поменьше нашей Луны, то различные косвенные данные недвусмысленно указывают на наличие подо льдом жидкого океана, объем которого может превышать объем всей воды на Земле! Под ледяной корой Европы, покрытой густой сетью трещин, вероятно, скрывается океан. Приливные силы со стороны Юпитера разогревают недра Европы, что делает условия в ее гипотетическом океане похожими на условия в глубоководных желобах на Земле. (Рис.3)

Интересно, что в 2009 году исследования, выполненные Ричардом Гринбергом из университета Аризоны, показали, что под поверхностью Европы есть достаточно кислорода для существования не только микробов, но и сложных организмов. А находки 2011 года позволили предположить, что океан Европы сообщается с поверхностью посредством приповерхностных озер, что способствует обмену веществом и энергией с поверхностью.

Рис.3 «Европа, спутник Юпитера». Фото: NASA/JPL/Ted Stryk

Каллисто — более крупный спутник Юпитера. Еще недавно он считался совершенно мертвым миром, пока данные с зонда «Галилео» не заставили некоторых ученых предположить наличие аналогичного соленого океана под его ледяной корой.

Нужны дальнейшие исследования спутников Юпитера. Сегодня все споры о существовании жизни под поверхностью Европы или Каллисто похожи на дележ шкуры не убитого медведя, ведь пока твердо не доказано даже существование океанов на этих телах! Если океаны все же имеются, то, вероятно, находятся на большой глубине — в двадцати, а то и в пятидесяти километрах от поверхности, где царит вечный мрак. Добраться до этих миров, не говоря уже о том, чтобы всесторонне исследовать их, будет очень непросто. По-видимому, это дело достаточно отдаленного будущего.

1.3 Юпитер

А что сам Юпитер? Газовая планета-гигант, лишенная поверхности, состоит почти целиком из водорода и гелия. Условия в верхних слоях ее атмосферы слишком суровы (-130°С), а ниже бушуют сильные ветра и циркулируют мощнейшие конвективные потоки. Может ли в таком мире существовать жизнь?

Еще Артур Кларк в своей повести «Встреча с медузой» показал, что — да, может. Правда, это будет жизнь, мало похожая на земную. Гигантские существа, похожие на паруса и воздушные шары, будут плавать в тонком слое атмосферы, где температура и давление сравнимы с земными и где конденсируются водяной пар, аммиак, а также сложные химические соединения.

Кстати, существуют ли в действительности органические соединения в атмосфере Юпитера, ученые пока точно не знают. В лабораторных экспериментах по моделированию атмосферы планеты были получены различные окрашенные соединения метана и аммиака, напоминающие по цвету юпитерианские облака. При этом синтезировались и органические соединения. В реальности такие соединения, вероятно, быстро погружались бы на глубину (из-за конвекции), где неизбежно разрушались.

Цветные облака Юпитера, вероятно, состоят из соединений, полученных из аммиака и метана при освещении их ультрафиолетовым светом. Но, как показывают лабораторные эксперименты, при этом образуются и органические соединения. (Рис.4)

Рис 4. «Цветные облака Юпитера». Фото: NASA

Наличие жизни в атмосфере Юпитера (а также на Сатурне и Уране) хотя и возможно, но крайне маловероятно. В качестве утешения можно пофантазировать вслед за Кларком и Саганом и представить, что на планете существуют сразу два типа жизни — обычная «водная», и основанная на аммиаке.

1.4 Титан

Титан — самый крупный спутник Сатурна, второй по величине в Солнечной системе и единственный спутник, обладающий плотной атмосферой (она плотнее атмосферы Земли!). На поверхности Титана полно органических соединений, а значит, есть готовый строительный материал для гипотетической жизни. Даже реки, озера и моря, которые действительно существуют на Титане, также состоят из жидких органических веществ — метана и этана.

Единственная проблема — невероятный холод. Температура на поверхности Титана равна -180°С, а значит, вода не может служить универсальным растворителем для местной жизни. Но эту роль готов взять на себя жидкий метан. Правда, многие ученые полагают, что из-за очень низкой температуры и, соответственно, низкой скорости биохимических реакций жизнь на Титане вряд ли могла развиться. Словно в доказательство отсутствия биосферы на Титане, камера спускаемого аппарата «Гюйгенс» показала безжизненную равнину, похожую на каменистую пустыню.

Рис.5 «Поверхность Титана». Снимок сделан 14 января 2005 года спускаемым аппаратом «Гюйгенс» сразу после посадки. Фото: NASA/JPL/ESA/University of Arizona

И все же, в 2010 году две группы ученых сообщили, что станция «Кассини» обнаружила необычное взаимодействие между водородом и ацетиленом в атмосфере Титана. Не указывает ли это на процессы жизнедеятельности особой «криожизни»?

Теоретически вполне можно представить себе существ, в жилах которых течет кровь на основе жидкого метана. Если такая жизнь действительно существует, то она перевернет наши обычные представления о принципах устройства живых организмов. Пока, впрочем, все это чисто умозрительные рассуждения.

1.5 Энцелад

Еще один спутник Сатурна, Энцелад, совсем невелик — всего 500 км в поперечнике. Тем не менее, это одно из самых многообещающих мест в Солнечной системе на предмет обнаружения внеземной жизни. Еще бы, ведь жидкая вода буквально фонтанирует из трещин в его ледяной поверхности! Гейзеры Энцелада выглядят очень впечатляюще на замечательных фотографиях, сделанных зондом «Кассини». Спектральный анализ показал, что кроме воды в состав выбросов входят углерод, кислород, водород и азот — все ключевые компоненты для поддержания живых организмов.

Если на Энцеладе достаточно жидкой воды, то в ходе эволюции там могли бы развиться формы жизни, похожие на земных экстремофилов, обитающих в океане возле термальных источников или во льдах Антарктики — в холоде и без света. Однако говорить о наличии океана под ледяной корой Энцелада пока рано: ученые все еще не могут прийти к общему мнению о количестве тепла, вырабатываемом недрами спутника. Озера, безусловно, есть, но насколько они постоянны? И хватит ли их объема для поддержания местной жизни?

Рис.6 «Водяные гейзеры, бьющие из трещин в ледяной коре Энцелада, поднимаются вверх на сотни километров». Фото: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

С астробиологической точки зрения Энцелад выглядит высьма перспективно. Прежде всего, потому, что это единственное достоверно известное нам космическое тело (кроме Земли), где есть жидкая вода. Это, безусловно, важнейшее условие для существования известных нам форм жизни. Что касается выполнения остальных условий, тут необходимы дальнейшие исследования, проводить которые, по возможности, следует на месте.

1.6 Венера

50 лет назад в Советском Союзе был снят отличный по тем временам фильм «Планета Бурь», повествующий об исследовании планеты Венера. Согласно распространенным представлениям той поры планета представляла собой Землю времен Юрского периода — влажный и жаркий мир, населенный диковинной растительностью и чудищами.

Благодаря прекрасным исследованиям, выполненными в основном советскими межпланетными станциями в 60-80 гг. прошлого века, мы сегодня знаем, насколько суровы условия на Венере. Судите сами — температура на поверхности 480°С, атмосферное давление в 90 раз больше земного, сама атмосфера состоит из углекислого газа и практически не содержит водяного пара. Белоснежные облака, плотным покровом укутывающие всю планету, состоят из капелек концентрированной серной кислоты.

Тем удивительнее предположение о существовании живых организмов на поверхности Венеры, которое сделал известный отечественный ученый Леонид Ксанфомалити. Впервые он об этом писал в далеком 1978 году, в книге «Планеты, открытые заново». А в 2012 году представил ряд фотографий, полученных посадочными модулями Венера-13 и Венера-14. На серии последовательных снимков «присутствуют некие объекты, которые появляются и исчезают». По мысли ученого это могли бы быть обитатели Венеры, представители отличной от земной формы жизни (скажем, кремниевой). Правда, есть и другие объяснения данным космических аппаратов, которые не прибегают к столь экзотической теории.

Рис. 7 «Поверхность Венеры». Снимок получен в 1982 году посадочным аппаратом Венера-14. Фото:Роскосмос/Don P. Mitchell

Есть и другие идеи, где искать жизнь на Венере. Например, на высоте 55 км над поверхностью планеты, где давление и температура атмосферы более или менее соответствуют земным. Могут ли на этих высотах обитать микроорганизмы? Известно, что в верхних слоях атмосферы Венеры был обнаружен ряд химических веществ, синтез которых трудно объяснить естественными причинами, но которые могли бы синтезироваться в присутствии живых микроорганизмов, похожих на земные. Это, разумеется, ничего не доказывает, тем более, что низкая влажность и испарения серной кислоты из облаков являются серьезным препятствием для жизнедеятельности подобных «бактерий».

Не стоит слишком серьезно относиться к возможности существования жизни на Венеры. Она там возможна, но шанс на это исчезающе мал. А вот изучать Венеру необходимо. Несмотря на прорыв в наших знаниях об этой планете, совершенный за последние полвека, загадок остается еще очень много.

1.7 Метеориты

Как ни странно, возможно, первым местом, где мы получим подтверждение существования внеземной жизни, станет наша собственная планета! Речь идет, в первую очередь, об исследовании метеоритов, регулярно выпадающих на Землю. Сегодня известно более 20 тысяч задокументированных метеоритов, и некоторые из них содержат органические вещества.

Многие, наверно, помнят, какая шумиха поднялась в 1996 году, когда группа ученых анонсировала обнаружение окаменевших микроорганизмов в метеорите ALH 84001, найденном в 1984 году в Антарктиде. Этот кусок породы имеет марсианское происхождение; он был выброшен в космос более 3,5 миллиардов лет назад в результате падения на Красную планету астероида. После долгих скитаний в космосе, метеорит выпал на Землю, где

его и подобрали ученые. Вот фото загадочных окаменелостей.

Рис. 8 «Окаменелости в метеорите ALH 84001». Фото: NASA

Но время прошло, а решающие доказательства о природе и происхождении данных окаменелостей так и не были представлены. То же касается и других метеоритов с похожими микроструктурами.

В этой связи не будем забывать и о кометах, ядра которых состоят в основном из воды, но также имеют в своем составе и органические вещества. Кометы могут быть даже лучшими переносчиками микроорганизмов, чем каменные и железные метеориты. В 2001 году в Индии наблюдалось выпадение так называемого «красного дождя», который первоначально связывался со взрывом гипотетического метеора или небольшой кометы в атмосфере Земли. Собранные образцы также вызвали большую шумиху, высказывалось предположение, что красные тельца, окрасившие воду, — внеземные клетки. В 2010 году исследователи, работающие с образцами дождя, показали, что «тельца» растут и размножаются при температуре 121°С, чего не наблюдалось при комнатной температуре. Странно, не правда ли?

Заключение

Для существования живых организмов абсолютно необходим источник энергии. Кроме того, нужно выполнение ряда других условий — геофизических, геохимических и астрофизических. В программе развития астробиологии НАСА критерии жизнепригодности планет определены так: большие водоёмы и условия, способствующие синтезу сложных органических веществ, а также наличие источника энергии для поддержания метаболизма.

Оценки жизнепригодности планеты делают на основе её состава и характеристик её атмосферы и орбиты. По этим данным можно сделать выводы о том, какие химические реакции на ней возможны. Кроме того, жизнепригодность планеты зависит от свойств звезды, вокруг которой она обращается. Звезда должна иметь стабильную светимость достаточно долго для возникновения и эволюции жизни, не проявлять сильной переменности и содержать достаточно много тяжёлых элементов (что даёт возможность формирования землеподобных планет). Важнейший объект изучения астробиологии — каменистые (землеподобные) планеты и спутники, поскольку там возможна жизнь на основе углерода. Но не исключено и существование жизни с совсем другой биохимией, возможной и на других небесных телах.

Идея, что жизнь может существовать и за пределами Земли, возникла очень давно. Её рассматривали и философия, и естественные науки. В конце XX века произошло два прорыва в этой области. Во-первых, исследование автоматическими межпланетными станциями других планет и спутников Солнечной системы предоставило много важной информации об этих телах и позволило детально сравнивать их с Землёй по геофизическим параметрам. Во-вторых, началось открытие внесолнечных планет (первая из которых была обнаружена в 1991 году), и с тех пор количество известных экзопланет постоянно растёт. Так было доказано, что планеты есть не только у Солнца, и горизонт поисков жизни расширился за пределы Солнечной системы.

Если когда-нибудь будет доказано внеземное происхождение некоторых микроорганизмов, это, безусловно, станет серьезным аргументом в пользу гипотезы панспермии, утверждающей, что «семена» жизни распространены в космосе повсеместно, а жизнь на Землю была занесена из космических глубин. Правда, эта теория ничего не говорит нам о том, где и как зародились эти семена…

А пока поиск жизни в Солнечной системе продолжается.

Список литературы:

1.     http://systemplanet.narod.ru/zizn1.html

2.     http://www.biguniverse.ru/posts/7-mest-v-solnechnoj-sisteme-dlya-poiska-vnezemnoj-zhizni/

3.     Г.С. Бисноватый-Коган. Релятивистская астрофизика и физическая космология. 2011 год. 376 стр.

4.     Засов А.В., Постнов К.А. Курс общей астрофизики (2-е изд.): Фрязино: Век 2, 2011

5.     Насельский П.Д., Новиков Д.И., Новиков И.Д. Реликтовое излучение Вселенной. 2003 год. 394 стр.

6.     Решетников В.П. Почему небо тёмное. Как устроена Вселенная  (Фрязино: Век 2, 2012)

7.     Рубин С.Г. Устройство нашей Вселенной (2-е изд.): Фрязино: Век 2, 2008