КАРТА САЙТА

Строение и жизнь Вселенной

А.В. Галанин © 2012

© Галанин А.В. Cтроение и жизнь Вселенной // Вселенная живая [Электронный ресурс] – Владивосток, 2012. Адрес доступа: http://ukhtoma.ru/universe1.htm Предисловие || 1. Структура галактик || 2. Эволюция галактик и звезд в галактиках || 3. Галактика Млечный Путь || 4. Гравитационное взаимодействие звезд и планет в Галактиках || 5. Строение и свойства Метагалактики || 6. Солнечная система (общая характеристика) || 7. Происхождение Солнечной системы || 8. Планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля || 9. Планеты земной группы: Марс, Церера – карликовая планета из Пояса Астероидов || 10. Планеты гиганты: система Юпитера || 11. Планеты гиганты: система Сатурна || 12. Планеты гиганты: система Урана || 13. Планеты гиганты: система Нептуна || 14. Облако Оорта и Пояс Койпера. Плутоноиды || 15. Экзопланеты || 16. Свободные планеты Галактики || 17. Жизнь на Земле старше Солнечной системы|| 18. Как черные дыры порождают галактики || 19. Чёрные дыры и круговорот материи во Вселенной

Глава 16. Свободные планеты Галактики

 

В начале 1995 г. на сайте "ZetaTalk" появилось сообщение об открытии странного космического тела – «блуждающей планеты», проводящей большую часть своего времени, зависнув между двумя звездами. А в 2002 г. журнал American Scientist сообщил, что группа астрофизика Такахиро Суми (Takahiro Sumi) нашла в открытом космосе десять планет, которые, по-видимому, не связаны ни с одной звездой. Эти планеты были обнаружены в направлении центра нашей Галактики. По массе они сравнимы с Юпитером и, вероятно, являются газовыми гигантами. Как же ученые были удивлены, обнаружив в пространстве Галактики такие блуждающие планеты! Раньше планету определяли как объект, который летает по орбите вокруг звезды и светит отраженным светом своей звезды. Открытие свободных планет заставило изменить определение. Джаррод Харли и Майкл Шара начали дискуссию по поводу того, каким образом между звездами в плотном звездном скоплении могут свободно блуждать планеты, и как они выходят из гравитационных систем звезд.

Весной 2011 г. было опубликовано исследование, в очередной раз подтвердившее существование 10 одиноких планет, путешествующих по нашей Галактике сами по себе (гравитационно они не связаны со звездами и не входят ни в одну из звездных планетных систем). Это поистине эпохальное научное открытие неизвестного доселе «черного мира» может перевернуть все наши представления о Космосе. Ведь таких планет только в нашей Галактике должны быть миллиарды! И что самое удивительное – даже на этих одиноких планетах возможна жизнь. Разумеется, эта жизнь скрыта под толстым слоем льда в жидком океане.

Возникновение гравитационной линзы на пути света от звезды к наблюдателю на Земле. Темное тело на пути лучей искривляет их, и звезда кажется более яркой, чем есть на самом деле. Рисунок с сайта: http://video.cosmosonline.ru/

Непосредственно увидеть блуждающую свободную планету нельзя, тем не менее астрономам из Японии и США, проанализировавшим все параметры видимых звезд, удалось зарегистрировать уже около 500 таких свободных планет. Оказалось, что свободные планеты являются причиной временного увеличения яркости света некоторых звезд: они закрывают от нас на некоторое время эти звезды. Причем время, на которое звезды увеличивают свой блеск, значительно больше, чем время прохождения по диску звезды даже самой дальней планеты из ее системы. Расстояние до обнаруженных одиночных планет составило 10–20 тыс. световых лет. Увеличение светимости звезды, когда ее закрывает такая "вольная" планета, происходит из-за гравитационного линзирования света звезды. Метод гравитационного микролинзирования основан на общей теории относительности: свет, проходя вблизи гравитирующих объектов, искривляет свой путь, поэтому такие тела, расположенные на пути следования света от далеких звезд к нам, усиливают их светимость для земного наблюдателя, словно линзы. О том, что обнаруженные объекты достаточно малы, чтобы их можно было считать планетами, свидетельствует небольшая длительность события микролинзирования – чем оно короче, тем меньше масса объекта. Причина, ранее затруднявшая подобные наблюдения, состоит в том, что такие планеты, имея сравнительно небольшую массу, дают лишь кратковременный эффект микролинзирования, длящийся 1–2 дня, – для астрономов это совсем немного. Лишь недавно появились технологии, позволяющие отслеживать такие эффекты. Более подробно с этим методом и результатами его применения можно познакомиться на сайте: http://video.cosmosonline.ru/scientific-articles-on-space-and-technology/147-galaktika-planety-bez-svoih-zvezd.html По самым скромным подсчетам специалистов, в нашей Галактике могут быть миллионы планет без солнц. Верхняя же оценка “населенности” нового черного мира – одиноких планет может быть вдвое больше, чем звезд, т.е. их может быть в нашей Галактике от 400 до 800 миллиардов! Уже давно в пространстве Галактики были обнаружены коричневые карлики – субзвездные объекты, масса которых сопоставима с массой Юпитера, но внутри которых идут термоядерные реакции. И вот теперь в межзвездном пространстве достоверно обнаружены и настоящие одинокие планеты!

Наблюдение велось за очень небольшим сектором неба и, чтобы быть замеченной, планета должна была быть достаточно крупной, и ей необходимо было пересечь линию между далекой звездой и наблюдателем на Земле. Поэтому обнаружение сразу 10 таких планет – это очень много. Как появилось такое ошеломляющие количество одиноких планет в Галактике? Исследователи считают, что эти планеты-радикалы Вселенной образовались в обычных звездных системах, похожих на Солнечную, с одной или двумя центральными звездами, но затем были выброшены со своей орбиты либо под влиянием других планет, либо когда материнская звезда проходила вблизи других звезд.

Однако их выброс из звездных планетных систем в результате нарушения гравитационного равновесия в этих системах маловероятен. Если какая-то звезда, проходя мимо, смогла вырвать планету у другой звезды, то она должна была стать скорее планетой этой второй звезды, а никак не свободным галактическим телом. Скорее всего, верна другая гипотеза, согласно которой одинокие планеты (по крайней мере, большая часть из них) – это так и не развившиеся звезды, которым не хватило изначальной массы фрагментария, чтобы сформировать большие атмосферы из галактического водорода.

П-моему, большинство из этих планет никогда и не были компонентами других звездных планетных систем, а являются выбросами сгустков сверхплотного вещества из чёрных галактических дыр. Звездами эти сгустки не стали, так как для этого им не хватило гравитирующей массы, чтобы собрать вокруг себя мощную атмосферу из водорода. А некоторые имели столь малую массу, что и не могли своей гравитацией удержать легкий газ в своей атмосфере.

Так или иначе, мы имеем надежное свидетельство присутствия во Вселенной миллиардов таких темных планет, возможно даже, со своими спутниками, которые несутся вокруг центров галактик по своим галактическим орбитам, едва освященные светом далеких звезд и светом ядра Галактики.

Но если одиноких планет земного типа в Галактике действительно столь много, то высока вероятность найти одну из них рядом с Землей. Может оказаться так, что до неё будет гораздо ближе, чем до ближайших звезд с планетными системами. И на такой планете может оказаться жизнь.

Черный мир без солнца вполне способен давать приют жизни в течение миллиардов лет. На одинокой планете в три земных массы под толстым слоем льда может быть многокилометровый слой жидкой воды. Энергии, выделяемой в результате распада радиоактивных веществ из ядра и мантии такой планеты, должно хватить, чтобы в течение 5 млрд. лет подогревать свой океан и поддерживать в нем воду под толстым слоем льда в жидком состоянии. А в таком океане возможна жизнь на основе хемосинтеза. Такая жизнь есть и на Земле: на дне глубоких океанических впадин возле подводных вулканов и так называемых "черных курильщиков" – извержений горячей воды – во второй половине ХХ века была обнаружена, по сути, иная биосфера Земли. К сожалению, важность этого открытия так по-настоящему и не была осознана ученым миром. Могу допустить, что жизнь вокруг "черных курильщиков" на Земле – очень древняя и возникла в то время, когда наша планета еще не была планетой Солнечной системы, а свободно неслась в просторах Галактики одна без Солнца.

Недавние открытия позволяют вернуться к теории панспермии. Так, установлено, что бактерии смогли сохранить способность к жизни, пробыв 553 дня в открытом Космосе. Но жизнь может разноситься с планеты на планету не только в пределах Солнечной системы. Если на планете сохраняется активность вулканов, то даже на планете размером в треть земного шара, движущейся свободно вне звездной планетной системы, возможно сохранение жидкой воды и, соответственно, жизни. Вулканическая активность на такой планете будет сопровождаться выбросами газов, которые, замерзая, надежно изолируют жидкий океан от межзвездного холода.

Пока же нам предстоит обнаружить жизнь вне Земли в нашей солнечной системе, – например, на спутнике Юпитера Европе, где под слоем льда прячется целый океан, или на Титане, спутнике Сатурна, где, как многим хочется надеяться, возможна жизнь, построенная на совершенно других принципах, чем земная.

Как оказалось в ходе многочисленных научных исследований, не только звезды могут блуждать за пределами галактик. "Беспризорными" межгалактическими телами могут быть и некоторые планеты. Источник информации: http://wegasat.ru/

Черная холодная планета. Но лишь снаружи. Под толстым слоем льда в течение миллиардов лет возможно сохранение километрового слоя жидкой воды, а значит, и жизни. Это возможно даже на планетах, чья масса сопоставима с массой Земли. Фото с сайта: http://one-fact.ru/

Семь лет назад была обнаружена одинокая блуждающая звезда, которая удалялась из нашей галактики на скорости 1,5 млн. миль в час. Но если звезды могут так себя вести, то может ли тоже самое происходить и с планетами? Сейчас можно с уверенностью сказать, что блуждающие планеты могут летать между галактиками и в галактиках со скоростью, доходящей до 30 миллионов миль в час (48 280 320 километров в час), а вообще их скорость может быть еще выше. "Эти скоростные блуждающие планеты являются самыми быстрыми объектами в нашей Вселенной, – говорит астрофизик Ави Лаб (Avi Loeb), – Я не знаю никаких других объектов, которые могли бы покинуть нашу галактику на такой бешеной скорости, как эти планеты," – добавляет он. Блуждающие с большой скоростью планеты зафиксировать очень сложно, однако порой это удается сделать, когда такие планеты проходят мимо звезд, за которыми наблюдают астрономы.

Астрономы пришли к выводу, что соотношение "нормальных" и "бродячих" планет в нашей Галактике может составлять почти два к одному. Такие «бездомные» планеты могут становиться компонентами планетных систем, если попадают в поле тяготения звезды. Полагаю даже, что именно так и шла сборка всех планетных систем Галактики, когда тела с большой массой (звезды) захватывали тела с меньшей массой (планеты), а большие планеты, в свою очередь, захватывали малые планеты и формировали системы спутников без центральных звезд, подобные системам Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Даже тела примерно равной массы образовывали двойные и тройные гравитационные системы и начинали вращаться вокруг общего центра массы. Фото с сайта: http://www.elite-games.ru/

Так может выглядеть океан на блуждающих по галактике свободных планетах. Вверху изображен вариант, когда океан замерз до дна, но и в этом случае в его толще существуют три типа льда: очень холодный поверхностный, более теплый, подверженный конвекции средний, и теплый в нижней части толщи. Внизу – планета, на которой значительная часть океана жидкая, здесь теплый лед растаял под действием эндогенного тепла палнеты.

Блуждающие независимые от звезд планеты получили название планетары. Все достаточно крупные планетары обладают горячими недрами, поэтому температура их поверхности выше, чем у межзвёздной пыли. Самые крупные свободные планеты (планетары) массой с тринадцать Юпитеров и более могут быть разогреты на поверхности до 1500° К. Вблизи такие объекты выглядят уже как звёзды насыщенного красно-оранжевого цвета и довольно высокой яркости. Постепенно такой планетар остывает, теряет яркость и превращается в тускло-багровый диск в чёрных облачных полосах. При температуре ниже 900° К планетар уже почти не выделяется на фоне неба. Облачные полосы и другие детали на нем можно разглядеть лишь в инфракрасных лучах. На светлом фоне Млечного Пути или какой-нибудь туманности такая горячая блуждающая планета проявляется как чёрный диск в коричневатом ореоле атмосферы. Тьма, царящая на такой планете, едва разрывается вспышками молний и вулканическими извержениями.

Условия на блуждающих планетах определяются главным образом плотностью и химическим составом их атмосфер. Первичная атмосфера (в основном из водорода и гелия) формируется, когда сверхплотное теле, выброшенное чёрной дырой, движется сквозь газово-пылевые облака Галактики. Планетар может её удержать, а может и потерять, в зависимости от его изначальной массы и гравитации.

За время своей жизни планетар может приобрести и вторичную атмосферу, которая образуется из вулканических газов. Третичная атмосфера планетара может сформироваться при участии на нем биосферы. Вулканический газ может включать в себя водяной пар, углекислый газ, азот, метан, молекулярную серу, диоксид серы, сероводород и множество других соединений в зависимости от состава верхней мантии и ее температуры. Межзвездный газ по большей части представляет собой атомарный или ионизированный водород. Его быстрые частицы практически не имеют шансов на захват полем тяготения небольшой планеты, к тому же этот газ крайне разрежен (1 атом на 1см³ и меньше).

Однако в Галактике встречаются облака водорода более плотные – до 1000 атомов на 1см³. Они состоят в основном из молекулярного водорода и гелия, а также содержат неон, аргон, азот, молекулярный углерод, кислород, воду, оксиды углерода (угарный и углекислый газ), оксиды и гидриды серы и некоторых металлов, свободные радикалы гидроксил, карбонил, нитрил и множество других молекул, включая достаточно сложные органические соединения. Помимо отдельных молекул, в галактических облаках присутствуют микроскопические пылинки, состоящие обычно из графита и силикатов, и покрытые наледью из замёрзшей воды, метана, аммиака и угарного газа.

Средний диаметр молекулярных облаков 10–20 парсек, а расстояние между ними 90–100 парсек, они тесно группируются в плоскости Галактики. Пройдя сквозь такое облако за время порядка 100 тыс. лет, планетар может довольно заметно увеличить массу и давление своей атмосферы.

Если свойства обычных планет определяются двумя главными факторами – массой и освещённостью, то для блуждающих планет имеет значение только масса. Именно от нее зависит, какие газы удержит планетар в своей атмосфере и сколько, и за какое время он их соберет. В зависимости от массы выделяют следующие классы планетаров:

1. Карлики размером до 400 км в поперечнике. Это – аналоги карликовых планет Солнечной системы, имеют массу до 0,05 массы Земли. Они обладают сферической формой, расслоены на ядро, мантию и кору, могут проявлять вулканическую активность в результате приливного разогрева. Атмосферы у них нет.

2. Субземли размером с Марс и больше – до 0,5 массы Земли, обладают горячими недрами и более-менее вулканически активны даже без приливного воздействия. Нечастые извержения обеспечивают эти планеты разреженной, неоднородной и нестабильной атмосферой из микроскопических пылинок. Для удержания нормальной газовой атмосферы их тяготения недостаточно, легкие вулканические газы улетучиваются с планеты, а тяжелые газы вообще замерзают. При проходе сквозь молекулярное облако планетар захватывает не молекулы, а только пылинки, которые оседают на его поверхность в виде рыхлого грязного снега.

3. Неоновые земли – это планетары с массой 0,6–0,8 масс Земли, способные удержать атмосферу из азота, неона и угарного газа. Молекулы этих веществ довольно редки в космосе, и поэтому атмосферы из них образуются весьма разреженные. Азот и угарный газ накапливаются до тех пор, пока их парциальное давление не достигнет давления насыщенного пара (оно сильно зависит от температуры, но не превышает 0,1 кПа для азота и 0,01 кПа для СО). После этого рост давления прекращается, и вновь поступающие молекулы осаждаются только в твердом виде. Неон же остается газообразным и при более высоком давлении, поэтому у старых блуждающих планет этой группы атмосферы в основном неоновые. Поверхность их покрыта азотно-угарным льдом. Существуют немногочисленные неоновые земли с температурой в узком диапазоне около 25° К и давлением выше 43 кПа (0,04 атм), на которых присутствует жидкий неон в виде облаков или небольших водоемов, покрытых коркой азотного льда. За время жизни планетара (до 10 млрд. лет) плотность атмосферы никогда не достигает значений, при которых начинается парниковый эффект, и температура не поднимается выше 30–40° К.

4. Гелиевые земли имеют массу от 0,8 до1,0 массы Земли, их гравитационное поле может удержать гелий. Поскольку гелий встречается в космосе в 1000 раз чаще любого из вышеперечисленных газов, атмосфера растёт намного быстрее, и за время жизни планетара достигаются весьма значительные давления и температуры. У планетара, обросшего атмосферой с давлением 10 атм (90% гелия, 10% неона), начинает проявляться парниковый эффект. Температура поднимается до 65° К, отчего азотно-угарный лёд тает, и планетар покрывается глобальным двухслойным океаном. Нижний слой океана состоит из азота, верхний из жидкого СО, а по его поверхности плавают метановые льдины. Испарение из океана почти отсутствует, и гелий-неоновая атмосфера остаётся безоблачной.

5. Водородные земли имеют массу больше массы Земли, их гравитация удерживает не только гелий, но и водород, концентрация которого в космосе в 10 раз выше. Масса атмосферы, а вместе с ней давление и температура, растут на порядок быстрее, чем у гелиевых земель. Сначала планетар нагревается до стадии азотно-угарного океана, а когда давление доходит до 80 атм, температура поднимается до 140° К, и океан испаряется вместе с метановым льдом. Планетар окутывается слоем азотных, угарных и метановых облаков. При высоком содержании метана возможно его частичное сжижение и образование метановой гидросферы с реками и озерами, как на Титане, или даже морями. Твердая поверхность водородной земли сложена в основном из твердых аммиачно-водяных льдинок. Мощные ветры, вызванные вращением планетара, создают обширные поля барханов, ориентированных с востока на запад. Типичный состав атмосферы после испарения океана: 45% по массе водорода, 37% гелия, по 6% азота, в примеси угарный газ и неон.

6. Суперземли имеют массу 3,5 массы Земли, они быстро аккумулируют атмосферу и сильнее нагревается. Давление их водородно-гелиевой атмосферы может достигать 1000 атм (как на дне Марианской впадины), а температура 273° К, т. е. точки таяния водяного льда. В зависимости от общей массы воды может образоваться как глобальный океан глубиной в десятки и сотни километров глубиной, так и сравнительно мелкие океаны земного типа, перемежающиеся континентами. Твёрдая поверхность суперземли сложена уже не льдами, как у более лёгких и холодных планетаров, а горными породами, аналогичными земным базальтам океанского дна. Гигантское давление препятствует испарению из океанов, поэтому круговорота воды нет, вся она сосредоточена в океанах и внутренних морях – ни рек, ни ледников, ни облаков не существует. Поверхность континентов выглядит как совершенно сухая пустыня, выровненная постоянным восточным ветром ураганной силы. Океанская вода отличается высокой соленостью, дно покрыто толстым слоем метаногидратов. Вблизи подводных геотермальных источников встречаются оазисы примитивной бактериальной жизни.

7. Нептуны и юпитеры – это планетары с массой свыше 10 земных масс, это – газовые гиганты, у которых существенная доля массы приходится на водородно-гелиевую атмосферу. По строению и составу гигантские планетары мало чем отличаются от холодных планет-гигантов с окраин планетных систем. Ещё более крупные объекты (с массами свыше 3000 земных масс) – уже звезды – коричневые карлики.

Это на Земле в Антарктиде. Рядом с шельфовым ледником, где температура воды в океане слегка отрицательная, как видим, обитает много живых организмов. Фото с сайта: http://one-fact.ru/luchshee-foto/antarktida-morskoe-dno.html

На западе Австралии найдены микро окаменелости древнейших земных живых существ. Не нуждаясь в кислороде, эти анаэробные микроорганизмы существовали уже 3,4 млрд. лет назад.

Открытие самых древних ископаемых бактерий дало новый толчок к поиску внеземной жизни. Ученые давно получали косвенные данные о том, что древнейшая жизнь на нашей планете появилась примерно 3,65–3,85 млрд. лет назад, но только недавно были найдены останки тех древнейших микроорганизмов. Это были серные бактерии, и они очень хорошо сохранились между песчинками кварца. Возможность возникновения подобных структур при неорганических процессах практически исключена. Кроме того, в тех же породах того времени обнаружена клеточная структура анаэробных бактерий и еще один важный аргумент в пользу древности жизни на Земле: обнаруженный пирит (соединение железа и серы) является побочным продуктом жизнедеятельности серных бактерий. Такие анаэробные бактерии распространены в Мировом океане и сегодня. Серные бактерии живут в горячих источниках там, где очень мало свободного кислорода.

Черный одинокий мир, несущийся вокруг центра Галактики. Таких планет может быть вдвое больше, чем звезд. Возможно, такие планеты есть и рядом с Солнечной системой. Планета имеет мощную атмосферу. Судя по субширотным полосам, планета быстро вращается вокруг своей оси, и скорость вращения ее атмосферы на разной широте разная – так, что каждый слой вращается со своей скоростью. Такое же расслоение атмосферы наблюдается и на планетах гигантах Солнечной системы. Рисунок с сайта: http://one-fact.ru/1-space-fact/novyj-chernyj-mir-astronomy-otkr

Свободная планета и ее спутники – это настоящая гравитационная система без звезды. Звезду здесь занимает планета газовый гигант. Возможно, когда-то такими же свободными были и наши планеты гиганты. Рисунок с сайта: http://galspace.spb.ru/nature.file/26022.html

На таких "независимых" от звезд планетах царит вечная ночь. Поверхность их скована льдами, которые толстой корой в несколько сотен километров толщиной покрывают жидкие соленые океаны, подогреваемые эндогенным теплом планет. Атмосфера таких планет может состоять только из очень легких газов – водорода и гелия. Все остальные газы на таком холоде превращаются в снег и лед. Только время от времени размер ядра и мантии планеты изменяется, – планета пульсирует, отчего ледяная кора растрескивается и коробится, а в образовавшиеся трещины просачивается вода из внутреннего океана. Вырвавшись, она растекается по поверхности и намерзает новыми и новыми слоями, наращивая ледяную кору сверху. Зато снизу эта кора подтаивает, и лед превращается в жидкость. Вот такой необычный круговорот воды происходит между жидким океаном и ледяной корой. Движителем этого круговорота является эндогенное тепло планеты.

К сожалению, исследователи до сих пор не обращают должного внимания на поток эндогенного тепла, а ведь он даже на Земле играет заметную роль и в подогревании атмосферы, и в подогревании океанов и морей. И чем меньше на планету приходит экзогенного тепла от Солнц (звезд), тем больше возрастает роль тепла эндогенного. Планета не будет "мертвой", целиком превратившейся в глыбу льда, даже если внутри нее действует слабый источник, постоянно генерирующий тепло. Каждый из нас знает, что если хорошенько одеться, то нашего эндогенного тепла хватает, чтобы под слоем майки, рубашки, свитера и пальто сохранялась температура тела, вполне приемлемая для жизни.

А если такая планета будет захвачена гравитацией какой-либо звезды и окажется на достаточно близком от нее расстоянии, чтобы получить поток лучистой энергии, достаточный для того, чтобы растопить стокилометровую ледяную кору, – то на ее поверхности станет плескаться океан жидкой воды, а в теплую атмосферу будут поступать пары из этого океана, поднимаясь вверх, охлаждаться и конденсироваться в капельки пресной воды. Такая циркуляция (круговорот) воды между океаном и атмосферой всем нам хорошо знакома. Этот круговорот является движителем земной биосферы суши. Одетый человек, когда оказывается в теплой комнате, начинает снимать с себя часть одежды. Ну точь в точь человек ведет себя так же, как свободная планета, попавшая в гравитационную систему звезды на близкую к ней орбиту...

 

---

При написании данной странички была также использована информация с сайтов:

1. Википедия. Адрес доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/

2. Сайт "Зетаталк". Адрес доступа: http://www.zetatalk.com/russia/tworx463.htm

3. Сайт "Пространство Галактики ". Адрес доступа: http://galspace.spb.ru/nature.file/26022.html

4. Сайт "Вегасат ". Адрес доступа: http://wegasat.ru/news-science/astronomy/1315-giperaktivnye-bluzhdayuschie-planety-v-nashey-vselennoy.html

5. http://robert-ibatullin.narod.ru/planetar.html