Дейв Брейн: Что нужно планете для поддержания жизни

Я очень рад быть здесь.
И рад, что вы здесь,
потому что иначе было бы странновато.
Я рад, что все мы здесь.
И под словом «здесь» я не подразумеваю здесь.
Или здесь. А здесь, на Земле.
И под «мы» я подразумеваю не только присутствующих в этом зале,
а жизнь, жизнь на Земле — от сложнейших форм до одноклеточных,
от плесени и грибов до летающих медведей.
Любопытно, что Земля — единственное место, где есть жизнь, 8,7 миллиона видов.
Мы изучали другие планеты, может, не так усердно, как следовало бы,
но мы искали и ничего не нашли.
Земля — единственное известное нам место, где есть жизнь.
Но уникальна ли Земля?
Ответ на этот вопрос я хотел узнать
с детства,
думаю, 80% аудитории
думали так же и тоже хотели узнать ответ.
Чтобы понять, есть ли другие планеты
в нашей Солнечной системе или вне её,
на которых возможна жизнь,
во-первых, нужно понять, что нужно для жизни.
Оказалось, что для жизни всех 8,7 миллиона видов,
нужны три вещи.
С одной стороны, для жизни на Земле нужна энергия.
Сложные организмы, как мы, получают энергию от Солнца,
а организмы глубоко под землёй получают её,
например, от химических реакций.
Различные источники энергии
можно найти на всех планетах.
С другой стороны,
для жизни нужна еда или питательные вещества.
С этим уже сложнее, особенно если вы любите сочные помидоры.
(Смех)
Тем не менее всё живое на Земле получает питательные вещества
всего из шести химических элементов,
и эти элементы можно найти на любой планете
нашей Солнечной системы.
Таким образом, остаётся лишь одна вещь,
которую сложнее всего получить.
Не лось, а вода.
(Смех)
Хотя лось, конечно, очень круто.
(Смех)
Притом вода не в твёрдом или газообразном состоянии, а жидкая.
Всякая жизнь нуждается в этом.
На многих телах Солнечной системы нет воды в жидком виде,
поэтому мы там не ищем.
На других телах может быть жидкая вода,
даже больше, чем на Земле,
но она спрятана под ледяной оболочкой,
до неё сложно добраться,
трудно даже узнать, есть ли там жизнь.
В итоге у нас остаётся несколько вариантов для поиска.
Так давайте облегчим себе задачу.
Давайте рассматривать только воду на поверхности планеты.
В нашей Солнечной системе существует только три тела,
на поверхности которых есть вода.
В порядке удалённости от Солнца это Венера, Земля и Марс.
Чтобы вода была жидкой, нужна атмосфера.
Атмосфера — очень тонкий вопрос.
Атмосфера не должна быть слишком горячей или плотной,
иначе планета будет слишком горячей, как Венера,
и на ней не будет жидкой воды.
Но если атмосфера слишком разреженная или слишком холодная,
получится Марс.
То есть, Венера слишком горячая, Марс — холодный,
а Земля — в самый раз.
Взгляните на картинки за моей спиной и сразу поймёте,
где в нашей Солнечной системе могут выжить организмы.
Это как в сказке о трёх медведях,
проблема такая простая, что понятна даже ребёнку.
Однако
я бы хотел напомнить вам о двух вещах
из сказки о трёх медведях, о которых мы редко задумываемся,
но которые были бы здесь уместны.
Первая:
если чашка мамы медведицы была слишком холодной,
когда девочка зашла в дом,
значит ли это, что чашка всегда была холодной?
Могла ли она когда-то быть тёплой?
То, когда девочка попадает в дом, определяет то,
что мы находим в сказке.
То же самое с планетами.
Они не статичны. Они меняются.
Они варьируются. Они эволюционируют.
То же происходит с атмосферой.
Позвольте привести пример.
Это одна из моих любимых фотографий Марса.
Это не самое качественное и привлекательное изображение,
это не самое новое изображение,
но здесь видны русла рек, врезанные в поверхность планеты.
Эти русла образовало течение жидкой воды;
на их формирование ушли сотни, тысячи или десятки тысяч лет.
Сейчас на Марсе они не появятся.
Атмосфера Марса сегодня слишком тонкая и холодная,
чтобы могла образоваться жидкая вода.
Одна эта фотография показывает, что атмосфера Марса изменилась
и изменилась значительно.
А раньше это было место, пригодное для жизни,
так как когда-то давно там были все три необходимых условия для жизни.
Куда делась атмосфера,
позволявшая воде оставаться в жидком состоянии?
Есть мысль, что она ушла в космос.
Частицы атмосферы получили энергию и освободились
от гравитации планеты,
вырвались в космос и не вернулись.
Так случается со всеми телами в атмосфере.
У комет бывают хвосты,
служащие ярким напоминанием об утечке атмосферы.
Но у Венеры тоже есть атмосфера, которая постепенно исчезает,
как у Марса и Земли.
Вопрос лишь в степени и масштабе.
Нам бы хотелось узнать, как много атмосферы исчезло,
чтобы мы смогли объяснить эти изменения.
Как атмосфера получает энергию для выхода?
Как частицы получают достаточно энергии?
Если короче, есть два пути.
Первый — солнце.
Солнечный свет поглощается атмосферными частицами
и нагревает их.
Да, я танцую, но…
(Смех)
Боже, я даже на своей свадьбе не…
(Смех)
Они получают достаточно энергии, чтобы вырваться и освободиться
от гравитации планеты только благодаря теплу.
Второй способ получить энергию — солнечный ветер.
Эти частицы, масса, материал, покинув поверхность солнца,
мчатся через Солнечную систему
со скоростью 400 км в секунду,
во время солнечных бурь иногда быстрее.
Они движутся через межпланетное пространство
к планетам и их атмосферам
и могут дать энергию
частичкам атмосферы, чтобы те тоже сбежали.
Мне это интересно
в отношении пригодности для жизни.
Я сказал, что есть две вещи, связанные со сказкой о трёх медведях,
на которые я хочу обратить ваше внимание.
Вторая из них менее явная.
Если чашка папы медведя слишком горячая,
а мамы медведицы — слишком холодная,
не должна ли чашка медвежонка быть ещё холоднее,
если следовать логике?
Вещь, в которую вы верили всю жизнь,
при близком рассмотрении может оказаться не такой простой.
Конечно, расстояние от Солнца определяет температуру планеты.
Это влияет на пригодность для жизни.
Но, может, нужно учесть и другие факторы?
Может, сами чашки
определяют исход истории,
что есть «в самый раз».
Я мог бы рассказать вам о множестве характеристик
этих трёх планет,
влияющих на возможность жизни,
но из эгоизма, связанного с моим исследованием,
а также оттого, что не вы, а я стою здесь и держу в руках переключатель…
(Смех)
я бы хотел посвятить минуту или две
магнитным полям.
У Земли оно есть, а у Венеры и Марса — нет.
Магнитные поля создаются в недрах планеты
потоками электропроводящего жидкого вещества,
что и создаёт это сильное древнее магнитное поле вокруг Земли.
Если у вас есть компас, он покажет, где север.
На Венере и Марсе этого нет.
Если вы на Венере или Марсе с компасом,
поздравляю, вы потерялись.
(Смех)
Влияет ли это на пригодность для жизни?
Как это могло бы влиять?
Многие учёные считают, что магнитное поле планеты
служит щитом для атмосферы,
отгоняет от планеты частицы солнечного ветра,
создавая как бы эффект силового поля
по отношению к этим электрически заряженным частицам.
Мне же это видится перегородкой, защищающей салаты от чихающих посетителей.
(Смех)
И да, мои коллеги, которые увидят это позже, поймут,
что впервые в истории научного сообщества
солнечный ветер сравнили с соплями.
(Смех)
Таким образом Земля могла быть защищена
в течение миллиардов лет
благодаря магнитному полю.
Атмосфера не могла исчезнуть.
Марс, с другой стороны, не был защищён
из-за отсутствия магнитного поля,
возможно, за миллиарды лет
достаточно атмосферы покинуло планеты,
обусловив переход от пригодной для обитания планеты
до той, которую мы видим сегодня.
Другие учёные предполагают, что магнитные поля
больше схожи с парусами корабля
и позволяют планете взаимодействовать с бóльшим количеством солнечной энергии,
чем она смогла бы уловить самостоятельно.
Паруса могут собирать энергию солнечного ветра.
Магнитное поле может собирать энергию солнечного ветра,
что позволяет сбежать большему числу частиц атмосферы.
Эту идею ещё нужно проверить,
но эффект и механизм работы
кажутся очевидными.
Потому что мы знаем,
что энергия солнечного ветра накапливается в нашей атмосфере
здесь, на Земле.
Эта энергия проводится по магнитным силовым линиям
к полярным областям,
и в результате возникает северное сияние.
Если вы когда-то видели его… Это великолепно.
Мы знаем, что получаем энергию.
Мы пытаемся измерить, какое количество частиц теряется
и влияет ли магнитное поле на этот процесс.
Итак, я обозначил проблему,
но у меня ещё нет решения.
У нас нет решения.
Но мы над ним работаем. Как мы над ним работаем?
Мы отправили космические аппараты на три планеты.
Некоторые ещё на орбитах,
включая MAVEN, который сейчас находится на орбите Марса.
Я участвую в этом проекте, который ведётся отсюда,
прямо из Колорадского университета.
Его цель — измерить выход частиц атмосферы.
Такие же измерения проведены на Венере и на Земле.
Когда мы получим все измерения,
мы можем их все объединить и понять,
как все эти планеты взаимодействуют с космическим пространством
и с их окружением.
И мы сможем понять, влияют магнитные поля на пригодность для жизни
или нет.
Почему вас должен заботить ответ?
Меня лично это волнует…
в том числе с финансовой точки зрения.
(Смех)
Во-первых, ответ на этот вопрос
расскажет нам больше об этих трёх планетах:
Венере, Земле и Марсе;
не только как они взаимодействуют со средой сегодня,
но и как это было миллиарды лет назад,
были ли они обитаемыми когда-то или нет?
Мы узнаем больше об атмосферах,
которые окружают нас и близки к нам.
То, что мы узнаем об этих планетах,
применимо к любым атмосферам,
включая планеты, которые мы находим вокруг других звёзд.
Например, спутник «Кеплер»
был построен здесь в Боулдере и управляется отсюда,
он изучает область, которая с Земли кажется размером с почтовую марку,
уже два года
и нашёл тысячи планет
на этом крошечном участке космоса,
который не отличается, как мы думаем, от других областей космоса.
За 20 лет
от незнания ни одной планеты за пределами Солнечной системы
мы пришли к знанию стольких,
что мы даже не можем решить, которую из них изучать первой.
Любая информация важна.
На основании данных спутника «Кеплер»
и других аналогичных данных
мы пришли к выводу,
что из 200 миллиардов звёзд в одной только галактике Млечный Путь
в среднем у каждой звезды есть по меньшей мере одна планета.
Более того,
по оценкам существует от 40 миллиардов до 100 миллиардов планет
с пригодными для жизни условиями
в одной только нашей галактике.
Мы наблюдаем за этими планетами,
но пока не знаем, которые из них пригодны для жизни.
Это словно оказаться в ловушке, в красном круге…
(Смех)
на сцене
и знать, что где-то есть другие миры,
и отчаянно хотеть узнать о них больше,
жаждать опросить их и обнаружить, что, возможно, один или два из них
немного похожи на нас.
Но это невозможно сделать. Туда пока нельзя добраться.
Поэтому приходится использовать инструменты, созданные для изучения
Венеры, Земли и Марса,
применять их для других случаев
и надеяться, что ваши выводы из этих данных разумны
и что вы сумеете определить наиболее вероятных претендентов
на пригодные и непригодные для обитания планеты.
В конце концов, по крайней мере пока,
наш красный круг именно здесь.
Это единственная известная нам планета, пригодная для жизни.
Хотя, возможно, очень скоро мы узнаем новые планеты,
но сейчас это единственная обитаемая планета,
и это наш красный круг.
Я очень рад, что мы здесь.

«Venus is too hot, Mars is too cold, and Earth is just right,» says planetary scientist Dave Brain. But why? In this pleasantly humorous talk, Brain explores the fascinating science behind what it takes for a planet to host life — and why humanity may just be in the right place at the right time when it comes to the timeline of life-sustaining planets.

What a planet needs to sustain life | Dave Brain